ALLGEMEINE INFORMATIONEN ZU AUFNAHMEPRÜFUNGEN IN DER PHYSIK

An der RTU MIREA wird die Aufnahmeprüfung in Physik in schriftlicher Form durchgeführt (für Bewerber, die das Einheitliche Staatsexamen nicht bestanden haben). Die Prüfungsarbeit umfasst zwei theoretische Fragen und fünf Aufgaben. Theoretische Fragen zu Prüfungsarbeiten werden auf Basis des gesamtrussischen Programms formuliert Aufnahmeprüfungen in Physik an technischen Universitäten. Eine vollständige Liste solcher Fragen finden Sie unten.

Es ist zu beachten, dass der Schwerpunkt der Prüfung auf der Tiefe des Verständnisses des Materials liegt und nicht auf seiner mechanischen Reproduktion. Daher empfiehlt es sich, Antworten auf theoretische Fragen möglichst durch erläuternde Zeichnungen, Grafiken etc. zu veranschaulichen. Die angegebenen analytischen Ausdrücke müssen unbedingt die physikalische Bedeutung jedes Parameters angeben. Sie sollten die Experimente und Tests, die dieses oder jenes physikalische Gesetz bestätigen, nicht im Detail beschreiben, sondern können sich darauf beschränken, nur die Schlussfolgerungen daraus anzugeben. Wenn das Gesetz eine analytische Notation hat, sollte es ohne verbale Formulierung zitiert werden. Bei der Lösung von Problemen und der Beantwortung theoretischer Fragen müssen Vektorgrößen mit entsprechenden Symbolen versehen werden und der Prüfer muss aus der Arbeit des Antragstellers eine klare Meinung darüber haben, dass der Antragsteller den Unterschied zwischen einem Skalar und einem Vektor kennt.

Die Tiefe des präsentierten Materials richtet sich nach dem Inhalt der Standardlehrbücher für weiterführende Schule und Vorteile für Studienbewerber.
Bei der Lösung von Problemen wird empfohlen:

• Stellen Sie eine schematische Zeichnung bereit, die die Bedingungen des Problems widerspiegelt (bei den meisten physikalischen Problemen ist dies einfach obligatorisch);
• Führen Sie Notationen für die Parameter ein, die zur Lösung dieses Problems erforderlich sind (vergessen Sie nicht, ihre physikalische Bedeutung anzugeben).
• Schreiben Sie Formeln auf, die die physikalischen Gesetze ausdrücken, die zur Lösung dieses Problems verwendet werden.
• führen Sie die notwendigen mathematischen Transformationen durch und präsentieren Sie die Antwort in analytischer Form;
• Führen Sie ggf. numerische Berechnungen durch und erhalten Sie eine Antwort im SI-System oder in den in der Aufgabenstellung angegebenen Einheiten.

Wenn man eine Antwort auf ein Problem in analytischer Form erhält, ist es notwendig, die Dimension des resultierenden Ausdrucks zu überprüfen, und natürlich wird die Untersuchung seines Verhaltens in offensichtlichen oder Grenzfällen empfohlen.

Anhand der Beispiele für Einführungsaufgaben wird deutlich, dass die in den einzelnen Optionen vorgeschlagenen Aufgaben in ihrer Komplexität recht unterschiedlich sind. Deshalb Höchstbetrag Die Punkte, die für ein richtig gelöstes Problem und eine theoretische Frage erzielt werden können, sind nicht gleich und gleich: theoretische Frage - 10 Punkte, Aufgabe Nr. 3 - 10 Punkte, Aufgaben Nr. 4, 5, 6 - 15 Punkte und Aufgabe Nr. 7 - 25 Punkte.

Somit kann ein Bewerber, der die Aufgabe vollständig erledigt hat, maximal 100 Punkte erreichen. Bei Umrechnung auf 10 Punktzahl, die im Prüfungsbogen des Bewerbers enthalten ist, gilt derzeit folgende Skala: 19 oder weniger Punkte – „drei“, 20–25 Punkte – „vier“, 26–40 Punkte – „fünf“, 41–55 Punkte – „sechs“, 56–65 Punkte – „sieben“, 66–75 Punkte – „acht“, 76–85 Punkte – „neun“, 86–100 Punkte – „zehn“. Die minimale positive Bewertung entsprach einer Bewertung von „vier“. Bitte beachten Sie, dass sich der Umrechnungsmaßstab in die eine oder andere Richtung ändern kann.

Bei der Prüfung der Arbeit eines Bewerbers ist der Lehrer nicht verpflichtet, den Entwurf einzusehen, und er tut dies in Ausnahmefällen, um bestimmte Fragen zu klären, die aus dem Entwurf nicht klar genug hervorgehen.

Die Verwendung eines nicht programmierbaren Taschenrechners ist während der Physikprüfung erlaubt. Die Nutzung jeglicher Kommunikationsmittel und Handheld-Computer ist strengstens untersagt.

Die Dauer der schriftlichen Prüfung in Physik beträgt vier astronomische Stunden (240 Minuten).

FRAGEN ZUR AUFNAHMEPRÜFUNG IN PHYSIK

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Die Fragen basieren auf dem gesamtrussischen Programm der Aufnahmeprüfungen für Physik an Universitäten.

1. Referenzsystem. Materieller Punkt. Flugbahn. Weg und Bewegung. Geschwindigkeit und Beschleunigung.
2. Das Gesetz der Addition der Geschwindigkeiten eines materiellen Punktes in verschiedenen Bezugssystemen. Abhängigkeit der Geschwindigkeit und Koordinaten eines materiellen Punktes von der Zeit für den Fall gleichmäßig beschleunigter Bewegung.
3. Gleichmäßige Bewegung im Kreis. Linear- und Winkelgeschwindigkeiten und der Zusammenhang zwischen ihnen. Beschleunigung bei gleichförmiger Bewegung eines Körpers im Kreis (Zentripetalbeschleunigung).
4. Newtons erstes Gesetz. Inertiale Referenzsysteme. Galileis Relativitätsprinzip. Gewicht. Gewalt. Resultierende Kräfte. Newtons zweites Gesetz. Newtons drittes Gesetz.
5. Schulter der Macht. Moment der Macht. Bedingung für das Gleichgewicht der Körper.
6. Elastische Kräfte. Hookes Gesetz. Reibungskraft. Haftreibung. Gleitreibung. Gleitreibungskoeffizient.
7. Das Gesetz der universellen Gravitation. Schwere. Körpergewicht. Schwerelosigkeit. Erste Fluchtgeschwindigkeit(Abschluss).
8. Körperimpuls. Kraftimpuls. Zusammenhang zwischen Änderung des Körperimpulses und Kraftimpuls.
9. Geschlossenes System Tel. Gesetz der Impulserhaltung. Das Konzept des Strahlantriebs.
10. Mechanische Arbeit. Macht, Macht der Gewalt. Kinetische Energie. Zusammenhang zwischen Arbeit und Veränderungen der kinetischen Energie des Körpers.
11. Potenzielle Kräfte. Potenzielle Energie. Zusammenhang zwischen der Arbeit potentieller Kräfte und potentieller Energie. Potenzielle Energie der Schwerkraft und elastischen Kräfte. Gesetz zur Erhaltung der mechanischen Energie.
12. Druck. Pascalsches Gesetz für Flüssigkeiten und Gase. Kommunizierende Gefäße. Geräteprinzip Hydraulikpresse. Archimedisches Gesetz für Flüssigkeiten und Gase. Die Bedingung dafür, dass Körper auf der Oberfläche einer Flüssigkeit schwimmen.
13. Grundprinzipien der molekularkinetischen Theorie und ihre experimentelle Begründung. Molmasse. Avogadros Nummer. Menge der Substanz. Ideales Gas.
14. Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie eines idealen Gases. Temperatur und ihre physikalische Bedeutung. Absolute Temperaturskala.
15. Zustandsgleichung eines idealen Gases (Clapeyron-Mendeleev-Gleichung). Isotherme, isochore und isobare Prozesse.
16. Innere Energie. Wärmemenge. Arbeit in der Thermodynamik. Der Energieerhaltungssatz bei thermischen Prozessen (erster Hauptsatz der Thermodynamik).
17. Wärmekapazität eines Stoffes. Phasenumwandlungen der Materie. Spezifische Verdampfungswärme und spezifische Schmelzwärme. Wärmebilanzgleichung.
18. Funktionsprinzip von Wärmekraftmaschinen. Effizienz der Wärmekraftmaschine und ihr maximaler Wert. Carnot-Zyklus.
19. Verdunstung und Kondensation. Kochende Flüssigkeit. Gesättigte und ungesättigte Paare. Luftfeuchtigkeit.
20. Coulomb-Gesetz. Elektrische Feldstärke. Elektrostatisches Feld einer Punktladung. Das Prinzip der Überlagerung von Feldern.
21. Die Arbeit des elektrostatischen Feldes beim Bewegen einer Ladung. Potenzial und Potenzialdifferenz. Feldpotential einer Punktladung. Zusammenhang zwischen der Intensität eines gleichmäßigen elektrostatischen Feldes und der Potentialdifferenz.
22. Elektrische Kapazität. Kondensatoren. Kapazität eines Parallelplattenkondensators. Die im Kondensator gespeicherte Energie ist die Energie des elektrischen Feldes.
23. Batteriekapazität von in Reihe und parallel geschalteten Kondensatoren (Klemme).
24. Elektrischer Strom. Aktuelle Stärke. Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises. Widerstand von Metallleitern. Reihen- und Parallelschaltung von Leitern (Ausgang).
25. Elektromotorische Kraft (EMF). Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis. Arbeit und aktuelle Leistung – Joule-Lenz-Gesetz (Schlussfolgerung).
26. Induktion Magnetfeld. Die Kraft, die in einem Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt. Amperesches Gesetz.
27. Die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine sich bewegende Ladung. Lorentzkraft. Die Art der Bewegung eines geladenen Teilchens in einem gleichmäßigen Magnetfeld (die Geschwindigkeit des Teilchens ist senkrecht zum Induktionsvektor ausgerichtet).
28. Die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine sich bewegende Ladung. Lorentzkraft. Die Art der Bewegung eines geladenen Teilchens in einem gleichmäßigen Magnetfeld (die Geschwindigkeit des Teilchens bildet einen spitzen Winkel mit dem Induktionsvektor des Magnetfelds).
29. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Magnetischer Fluss. Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Lenzsche Regel.
30. Das Phänomen der Selbstinduktion. Selbstinduzierte EMK. Induktivität. In einem stromführenden Stromkreis gespeicherte Energie.
31. Freie elektromagnetische Schwingungen in einem LC-Kreis. Umwandlung von Energie in einem Schwingkreis. Eigenfrequenz der Schwingungen im Stromkreis.
32. Wechselstrom. Empfang von Wechselstrom. Effektivwert von Spannung und Strom. Transformator, Funktionsprinzip.
33. Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht. Brechungsindex. Totalreflexion, Grenzwinkel der Totalreflexion. Konstruieren eines Bildes in einem Planspiegel.
34. Sammel- und Zerstreuungslinsen. Strahlengang in Linsen. Dünne Linsenformel. Konstruieren eines Bildes in einer Sammel- und Zerstreuungslinse (ein charakteristischer Fall für jede Linse Ihrer Wahl).
35. Lichtquanten. Das Phänomen des photoelektrischen Effekts. Einsteins Gleichung für den photoelektrischen Effekt.
36. Rutherfords Experimente zur Alphateilchenstreuung. Kernmodell des Atoms. Bohrs Postulate.
37. Kernmodell des Atoms. Zusammensetzung des Atomkerns. Isotope. Radioaktivität. Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.

BEISPIELE FÜR PRÜFUNGSTICKETS

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Ticket Nr. 1

1. Gleichmäßig beschleunigte Bewegung. Bewegungsgeschwindigkeit.

2. Elektrischer Strom im Vakuum und in Gasen.

3. Problem des photoelektrischen Effekts.

1. Eine Bewegung, bei der sich die Geschwindigkeit eines Körpers über gleiche Zeiträume hinweg um den gleichen Betrag ändert, wird als gleichmäßig beschleunigt bezeichnet.

Um diese Bewegung zu charakterisieren, müssen Sie die Geschwindigkeit des Körpers kennen dieser Moment Zeit oder an einem bestimmten Punkt der Flugbahn, d.h. momentane Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Die Beschleunigung ist eine Größe, die dem Verhältnis der Geschwindigkeitsänderung zur Zeitspanne entspricht, in der diese Änderung stattgefunden hat. Andernfalls ist die Beschleunigung die Geschwindigkeitsänderungsrate:

Daher die Formel für die Momentangeschwindigkeit:

Die Verschiebung während dieser Bewegung wird durch die Formel bestimmt:

Geschwindigkeit –

2. Elektrischer Strom in Gasen stellt die gerichtete Bewegung freier Elektronen und Ionen dar. Bei Normaldruck und niedrigen Temperaturen enthalten Gase nicht genügend Ionen und Elektronen für die elektrische Leitfähigkeit und sind Isolatoren. Um ein Gas zum Leiter zu machen, muss es ionisiert werden.

Strom im Vakuum. Vakuum ist eine Verdünnung von Gas in einem Gefäß, in dem die freie Weglänge geladener Teilchen die Abmessungen des Gefäßes überschreitet. Vakuum ist ein Isolator. Wenn eine Metallelektrode erhitzt wird, beginnen Elektronen von der Metalloberfläche zu „verdampfen“.

Das Phänomen der Elektronenemission von der Oberfläche erhitzter Körper wird als thermionische Emission bezeichnet.

Strom im Vakuum stellt die gerichtete Bewegung von Elektronen dar, die durch thermionische Emission entsteht. Dem Betrieb vieler Vakuumgeräte liegt thermionische Emission zugrunde.

Ticket Nummer 2

Gleichmäßige Bewegung eines Körpers um einen Kreis und seine Parameter.

Magnetfeld Stärke des magnetischen Induktionsvektors.

Kernreaktionsproblem.

1. KÖRPERBEWEGUNG IM KREIS

Bei der Bewegung auf einer gekrümmten Bahn, einschließlich eines Kreises, kann sich die Geschwindigkeit eines Körpers sowohl in der Größe als auch in der Richtung ändern. Es ist eine Bewegung möglich, bei der sich nur die Richtung der Geschwindigkeit ändert und ihr Betrag konstant bleibt. Diese Bewegung wird als gleichförmige Kreisbewegung bezeichnet. Der vom Mittelpunkt des Kreises zum Körper gezogene Radius beschreibt den Winkel Ф in der Zeit t2 - t1, der als Winkelverschiebung bezeichnet wird

Die Winkelbewegung wird im Bogenmaß (rad) gemessen. Ein Bogenmaß ist gleich dem Winkel zwischen zwei Radien eines Kreises, wobei die Länge des Bogens zwischen diesen gleich dem Radius ist.

Die Bewegung eines Punktes entlang eines Kreises wiederholt sich in bestimmten Zeitintervallen, die der Umdrehungsperiode entsprechen.

Die Umdrehungsperiode ist die Zeit, in der ein Körper eine vollständige Umdrehung durchführt.

Der Zeitraum wird mit dem Buchstaben T bezeichnet und in Sekunden gemessen.

Wenn der Körper während der Zeit t N Umdrehungen gemacht hat, dann ist die Umdrehungsperiode T gleich:

Die Rotationsfrequenz ist die Anzahl der Umdrehungen eines Körpers in einer Sekunde.

Die Frequenzeinheit ist 1 Umdrehung pro Sekunde, abgekürzt 1s. Diese Einheit wird Hertz (Hz) genannt.

Frequenz und Umlaufdauer hängen wie folgt zusammen:

Die Bewegung eines Körpers im Kreis wird durch die Winkelgeschwindigkeit charakterisiert.

Die Winkelgeschwindigkeit ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Winkelbewegung zur Zeitspanne entspricht, in der diese Bewegung stattgefunden hat.

Die Winkelgeschwindigkeit wird mit dem Buchstaben (Omega) bezeichnet.

Die Einheit der Winkelgeschwindigkeit ist das Bogenmaß pro Sekunde (rad/s).

Wenn sich ein Körper im Kreis bewegt, nennt man diese Geschwindigkeit linear.

Die lineare Geschwindigkeit eines Körpers, der sich gleichmäßig im Kreis bewegt, bleibt in der Größe konstant, ändert kontinuierlich die Richtung und ist an jedem Punkt tangential zur Flugbahn gerichtet

Die lineare Geschwindigkeit wird mit dem Buchstaben v bezeichnet.

2. MAGNETFELD

Ein Magnetfeld ist eine besondere Art von Materie, die im Raum um jedes elektrische Wechselfeld herum auftritt. Aus moderner Sicht gibt es in der Natur eine Kombination zweier Felder – elektrisches und magnetisches – das ist ein elektromagnetisches Feld. Es existiert objektiv, unabhängig von unserem Bewusstsein. Ein Magnetfeld erzeugt immer ein elektrisches Wechselfeld, und umgekehrt erzeugt ein elektrisches Wechselfeld immer ein magnetisches Wechselfeld. Die Träger des elektrischen Feldes sind Teilchen – Elektronen und Protonen. Ohne ein elektrisches Feld existiert kein Magnetfeld, da es keine magnetischen Feldträger gibt. Um einen stromdurchflossenen Leiter herum herrscht ein Magnetfeld, das durch das sich bewegende elektrische Wechselfeld erzeugt wird

Magnetische Induktion ist der Strom, der in einem geschlossenen Leiter erzeugt wird, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet. geladene Teilchen in einem Leiter.

MAGNETISCHE INDUKTION

Ein Einheitsstromelement ist ein 1 m langer Leiter, in dem der Strom 1 A beträgt. Die Maßeinheit der magnetischen Induktion ist Tesla (T).

1 T = 1 N/A m.

Um die Richtung des magnetischen Induktionsvektors zu bestimmen, wird die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine Magnetnadel genutzt.

In einer geschlossenen Schleife wird die Richtung des magnetischen Induktionsvektors anhand der Regel der ersten Schraube bestimmt: Der Induktionsvektor B ist in die Richtung gerichtet, in die sich der Bohrer bewegen würde, wenn er sich in Richtung des Stroms in der Schleife dreht.

Das Magnetfeld ist ein Wirbelfeld

Ticket Nr. 3

Newtons Gesetze. Gewicht. Gewalt.

Amperesches Gesetz. Ampere-Leistung.

Problem zum Gesetz des radioaktiven Verbrauchs.

Newtons erstes Gesetz.

Es gibt solche Bezugssysteme, relativ zu denen ein translatorisch bewegter Körper seine Geschwindigkeit konstant hält, wenn keine anderen Körper auf ihn einwirken (oder die Einwirkungen anderer Körper kompensiert werden). Dieses Gesetz wird oft als Trägheitsgesetz bezeichnet, da eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit unter Kompensation äußerer Einflüsse auf den Körper als Trägheit bezeichnet wird.

Newtons zweites Gesetz. Die auf einen Körper wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der durch diese Kraft ausgeübten Beschleunigung

F= t ein. a = F/t – die Beschleunigung ist direkt proportional zur wirkenden (oder resultierenden) Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Körpers.

Newtons drittes Gesetz. Aus Experimenten zur Wechselwirkung von Körpern folgt es

m a = - m a, aus Newtons zweitem Gesetz F = m a und F = m a, daher F = F. Die Wechselwirkungskräfte zwischen Körpern sind entlang derselben geraden Linie gerichtet, gleich groß, entgegengesetzt in der Richtung, angewendet auf verschiedene Körper(daher können sie sich nicht gegenseitig ausgleichen), agieren immer paarweise und haben die gleiche Natur.

Newtons Gesetze ermöglichen es, die Bewegungsmuster von Planeten und ihren natürlichen und künstlichen Satelliten zu erklären. Ansonsten ermöglichen sie es, die Flugbahnen von Planeten vorherzusagen, die Flugbahnen von Raumfahrzeugen und ihre Koordinaten zu einem bestimmten Zeitpunkt zu berechnen. Unter terrestrischen Bedingungen ermöglichen sie die Erklärung des Wasserflusses und der Bewegung zahlreicher und unterschiedlicher Fahrzeuge (Bewegung von Autos, Schiffen, Flugzeugen, Raketen). Für alle diese Bewegungen, Körper und Kräfte gelten die Newtonschen Gesetze.

2. KRAFT VON AMPERE Wie in Ampere festgestellt, wirkt auf einen stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, eine Kraft gleich dem Produkt des magnetischen Induktionsvektors B mit der Stromstärke I, der Länge des Leiterabschnitts l und der Sinus des Winkels zwischen der magnetischen Induktion und dem Leiterquerschnitt: F = BI l sin.

Dies ist die Formulierung des Ampereschen Gesetzes.

Die Richtung der Ampere-Kraft wird durch die Linke-Hand-Regel bestimmt: Wenn die linke Hand so positioniert ist, dass vier Finger die Richtung des Stroms zeigen und die senkrechte Komponente des magnetischen Induktionsvektors in die Handfläche eintritt, dann ist der Daumen um 90° gebogen zeigt die Richtung der Ampere-Kraft an.

Ticketnummer 4

Das Gesetz der universellen Gravitation. Freier Fall von Körpern.

Lorentzkraft.

Die Aufgabe besteht darin, die de Broglie-Wellenlänge zu bestimmen.

1. UNIVERSELLE GRAVITATION

Die Erde wirkt auf alle Körper mit einer nach unten gerichteten Gravitationskraft. Es ist auch bekannt, dass Kräfte paarweise wirken, d. h. wenn die Erde einen Körper anzieht, dann zieht der Körper auch die Erde an.

Newton stellte fest, dass sich alle Körper gegenseitig anziehen. Die Kräfte, mit denen Körper voneinander angezogen werden, nennt man die Kräfte der universellen Schwerkraft.

Die Kraft der universellen Gravitation ist direkt proportional zum Produkt der Massen der wechselwirkenden Körper.

Die Kraft der universellen Schwerkraft hängt vom Abstand zwischen Körpern ab. Es ist umgekehrt proportional zu diesem Abstand. Wäre die Schwerkraft nicht von der Entfernung abhängig, würde sich der Mond mit einer Zentripetalbeschleunigung von 9,8 m/s um die Erde bewegen. Es bewegt sich mit einer Zentripetalbeschleunigung von 0,0027 m/s, was 3600-mal geringer ist als die Beschleunigung frei fallender Körper auf der Erdoberfläche. Der Abstand von der Erde zum Mond ist 60-mal größer als der Erdradius, d. h. wenn der Abstand zwischen Erde und Körper um das 60-fache zunimmt, erhöht sich die Schwerkraft um das 3600-fache.

Körper ziehen sich gegenseitig mit einer Kraft an, deren Modul direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.

Diese Formel drückt das Gesetz der universellen Gravitation aus, wobei m1 und m2 die Massen der Körper sind, R der Abstand zwischen Körpern ist und G die universelle Gravitationskonstante oder Gravitationskonstante ist.

Das Gesetz der universellen Gravitation gilt für Körper, deren Größe im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen (für materielle Punkte) vernachlässigt werden kann. Das Gesetz gilt auch für Kugeln; in diesem Fall ist der Abstand zwischen den Körpern der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kugeln.

Die Gravitationskonstante ist numerisch gleich der Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mit einem Gewicht von jeweils 1 kg und einem Abstand zwischen ihnen von 1 m. Und

G = 6,67 · 10 Nm/kg.

2. LORENTZKRAFT

Die Wirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter bedeutet, dass das Magnetfeld mit einer gewissen Kraft auf sich bewegende elektrische Ladungen einwirkt. Diese Kraft wird Lorentzkraft genannt und kann in der Formel gefunden werden

Dabei ist F die Lorentzkraft, q die Größe der Ladung und v die Geschwindigkeit des Teilchens. B = B sin – senkrechte Komponente des magnetischen Induktionsvektors

Die Richtung der Lorentz-Kraft wird durch die Linke-Hand-Regel bestimmt (wie bei der Ampere-Kraft), nur vier Finger werden in Bewegungsrichtung platziert positive Ladung. Wenn sich eine negative Ladung bewegt, werden vier Finger entgegen der Bewegungsrichtung der negativen Ladung platziert.

Ticket Nr. 5

Körpergewicht. Schwerelosigkeit. Überlast.

Magnetische Eigenschaft eines Stoffes.

Problem mit der Stromberechnung.

1. Das Gewicht eines Körpers ist die Kraft, mit der der Körper aufgrund der Anziehungskraft des Planeten auf eine Stütze oder Aufhängung drückt. Das Gewicht des Körpers wird mit R bezeichnet. Die Gewichtseinheit ist Newton (N). . Da das Gewicht gleich der Kraft ist, mit der der Körper auf die Stütze einwirkt, ist das Gewicht des Körpers betragsmäßig gleich der Reaktionskraft der Stütze. Um das Gewicht des Körpers zu ermitteln, muss daher die Stützreaktionskraft bestimmt werden.

Betrachten wir den Fall, dass sich der Körper und die Stütze nicht bewegen. In diesem Fall ist die Bodenreaktionskraft und damit das Körpergewicht gleich der Schwerkraft (Abb. 6):

Im Fall eines sich vertikal nach oben bewegenden Körpers zusammen mit einem Träger mit Beschleunigung können wir nach dem zweiten Newtonschen Gesetz mg + N = m schreiben (Abb. 7, a). In der Projektion auf die OX-Achse: mg - N = -ta, also N = m(g + a).

Folglich nimmt das Gewicht des Körpers zu, wenn er sich mit Beschleunigung vertikal nach oben bewegt, und ergibt sich aus der Formel P = rn(g + a).

Eine Erhöhung des Körpergewichts durch beschleunigte Bewegung einer Stütze oder Aufhängung wird als Überlastung bezeichnet. Astronauten spüren die Auswirkungen einer Überlastung sowohl beim Start einer Weltraumrakete als auch beim Abbremsen des Raumschiffs beim Eintritt in die dichten Schichten der Atmosphäre. Sowohl Piloten erleben Überlastungen beim Kunstflug als auch Autofahrer bei plötzlichen Bremsmanövern.

Wenn sich der Körper vertikal nach unten bewegt, erhalten wir unter Verwendung ähnlicher Überlegungen mg + N = ma; mg - N = ta; N = m(g – a); P = m(g - a), d. h. das Gewicht bei vertikaler Bewegung mit Beschleunigung ist geringer als die Schwerkraft (Abb. 7.6).

Wenn der Körper frei fällt, dann ist in diesem Fall P=(g-g)m = O.

Den Zustand eines Körpers, in dem sein Gewicht Null ist, nennt man Schwerelosigkeit. Der Zustand der Schwerelosigkeit wird in einem Flugzeug oder Raumfahrzeug beobachtet, wenn es sich mit freier Fallbeschleunigung bewegt, unabhängig von der Richtung und dem Wert seiner Bewegungsgeschwindigkeit. Außerhalb der Erdatmosphäre, wenn ausgeschaltet Strahltriebwerke An Raumschiff Es wirkt nur die Kraft der universellen Schwerkraft. Unter dem Einfluss dieser Kraft bewegen sich das Raumschiff und alle darin befindlichen Körper mit der gleichen Beschleunigung, daher herrscht im Schiff ein Zustand der Schwerelosigkeit.

2. PERMANENTMAGNETE

Permanentmagnete sind Körper, die ihre magnetischen Eigenschaften oder Magnetisierung über einen langen Zeitraum beibehalten. Der Grund dafür ist, dass jedes Atom Elektronen enthält, die bei ihrer Bewegung um den Atomkern Magnetfelder erzeugen. Wenn die Magnetfelder der Atome gleich ausgerichtet sind, führt dies bei einigen Legierungen wie Eisen oder Stahl zu einer starken Magnetisierung.

Magnete haben unterschiedliche Formen: Es gibt Streifenmagnete, Hufeisenmagnete und Scheibenmagnete. Die Orte, an denen die stärkste magnetische Wirkung entsteht, werden als Pole des Magneten bezeichnet. Jeder Magnet hat zwei Pole: Nord-N und Süd-S. Wenn man ein Stück Pappe auf einen Magneten legt und Eisenspäne darauf streut, kann man sich ein Bild vom Magnetfeld machen. Die Magnetlinien von Permanentmagneten sind geschlossen, sie verlassen alle den Nordpol und treten in den Südpol ein, wobei sie sich im Inneren des Magneten schließen.

Magnetnadeln und Magnete interagieren miteinander. Es wurde festgestellt, dass sich ungleiche Magnetpole anziehen und ähnliche Magnetpole abstoßen. Die Wechselwirkung von Magneten erklärt sich dadurch, dass das um einen Magneten vorhandene Magnetfeld auf einen anderen Magneten einwirkt und umgekehrt das Magnetfeld des zweiten Magneten auf den ersten.

Sie wissen sehr wohl, dass es Stoffe gibt, die nicht von einem Magneten angezogen werden; davon gibt es viele: Holz, Kunststoff usw. Einige Stoffe: Eisen, Stahl, Nickel, Kobalt erhalten magnetische Eigenschaften, wenn Permanentmagnete vorhanden sind.

Ticket Nr. 6

Elastische Kraft. Reibungskraft.

Elektromagnetische Induktion. Faradays Experimente.

Die Aufgabe besteht darin, die Parameter einer harmonischen Schwingung zu bestimmen.

1. ELASTIZITÄT.

Wir wissen bereits, dass der Körper „Widerstand“ leistet, wenn wir versuchen, ihn zu komprimieren oder zu dehnen – er zeigt Elastizität. Dies geschieht durch die Wechselwirkung von Partikeln eines Stoffes (siehe Abschnitt „Wechselwirkung von Partikeln“). Elastizität zeigt der Körper auch dann, wenn seine Form auf andere Weise verändert (verformt) wird (verdreht, gebogen).

Die Kraft, die im Inneren eines Körpers bei seiner Verformung entsteht und eine Formänderung verhindert, wird als elastische Kraft bezeichnet.

Unter der Wirkung der elastischen Kraft der gespannten Feder schließt sich die geöffnete Tür. Die elastische Kraft entsteht im Seil beim Schleppen, im Seil, wenn ein Schüler darauf klettert. Durch das Biegen halten die Dielen Sie und mich fest und verhindern, dass wir herunterfallen – auch dies ist ein Beispiel für die Wirkung elastischer Kraft.

Je größer die Formänderung des Körpers ist, desto größer ist die elastische Kraft.

GLEITREIBUNG

Egal wie schnell der Ball rollt, irgendwann bleibt er stehen. Nachdem Sie auf Schlittschuhen beschleunigt haben, können Sie eine Zeit lang rutschen, aber diese Bewegung wird bald aufhören. In diesen und vielen anderen ähnlichen Fällen stoppt die Bewegung aufgrund von Reibung.

Die Kraft, die entsteht, wenn sich ein Körper auf der Oberfläche eines anderen bewegt und der Bewegung entgegengerichtet ist, wird Reibungskraft genannt.

Wenn ein Körper auf einer beliebigen Oberfläche gleitet, wird seine Bewegung durch die Kraft der Gleitreibung behindert. Der Grund für die Reibung liegt darin, dass es auf der Oberfläche eines jeden Körpers Unregelmäßigkeiten gibt (manchmal sogar unsichtbar für das Auge). Wenn die Reibflächen gut poliert sind und der Spalt zwischen ihnen sehr klein ist, wird die Bewegung durch die Anziehungskräfte zwischen den Stoffpartikeln dieser Flächen behindert. Dies ist der zweite Grund für Reibung.

Abbildung 9 zeigt, dass sich der Block nach rechts bewegt. Dies bedeutet, dass die auf ihn wirkende Reibungskraft nach links gerichtet ist und der Block, der allmählich langsamer wird, anhält. Aus der Abbildung wird auch deutlich, dass zwei weitere Kräfte auf den Block wirken: die Schwerkraft und die Stützreaktionskraft (elastische Kraft). Diese beiden Kräfte sind in entgegengesetzte Richtungen gerichtet und einander zahlenmäßig gleich. Wenn sich der Körper auf einer horizontalen Fläche befindet, kann die Stützreaktionskraft daher genauso berechnet werden wie die Schwerkraft:

Experimente zeigen, dass die Reibungskraft direkt proportional zur Reaktionskraft des Trägers ist. Wenn wir die Reibungskraft FTp bezeichnen, erhalten wir die folgende Formel für ihre Berechnung:

Dabei ist N die Stützreaktionskraft und der Gleitreibungskoeffizient. Koeffizient | hängt nicht vom Gewicht des Körpers ab, sondern wird nur durch die Beschaffenheit der Reibflächen bestimmt (z. B. ist der Reibungskoeffizient von Holz auf Holz eins, der Reibungskoeffizient von Holz auf Metall ist unterschiedlich usw.) .

2. Elektromagnetische Induktion.

Stellen wir uns einen geschlossenen Stromkreis vor, der sich in einem Magnetfeld befindet. Ein solcher Stromkreis wird von einer bestimmten Anzahl magnetischer Induktionslinien oder, wie man sagt, einem magnetischen Induktionsfluss durchbohrt. Der magnetische Induktionsfluss Ф durch die durch den leitenden Stromkreis begrenzte Fläche S wird als Wert bezeichnet, der dem Produkt der Größe des magnetischen Induktionsvektors B mit der Querschnittsfläche S und dem Kosinus des Winkels entspricht

zwischen der Normalen (senkrechten) n zur Ebene des Leiters und dem Vektor B. (Abb. 1):

Der magnetische Induktionsfluss (die Anzahl der Leitungen, die den Stromkreis durchdringen) kann sich beispielsweise ändern, wenn der Stromkreis in einem Magnetfeld gedreht wird, wenn Stromkreis und Magnet näher und weiter voneinander entfernt werden, wenn der Stromkreis in das magnetische Feld gebracht wird Feld und wenn es von dort entfernt wird. M. Faraday hat experimentell festgestellt, dass, wenn sich der magnetische Fluss durch den Stromkreis ändert, a

elektrischer Strom. Dieses Phänomen wird als elektromagnetische Induktion bezeichnet, und der Strom wird als Induktion bezeichnet.

Die Richtung des Induktionsstroms im Stromkreis wird durch die Lenzsche Regel bestimmt. Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende induzierte Strom hat eine solche Richtung, dass der von ihm durch den durch den Stromkreis begrenzten Bereich erzeugte magnetische Induktionsfluss dazu neigt, die Änderung des externen magnetischen Induktionsflusses, der diesen Strom induziert, zu kompensieren.

Das Auftreten eines Induktionsstroms weist auf das Auftreten eines elektrischen Feldes hin. Bei der elektromagnetischen Induktion wird durch ein sich änderndes Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt. Ein solches elektrisches Feld ist nicht mit Ladungen verbunden, seine Kraftlinien sind geschlossen: Es ist ein Wirbel. Da dieses elektrische Feld nicht elektrostatischer Natur ist, ist es fremd und seine Arbeit entlang eines geschlossenen Pfades ist ungleich Null. Wie jedes äußere Feld ist auch ein elektrisches Wirbelfeld durch eine elektromotorische Kraft gekennzeichnet, die in diesem Fall als induzierte EMK bezeichnet wird.

Wie Experimente gezeigt haben, ist der induzierte Strom und damit – nach dem Ohmschen Gesetz – und

Die Induktions-EMK ist proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses.

Daher wird das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion für EMF formuliert und besagt, dass die induzierte EMK in einem geschlossenen Regelkreis gleich der Änderungsrate des ihn durchdringenden magnetischen Flusses F ist, mit umgekehrtem Vorzeichen:

Somit stellt das Gesetz der elektromagnetischen Induktion einen Zusammenhang zwischen einem magnetischen Wechselfeld und einem elektrischen Wirbelfeld her. Eine theoretische Erklärung dieses Gesetzes vom Standpunkt der klassischen Elektrodynamik lieferte J. Maxwell

Ticketnummer 7

Kraftimpuls. Körperimpuls. Gesetz der Impulserhaltung.

Selbstinduktion. Magnetfeldinduktivität.

Problem bei der Parameterberechnung

1. Der Impuls eines Körpers ist das Produkt aus der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit (p = tv). Der Impuls eines Körpers ist eine Vektorgröße.

Während ihrer Wechselwirkung wirkten auf die Körper die Kräfte F bzw. F ein und nach der Wechselwirkung begannen sie, sich mit den Geschwindigkeiten v und v zu bewegen. Dann ist F = (m v“ – m v)/t, F = (m v“ – m v)/t, wobei t die Interaktionszeit ist. Nach Newtons drittem Gesetz ist F = -F, also (m v – m v)/t =

-(m v" – m v)/t, rn v"- m v = - t v + m v oder m v + m v = rn v + m v". Auf der linken Seite der Gleichung steht die Summe der Impulse beider Körper (Wagen) vor der Interaktion, rechts die Summe der Impulse derselben Körper nach der Interaktion. Der Impuls jedes Wagens hat sich geändert, aber die Summe ist unverändert geblieben. Dies gilt für geschlossene Systeme, zu denen Gruppen von Körpern gehören, die nicht interagieren mit Körpern, die nicht zu dieser Gruppe gehören. Daher die Schlussfolgerung, d. h. der Impulserhaltungssatz: Die geometrische Summe der Impulse der Körper, die ein geschlossenes System bilden, bleibt bei jeder Wechselwirkung der Körper dieses Systems untereinander konstant.

Ein Beispiel für die Manifestation des Impulserhaltungssatzes ist die reaktive Bewegung. Es wird in der Natur beobachtet (die Bewegung eines Oktopus) und wird in der Technik sehr häufig verwendet (ein Jetboot, Feuerarme, Raketenbewegung und Manövrieren von Raumfahrzeugen).

2. Das Phänomen der Selbstinduktion. Induktivität. Elektromagnetisches Feld

Magnetfeldenergie.

Das Phänomen der Selbstinduktion besteht im Auftreten einer induzierten EMK im Leiter selbst, wenn sich der Strom darin ändert, ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion. Ein Beispiel für das Phänomen der Selbstinduktion ist ein Experiment mit zwei Glühbirnen, die über einen Schalter parallel an eine Stromquelle angeschlossen sind, von denen eine über eine Spule verbunden ist (Abb. 27). Bei geschlossenem Schlüssel wird Licht 2, über die Spule eingeschaltet,

leuchtet später auf als Glühbirne 1. Dies liegt daran, dass der Strom nach dem Schließen des Schlüssels nicht sofort seinen Maximalwert erreicht; das Magnetfeld des zunehmenden Stroms erzeugt in der Spule eine induzierte EMK, die gemäß der Lenzschen Regel wird den zunehmenden Strom stören.

Mit dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion können wir die folgende Konsequenz ziehen: Die Selbstinduktions-EMK ist direkt proportional zur Änderungsrate des Stroms im Leiter.

Der Proportionalitätskoeffizient L wird Induktivität genannt.

Die Induktivität ist ein Wert, der der selbstinduktiven EMK entspricht, wenn sich der Strom in einem Leiter in 1 s um 1 A ändert.

Die Einheit der Induktivität ist Henry (H). 1 H = 1 V s/A. 1 Henry ist die Induktivität eines Leiters, in dem eine selbstinduktive EMK von 1 Volt bei einer Stromänderungsrate von 1 A/s auftritt. Die Induktivität charakterisiert die magnetischen Eigenschaften eines Stromkreises (Leiters) und hängt von der magnetischen Permeabilität des Kernmediums, der Größe und Form der Spule sowie der Anzahl der Windungen darin ab.

Wenn die Induktorspule von der Stromquelle getrennt wird, blinkt eine parallel zur Spule geschaltete Lampe kurz auf (Abb. 28). Der Strom im Stromkreis entsteht unter dem Einfluss der Selbstinduktions-EMK. Die im Stromkreis freigesetzte Energiequelle ist das Magnetfeld der Spule. Die magnetische Feldenergie wird durch die Formel Wm=LI2/2 ermittelt.

Die Energie des Magnetfeldes hängt von der Induktivität des Leiters und der Stromstärke darin ab. Diese Energie kann in elektrische Feldenergie umgewandelt werden. Ein elektrisches Wirbelfeld wird durch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, und ein elektrisches Wechselfeld erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, d. h. elektrische und magnetische Wechselfelder können nicht ohne einander existieren. Ihre Beziehung lässt den Schluss zu, dass es sich um ein einziges elektromagnetisches Feld handelt.

Ein elektromagnetisches Feld ist ein Feld, durch das elektrisch geladene Teilchen interagieren. Ein elektromagnetisches Feld wird durch elektrische Feldstärke und magnetische Induktion charakterisiert. Der Zusammenhang zwischen diesen Größen und der räumlichen Verteilung elektrischer Ladungen und Ströme wurde in den 60er Jahren festgestellt. 19. Jahrhundert J. Maxwell. Diesen Zusammenhang nennt man Grundgleichungen der Elektrodynamik, die elektromagnetische Phänomene in verschiedenen Medien und im Vakuum beschreiben. Diese Gleichungen wurden als Verallgemeinerung der experimentell festgestellten Gesetze elektrischer und magnetischer Phänomene erhalten

Ticketnummer 8

Arbeit und Macht. Kinetische und potentielle Energie. Gesetz

Energieeinsparung.

Harmonische Schwingungen. Oszillatorische Bewegungsparameter

mathematisches Pendel.

3. Die Aufgabe, die elektrische Kapazität eines Kondensators zu berechnen.

1. Arbeit und kinetische Energie

Wenn eine konstante Kraft auf einen Körper einwirkt, erhält er eine Beschleunigung. Da sich der Körper unter dem Einfluss dieser Kraft bewegt, wirkt die Kraft. Betrachten wir die Bewegung eines Körpers mit Beschleunigung. Wir gehen davon aus, dass die Kraft- und Wegvektoren entlang einer Geraden in eine Richtung gerichtet sind. Wenn die Koordinatenachse in die gleiche Richtung zeigt, sind die Projektionen aller die Bewegung charakterisierenden Vektoren gleich ihren Modulen.

Die Beschleunigung, mit der sich der Körper bewegt, ist gleich:

Diese Beschleunigung wird dem Körper durch die Kraft F verliehen, die nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gleich ist: F = das, woraus: a= . Einsetzen des Ausdrucks in die Formel

für die Beschleunigung erhalten wir:

Lassen Sie uns die Formel umwandeln:

Auf der linken Seite der Gleichheit steht die Arbeit der Kraft A. Auf der rechten Seite der Gleichheit steht die Mengenänderung

Diese Größe, die dem halben Produkt aus der Masse eines Körpers und dem Quadrat seiner Geschwindigkeit entspricht, wird kinetische Energie – E genannt. Wir können sagen, dass die Arbeit einer Kraft gleich der Änderung der kinetischen Energie des Körpers ist. Diese Aussage wird Theorie der kinetischen Energie genannt.

Wenn eine Kraft positive Arbeit verrichtet, dann erhöht sich die kinetische Energie des Körpers; Wenn eine Kraft negative Arbeit verrichtet, nimmt die kinetische Energie des Körpers ab. Dies geschieht beispielsweise, wenn die Geschwindigkeit eines Körpers unter dem Einfluss von Reibung abnimmt.

Kinetische Energie wird auf die gleiche Weise wie Arbeit in Joule gemessen.

Kinetische Energie ist die Energie, die ein sich bewegender Körper besitzt.

Es charakterisiert seinen Zustand zu der einen oder anderen Zeit.

POTENZIELLE ENERGIE DES KÖRPERS.

Potenzielle Energie ist die Energie der Wechselwirkung zwischen Körpern oder Körperteilen, abhängig von ihrer relativen Position.

Lassen Sie uns den Zusammenhang zwischen der Arbeit der Schwerkraft und der Veränderung der potentiellen Energie des Körpers finden. Lassen Sie einen Körper der Masse m von der Höhe h auf die Höhe h fallen (Abb. 75).

Schwerkraftarbeit auf der Baustelle

Tickets für das logischste und einfachste Thema

Ticket Nr. 1

1. Mechanisches Uhrwerk. Relativität der mechanischen Bewegung. (01) Das Additionsgesetz der Geschwindigkeiten in der klassischen Mechanik. Kinematik der geradlinigen Bewegung eines materiellen Punktes.

2. Magnetfeld in der Materie (15). Magnetische Permeabilität. Die Natur des Ferromagnetismus. Curie-Temperatur.

Ticket Nr. 2

1. Gleichmäßig beschleunigte lineare Bewegung. Analytische und grafische Beschreibung gleichmäßig beschleunigter geradliniger Bewegung. (01)

2. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Lenzsche Regel. Selbstinduktion. Selbstinduzierte EMK. Die Energie des Magnetfeldes einer Spule mit Strom.

Ticketnummer 3

1. Bewegung eines materiellen Punktes im Kreis. Zentripetalbeschleunigung. Winkelgeschwindigkeit. Zusammenhang zwischen Linear- und Winkelgeschwindigkeiten.

2. Elektrischer Strom in Metallen. Die Natur des elektrischen Stroms in Metallen. Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises. Abhängigkeit des Metallwiderstands von der Temperatur. Supraleitung.

Ticketnummer 4

1. Newtons erstes Gesetz. Inertiale Referenzsysteme. Das Relativitätsprinzip in der klassischen Mechanik und in der speziellen Relativitätstheorie.

2. Elektrischer Strom in Lösungen und Schmelzen von Elektrolyten. Gesetze der Elektrolyse. Bestimmung der Elektronenladung

Ticketnummer 5

1. Newtons zweites Gesetz und die Grenzen seiner Anwendbarkeit.

2. Magnetische Wechselwirkung von Strömen. Magnetfeld und seine Eigenschaften. Ampere-Leistung. Lorentzkraft. Bewegung geladener Teilchen in einem gleichmäßigen Magnetfeld.

Ticketnummer 6

1. Newtons drittes Gesetz. Eigenschaften von Aktions- und Reaktionskräften. Grenzen der Anwendbarkeit des dritten Newtonschen Gesetzes

2. Elektrischer Strom im Vakuum. Elektrovakuumgeräte und ihre Anwendungen.

Ticket Nr. 7

2. Elektrischer Strom in Leitern. Eigen- und Fremdleitfähigkeit von Halbleitern, Bezirksübergang. Halbleiterdiode. Transistor.

Ticket Nr. 8

1. Das Gesetz der universellen Gravitation. Gravitationskonstante und ihre Messungen. Schwere. Körpergewicht. Schwerelosigkeit. Die Bewegung von Körpern unter dem Einfluss der Schwerkraft.(04)

2. Freie elektrische Schwingungen. Schwingkreis. Umwandlung von Energie in einem Schwingkreis. Dämpfung von Schwingungen. Thomsons Formel.

Ticket Nr. 9

1. Elastische Kraft. Arten elastischer Verformungen. Hookes Gesetz. Elastizitätsmodul. Spannungsdiagramm.(10)

2. Selbstschwingungen. Selbstschwingendes System. Generator kontinuierlicher elektromagnetischer Schwingungen.

Ticketnummer 10

1. Reibungskraft. Gleitreibungskoeffizient. Bilanzierung und Nutzung von Reibung im Alltag und in der Technik. Reibung in Flüssigkeiten und Gasen.

2. Wechselstrom als erzwungene elektromagnetische Schwingungen. Effektivwerte von Wechselstrom und Spannung. Aktiver und reaktiver Widerstand. Ohmsches Gesetz für einen Wechselstromkreis

Ticketnummer 11

1. Gleichgewicht eines starren Körpers. Moment der Macht. Bedingungen für das Gleichgewicht eines starren Körpers. Arten des Gleichgewichts. Das Prinzip der minimalen potentiellen Energie.

2. Transformator. Geräte und Funktionsprinzip des Transformators. Stromübertragung.

Ticketnummer 12

1. Mechanische Arbeit und Kraft. Energie: Das Gesetz der Energieerhaltung in mechanischen Prozessen.

2. Elektromagnetische Wellen und ihre Eigenschaften. Geschwindigkeit verbreiten Elektromagnetische Wellen. Hertz‘ Experimente

Ticket Nr. 13

1. Hydro- und Aerostatik. Allgemeine Eigenschaften flüssiger und gasförmiger Körper. Pascals Gesetz. Die Macht des Archimedes. Segelbedingungen Tel.

2. Das Prinzip der Funkkommunikation. Erfindung des Radios. Radar. Ein Fernseher. Entwicklung der Kommunikation.

Ticketnummer 14

2. Elektromagnetische Natur des Lichts (21). Methoden zur Messung der Lichtgeschwindigkeit. Elektromagnetische Wellenwaage. Wellengleichung.

Ticketnummer 15

1. Mechanische Vibrationen. Gleichung harmonischer Schwingungen. Freie und erzwungene Vibrationen. Die Schwingungsdauer einer Last auf einer Feder und einem mathematischen Pendel. Energieumwandlung bei oszillierender Bewegung.

2. Lichtinterferenz. Jungs Erfahrung. Kohärente Wellen. Dünnschichtfarben und Interferenzanwendungen.

Ticketnummer 16

1. Mechanische Wellen und ihre Eigenschaften. Ausbreitung von Schwingungen in elastischen Medien. Wellenlänge. Schallwellen und ihre Eigenschaften. Echo. Akustische Resonanz.

2. Das Phänomen der Lichtbeugung. Fresnel-Zonen. Beugungsgitter als Spektralgerät.

Ticket Nr. 17

1. Grundlegende Bestimmungen der molekularkinetischen Theorie und ihre experimentelle Begründung. Abmessungen und Masse von Molekülen.(06)

2. Streuung und Absorption von Licht

Ticketnummer 18

1. Ideales Gas. Ableitung der wichtigsten Bestimmungen der molekularkinetischen Theorie eines idealen Gases. Temperatur als Maß für die mittlere kinetische Energie von Molekülen.(07)

2. Polarisation von Licht. Natürliches Licht. Polarisator.

Ticketnummer 19

1. Gesättigter und ungesättigter Dampf. (09) Abhängigkeit des Sattdampfdrucks von

Temperatur. Sieden. Kritische Temperatur. Relative Luftfeuchtigkeit und ihre Messung.

2. Das Gesetz der geradlinigen Lichtausbreitung. Gesetze der Lichtbrechung und -reflexion. Totale Reflexion. Linsen. Dünne Linsenformel.

Ticket Nr. 20

1. Eigenschaften der Oberfläche von Flüssigkeiten. Oberflächenspannung. Benetzend und nicht benetzend. Kapillarphänomene.

2. Elemente der Photometrie: Energie und photometrische Größen. Gesetze der Beleuchtung.

Ticketnummer 21

2. Optische Instrumente: Lupe, Mikroskop, Teleskop. Auflösung des Teleskops. Kamera. Dia-, Epi- und Filmprojekte.

Ticket Nr. 22

1. Innere Energie und Möglichkeiten, sie zu ändern. Erster Hauptsatz der Thermodynamik. Innere Energie eines idealen Gases. Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik auf Isoprozesse und adiabatische Prozesse.

2. Elemente der speziellen Relativitätstheorie. Postulate der SRT. Die Endlichkeit und Grenze der Lichtgeschwindigkeit. Relativistisches Gesetz der Geschwindigkeitsumwandlung. Relativistische Dynamik.

Ticketnummer 23

1. Wärmekraftmaschinen, ihr Aufbau und Funktionsprinzip. Irreversibilität thermischer Prozesse. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik und seine statische Bedeutung. Wärmekraftmaschinen und Umweltprobleme.

2. Plancks Quantenhypothese. Fotoeffekt. Gesetze des photoelektrischen Effekts. Quantentheorie des photoelektrischen Effekts. Fotozellen und ihre Anwendung.

Ticketnummer 24

1. Elektrische Wechselwirkung und elektrische Ladung. Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung. Coulomb-Gesetz.

2. Die Struktur des Atoms. Rutherfords Experimente. Bohrs Quantenpostulate. Experimente von Frank und Hertz. Das Prinzip der Korrespondenz.

Ticketnummer 25

1. Elektrisches Feld. Elektrische Feldstärke. Spannungslinien.

2. Spontane und induzierte Strahlung. Laser und ihre Anwendungen.

Ticketnummer 26

1. Arbeit der elektrischen Feldkräfte. Potenzial und Potenzialdifferenz. Äquipotentialflächen. Zusammenhang zwischen Spannung und Potenzialdifferenz.

2. Atomkern. Der Aufbau des Atomkerns. Nukleare Kräfte. Kernbindungsenergie. Spezifische Bindungsenergie und Stärke der Kerne

Ticket Nr. 27

1. Leiter und Dielektrika in einem elektrischen Feld.

2. Radioaktivität. Eigenschaften radioaktiver Strahlung. Gesetz des radioaktiven Zerfalls.

Ticketnummer 28

1. Elektrische Kapazität. Kapazität des Kondensators. Energie eines geladenen Kondensators.

2. Eigenschaften ionisierende Strahlung. Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie. Methoden zur Aufzeichnung ionisierender Strahlung.

1. Elektrischer Strom und die Bedingungen seiner Existenz. EMF der aktuellen Quelle. Ohmsches Gesetz für homogene und inhomogene Abschnitte eines Stromkreises. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis. Kurzschluss.

2. Kernreaktionen. Freisetzung und Absorption von Energie bei Kernreaktionen. Nukleare Kettenreaktionen. Thermonukleare Reaktionen. Probleme der Kernenergie.

PHYSIK-PRÜFUNGSTICKETS

Ticket Nr. 1

1. Mechanisches Uhrwerk. Relativität der Bewegung. Referenzsystem. Materieller Punkt. Flugbahn. Weg und Bewegung. Sofortige Geschwindigkeit.

2. Laborarbeit zum Thema „Messung der Körperbeschleunigung bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung“.

Ticket Nr. 2

1. Freier Fall von Körpern. Gleichmäßige Bewegung im Kreis. Zentripetalbeschleunigung. Kinematik der Rotationsbewegung. Zusammenhang zwischen Winkel- und Lineargeschwindigkeit.

2. Problem zum Thema „Erhaltungssätze in der Mechanik“.

Ticket Nr. 3

1. Interaktion von Körpern. Gewalt. Newtons zweites Gesetz.

2. Aufgabe zum Thema „Körperimpuls“.

Ticket Nr. 4

1. Körperimpuls. Gesetz der Impulserhaltung. Manifestation des Impulserhaltungssatzes in der Natur und seine Anwendung in der Technik.

2. Aufgabe zum Thema „Kinematik der Rotationsbewegung“.

Ticket Nr. 5

1. Das Gesetz der universellen Gravitation. Schwere. Körpergewicht. Schwerelosigkeit.

2. Die Aufgabe, den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine zu ermitteln.

Ticket Nr. 6

1. Energie. Potenzielle und kinetische Energie.

2. Problem zum Thema „Der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Effizienz von Wärmekraftmaschinen“.

Ticket Nr. 7

1. Energieumwandlung bei mechanischen Schwingungen. Freie und erzwungene Vibrationen.

2. Problem bei der Parallelschaltung von Leitern

Ticket Nr. 8

1. Experimentelle Grundlage für die wichtigsten Bestimmungen der MCT-Struktur der Materie. Masse und Größe von Molekülen. Avogadros Konstante.

2. Problem der Bewegung oder des Gleichgewichts eines infizierten Partikels in einem elektrischen Feld.

Ticket Nr. 9

1. Ideales Gas. Grundlegende MCT-Gleichung für ein ideales Gas. Temperatur und ihre Messung. Absolute Temperatur.

2. Die Aufgabe, die Magnetfeldinduktion zu bestimmen (nach dem Amperegesetz oder der Formel zur Berechnung der Lorentzkraft).

Ticket Nr. 10

1. Kraftarbeit. Leistung.

2. Problem zum Thema „Energieerhaltungssatz“

Ticket Nr. 11

1. Zustandsgleichung eines idealen Gases. Isoprozesse.

2. Problem zum Thema „Coulombsches Gesetz“.

Ticket Nr. 12

1. Verdunstung und Kondensation. Sättigung und ungesättigte Dämpfe. Luftfeuchtigkeit. Messung der Luftfeuchtigkeit.

2. Laborarbeit „Messung des Widerstandes zweier in Reihe geschalteter Widerstände“.

Ticket Nr. 13

1. Kristall- und Amphorenkörper. Elastische und plastische Verformungen von Festkörpern.

2. Die Aufgabe, das Gesetz der elektromagnetischen Induktion anzuwenden.

Ticket Nr. 14

1. Kräfte und Energie der intermolekularen Wechselwirkung. Der Aufbau gasförmiger, flüssiger und fester Körper. Sterns Erfahrung.

2. Aufgabe zum Thema „Innere Energie. Berechnung der Wärmemenge.“

Ticket Nr. 15

1. Ideales Gas. Ideale Gaszustandsparameter

2. Laborarbeit zum Thema „Bestimmung des Elastizitätsmoduls eines Materials“

Ticket Nr. 16

1. Innere Energie. Wärmekapazität. Spezifische Wärme. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Adiabatischer Prozess.

2. Die Aufgabe, den Energieerhaltungssatz anzuwenden.

Ticketnummer 17

1. Elektromagnetische Induktion. Magnetischer Fluss. Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Lenzsche Regel

2. Problem zum Thema „Gesetz der Impulserhaltung“.

Ticket Nr. 18

1. Kondensatoren. Kapazität des Kondensators. Anwendung von Kondensatoren.

2. Problem bei der Anwendung der Zustandsgleichung eines idealen Gases.

Ticket Nr. 19

1. Arbeit und Strom im Gleichstromkreis. Elektromotorische Kraft. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis.

2. Laborarbeit „Körpergewicht messen“.

Ticket Nr. 20

1. Magnetfeld, Bedingungen seiner Existenz. Die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine elektrische Ladung und Experimente, die diese Wirkung bestätigen. Magnetische Induktion.

2. Laborarbeit „Messung der Luftfeuchtigkeit“.

Ticket Nr. 21

1. Halbleiter. Eigen- und Fremdleitfähigkeit von Halbleitern. Halbleiterbauelemente.

2. Problem bei Isoprozessen.

Ticket Nr. 22

1. Das Funktionsprinzip einer Wärmekraftmaschine. Effizienz der Wärmekraftmaschine.

2. Die Aufgabe, die Arbeit eines Gases anhand eines Diagramms der Abhängigkeit des Gasdrucks von seinem Volumen zu bestimmen.

Ticket Nr. 23

1. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Kältemaschine. Wärmekraftmaschine.

2. Die Aufgabe, das Gesetz der Impulserhaltung anzuwenden.

Ticket Nr. 24

1. Eigenschaften von Flüssigkeiten. Oberflächenschicht aus Flüssigkeit. Kapillarphänomene.

2. Labor arbeit zum Thema „Bestimmung der Luftfeuchtigkeit im Physikunterricht“.

Ticket Nr. 25

1. Eigenschaften von Festkörpern. Hookes Gesetz. Mechanische Eigenschaften von Festkörpern. Schmelzen und Kristallisieren.

2. Die Aufgabe, den Elastizitätsmodul des Materials zu bestimmen, aus dem der Draht besteht.

Ticket Nr. 26

1. Das Prinzip der Überlagerung von Feldern. Arbeit elektrostatischer Feldkräfte. Potenzial. Potenzieller unterschied.

2. Problem bei der Anwendung des Joule-Lenz-Gesetzes.

Anhang zu Prüfungsunterlagen(Aufgaben).

Ticket Nr. 2

Ticket Nr. 3

Ticket Nr. 4

Ticket Nr. 5

Ticket Nr. 6

Ticket Nr. 7

Ticket Nr. 8

Ticket Nr. 9

Die Aufgabe besteht darin, die Magnetfeldinduktion (nach dem Amperegesetz oder der Formel zur Berechnung der Lorentzkraft) zu bestimmen.

Bestimmen Sie die Induktion eines gleichmäßigen Magnetfeldes, wenn von der Feldseite her eine Kraft von 50 mN auf einen 0,2 m langen Leiter einwirkt. Der Leiter bildet mit der Richtung der Feldlinien einen Winkel von 30° und wird von einem Strom von 10 A durchflossen.

Ticket Nr. 10

Ticket Nr. 11

Ticket Nr. 13

Ticket Nr. 14

Ticket Nr. 16

Ticket Nr. 17

Ticket Nr. 18

Ticket Nr. 21

Problem bei Isoprozessen.

Die Abbildung zeigt zwei Isochoren für die gleiche Masse eines idealen Gases. Wie wird das Verhältnis der von Gasen eingenommenen Volumina bestimmt, wenn die Neigungswinkel der Isochoren zur Abszissenachse gleich und sind?

Ticket Nr. 22

Ticket Nr. 23

Ticket Nr. 25

Ticketnummer 26

Standards für richtige Antworten

Ticket Nr. 1

1. Mechanisches Uhrwerk. Relativität der Bewegung. Referenzsystem. Materieller Punkt. Flugbahn. Weg und Bewegung. Sofortige Geschwindigkeit.

Mechanisch Bewegung ist eine Änderung der Position eines Körpers (oder seiner Teile) relativ zu anderen Körpern.

Aus diesen Beispielen wird deutlich, dass es immer notwendig ist, den Körper anzugeben, relativ zu dem die Bewegung betrachtet wird; sie wird aufgerufen Referenzkörper. Es bilden sich das Koordinatensystem, der Bezugskörper, dem es zugeordnet ist, und die gewählte Methode der Zeitmessung Referenzsystem. Daher kann manchmal die Größe eines Körpers im Vergleich zur Entfernung zu ihm vernachlässigt werden; in diesen Fällen wird der Körper als materieller Punkt betrachtet. Die Linie, entlang der sich der materielle Punkt bewegt, wird als Trajektorie bezeichnet. Die Länge des Teils der Flugbahn zwischen der Anfangs- und Endposition des Punktes wird als Pfad (L) bezeichnet. Die Maßeinheit für den Weg ist 1m.

Mechanische Bewegung wird durch drei physikalische Größen charakterisiert: Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Ein gerichtetes Liniensegment, das von der Anfangsposition eines sich bewegenden Punktes zu seiner Endposition gezogen wird, wird aufgerufen ziehen um(S).

Geschwindigkeit- eine vektorielle physikalische Größe, die die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers charakterisiert und numerisch dem Verhältnis der Bewegung über einen kurzen Zeitraum zum Wert dieses Intervalls entspricht.

Beschleunigung- Vektorphysikalische Größe, die die Geschwindigkeitsänderungsrate charakterisiert, numerisch gleich dem Verhältnis der Geschwindigkeitsänderung zum Zeitraum, in dem diese Änderung auftrat

Als Bewegung bezeichnet man eine Bewegung, bei der sich die Geschwindigkeit eines Körpers nicht ändert, sich also der Körper in gleichen Zeiträumen um den gleichen Betrag bewegt gleichmäßige lineare Bewegung.

Bei einer solchen Bewegung haben Geschwindigkeit und Beschleunigung die gleiche Richtung und die Geschwindigkeit ändert sich in gleichen Zeitintervallen gleichmäßig. Diese Art der Bewegung nennt man gleichmäßig beschleunigt.

Beim Bremsen eines Autos nimmt die Geschwindigkeit über alle gleichen Zeiträume gleichmäßig ab, die Beschleunigung ist kleiner als Null; Da die Geschwindigkeit abnimmt, nehmen die Gleichungen die Form an:

v = v 0 + at, s = v 0 t - at 2 / 2. Diese Art der Bewegung wird als gleichmäßig langsam bezeichnet.

Ticket Nr. 2

Freier Fall von Körpern. Gleichmäßige Bewegung im Kreis. Zentripetalbeschleunigung. Kinematik der Rotationsbewegung. Zusammenhang zwischen Winkel- und Lineargeschwindigkeit.

1. Eine der häufigsten Bewegungsarten mit konstanter Beschleunigung ist der freie Fall von Körpern.

Freier Fall - Dies ist die Bewegung von Körpern nur unter dem Einfluss der Anziehungskraft der Erde (unter dem Einfluss der Schwerkraft).

Im freien Fall nehmen alle Körper in der Nähe der Erdoberfläche, unabhängig von ihrer Masse, zu Dasselbe Beschleunigung, auch Erdbeschleunigung genannt.

Symbol für freie Fallbeschleunigung - G.

Auf der Erdoberfläche variiert die Gravitationsbeschleunigung (g) zwischen 9,78 m/s 2 am Äquator und 9,83 m/s 2 am Pol.

2. Die Kreisbewegung ist ein Sonderfall der krummlinigen Bewegung.

Wenn sich der Radiusvektor des Körpers über gleiche Zeiträume um gleiche Winkel dreht und sich die lineare Geschwindigkeit des Körpers im Absolutwert nicht ändert (d. h. wenn |v 0 |=|v|), dann bewegt sich der Körper auf einem Kreis wird genannt Uniform (Man sollte nicht vergessen, dass eine gleichmäßige Bewegung im Kreis mit Beschleunigung erfolgt, da die Geschwindigkeit des Körpers ständig seine Richtung ändert.)

Winkelgeschwindigkeit Sie nennen einen Wert, der dem Verhältnis des Drehwinkels des Radiusvektors eines sich im Kreis bewegenden Punktes zum Zeitintervall t entspricht, in dem diese Drehung stattfand.

Man nennt die Geschwindigkeit eines tangential zu einem Kreis gerichteten Körpers linear.

Die momentane Geschwindigkeit des Körpers an jedem Punkt der krummlinigen Flugbahn ist tangential zur Flugbahn gerichtet. Somit, Bei einer krummlinigen Bewegung ändert sich die Richtung der Körpergeschwindigkeit kontinuierlich. diese. Die Bewegung im Kreis mit einer im Absolutwert konstanten Geschwindigkeit wird beschleunigt. Die Zentripetalbeschleunigung ist immer auf den Mittelpunkt des Kreises gerichtet:

Linear- und Winkelgeschwindigkeiten hängen zusammen: , d.h. .

Zeitraum- eine physikalische Größe, die die Zeit angibt, die ein Punkt für eine vollständige Umdrehung benötigt. Wenn wir benennen N– Anzahl der Umdrehungen und T– Punkt, dann: .

Die SI-Maßeinheit ist s. Weil Während einer Periode dreht sich der Punkt um einen Winkel 2π, Das .

Frequenz– die Anzahl der Umdrehungen, die der Punkt pro Zeiteinheit gemacht hat: .

SI-Maßeinheit – Hz (Hertz). Die Frequenz ist gleich einem Hertz, wenn der Punkt in 1 Sekunde eine volle Umdrehung macht ( 1Hz=1s -1). Frequenz und Periode sind zueinander inverse Größen: . Somit: .

Ticket Nr. 3

Gewalt. Gewicht. Newtons zweites Gesetz.

Die Einwirkungen von Körpern aufeinander, die eine Beschleunigung erzeugen, werden Kräfte genannt. Alle Kräfte können in zwei Haupttypen unterteilt werden: Kräfte, die bei direktem Kontakt wirken, und Kräfte, die unabhängig davon wirken, ob sich die Körper berühren oder nicht, also in einiger Entfernung.

Kraft ist eine Vektorgröße. Die Kraft wird mit einem Dynamometer gemessen. Die bei direktem Kontakt wirkenden Kräfte wirken über die gesamte Kontaktfläche der Körper. Ein Hammer, der auf den Kopf eines Nagels trifft, wirkt sich auf den gesamten Kopf aus. Wenn die Fläche jedoch klein ist, wird davon ausgegangen, dass der Körper auf einen Punkt einwirkt. Dieser Punkt wird Anwendungspunkt genannt. Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so kann ihre Wirkung auf den Körper durch eine ersetzt werden, die Ersatzkraft wird Summe oder Resultierende genannt.

Die Eigenschaft von Körpern, unter einem bestimmten Einfluss eine bestimmte Beschleunigung zu erreichen, heißt Trägheit. Trägheit besteht darin, dass zur Änderung der Geschwindigkeit eines Körpers um einen bestimmten Betrag die Einwirkung eines anderen Körpers auf ihn erforderlich ist und diese Einwirkung einige Zeit anhält. Trägheit ist eine allen Körpern innewohnende Eigenschaft. Gewicht Körper - ein quantitatives Maß für seine Trägheit.

Ein Körper, dessen Geschwindigkeit sich durch Wechselwirkung weniger ändert, wird als träger bezeichnet und seine Masse ist größer:

Die SI-Einheit der Körpermasse ist das Kilogramm (kg).

Da die Masse im Gesetz der universellen Gravitation enthalten ist, bestimmt sie auch die gravitative Wechselwirkung von Körpern.

Newtons II. Gesetz

Die auf den Körper wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus der Körpermasse und der durch diese Kraft erzeugten Beschleunigung, und die Richtungen der Kraft und der Beschleunigung fallen zusammen: a = F/m

Das Gesetz kann in einer anderen Form ausgedrückt werden. Die auf einen Körper ausgeübte Beschleunigung ist direkt proportional zur auf den Körper wirkenden Kraft, umgekehrt proportional zur Masse des Körpers und hat die gleiche Richtung wie die Kraft.

Merkmale des Newtonschen Gesetzes II:

1. Gilt für jede Stärke.

2. Kraft ist die Ursache, bestimmt die Beschleunigung.

3. Vektor A am Vektor ausgerichtet F.

4. Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so wird die Resultierende gebildet.

5. Wenn die Resultierende Null ist, ist die Beschleunigung Null. (Newtons erstes Gesetz)

6. Kann nur auf Körper angewendet werden, deren Geschwindigkeit im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit gering ist.

Ticket Nr. 4

Reaktionsplan

1. Körperimpuls. 2. Gesetz der Impulserhaltung. 3. Anwendung des Impulserhaltungssatzes. 4. Jet-Antrieb.

Es gibt Mengen, die erhalten bleiben können, wenn Körper interagieren. Diese Mengen sind Energie Und Impuls.

Körperimpuls wird als vektorielle physikalische Größe bezeichnet, die ein quantitatives Merkmal der Translationsbewegung von Körpern ist. Der Impuls wird bezeichnet R. Impulseinheit

R - kg m/s. Der Impuls eines Körpers ist gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit: p = mv. Impulsvektorrichtung R stimmt mit der Richtung des Körpergeschwindigkeitsvektors überein v(Abb. 4).

Für den Impuls von Körpern gilt der Erhaltungssatz. Er hat die Form m 1 v 1 + t 2 gegen 2 = m 1 v 1 " + t 2 v 2 " Wo t 1 Und

t 2 - Massen von Körpern und v 1 und v 2 sind die Geschwindigkeiten vor der Wechselwirkung, v 1 "und v 2" - Geschwindigkeit nach der Interaktion. Das

Die Formel ist ein mathematischer Ausdruck des Impulserhaltungssatzes: Der Impuls eines geschlossenen physikalischen Systems bleibt während aller Wechselwirkungen innerhalb dieses Systems erhalten.

In der Mechanik sind der Impulserhaltungssatz und die Newtonschen Gesetze miteinander verbunden. Wenn der Körper wiegt T für eine Zeit T eine Kraft wirkt und die Geschwindigkeit ihrer Bewegung variiert v 0 zu v , dann die Beschleunigung der Bewegung A Körper ist gleich A= (v - v 0)/t. Basierend auf Newtons zweitem Kraftgesetz F kann aufgeschrieben werden F = ta = m(v - v 0)/t, das impliziert

Ft = mv - mv 0 .

Ft- Vektorphysikalische Größe, die die Wirkung einer Kraft auf einen Körper über einen bestimmten Zeitraum charakterisiert und dem Produkt aus Kraft und Zeit entspricht T ihre Handlungen werden aufgerufen Impuls der Macht.

Impulseinheit in SI - N s.

Grundlage ist der Impulserhaltungssatz Strahlantrieb.Strahlantrieb- Dies ist die Bewegung des Körpers, die nach der Trennung seines Teils vom Körper auftritt.

Ein großer Verdienst für die Entwicklung der Theorie des Strahlantriebs gebührt K. E. Tsiolkovsky.

Er entwickelte die Flugtheorie eines Körpers variabler Masse (einer Rakete) in einem gleichmäßigen Gravitationsfeld und berechnete die Treibstoffreserven, die zur Überwindung der Schwerkraft erforderlich sind; die Grundlagen der Theorie eines Flüssigkeitsstrahltriebwerks sowie Elemente seiner Konstruktion; die Theorie der mehrstufigen Raketen und schlug zwei Optionen vor: parallel (mehrere Strahltriebwerke arbeiten gleichzeitig) und sequentiell (Strahltriebwerke arbeiten nacheinander). Die Bewegung vieler Meeresmollusken (Kraken, Quallen, Tintenfische, Tintenfische) basiert ebenfalls nach dem reaktiven Prinzip.

Ticket Nr. 5

Das Gesetz der universellen Gravitation. Schwerkraftfeld. Schwere. Körpergewicht.

Isaac Newton vermutete, dass zwischen allen Körpern in der Natur Kräfte der gegenseitigen Anziehung bestehen. Diese Kräfte werden Gravitationskräfte oder genannt Kräfte der universellen Schwerkraft. Die Kraft der universellen Gravitation manifestiert sich im Raum, Sonnensystem und auf der Erde. Newton verallgemeinerte die Bewegungsgesetze Himmelskörper und fand heraus, dass die Kraft F gleich ist:

m 1 und m 2-Masse wechselwirkender Körper, R ist der Abstand zwischen ihnen, G ist der Proportionalitätskoeffizient, der als Gravitationskonstante bezeichnet wird. Der numerische Wert der Gravitationskonstante wurde von Cavendish experimentell durch Messung der Wechselwirkungskraft zwischen Bleikugeln bestimmt. Infolgedessen klingt das Gesetz der universellen Gravitation so: Zwischen allen materiellen Punkten gibt es eine Kraft der gegenseitigen Anziehung, die direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist und entlang der Verbindungslinie wirkt diese Punkte.

Die Kräfte der universellen Schwerkraft wirken zwischen allen Körpern in der Natur, machen sich jedoch bei großen Massen bemerkbar (oder wenn zumindest die Masse eines der Körper groß ist). Das Gesetz der universellen Gravitation gilt nur für materielle Punkte und Kugeln (in diesem Fall wird als Abstand der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kugeln angenommen).

Eine besondere Art der universellen Gravitationskraft ist die Anziehungskraft von Körpern zur Erde (oder zu einem anderen Planeten). Diese Kraft heißt Schwere. Unter dem Einfluss dieser Kraft erlangen alle Körper eine Erdbeschleunigung. Nach Newtons zweitem Gesetz g = F schwer *m, daher F schwer = mg. Die Schwerkraft ist immer auf den Erdmittelpunkt gerichtet. Abhängig von der Körpergröße HÜber der Erdoberfläche und der geografischen Breite der Position des Körpers nimmt die Beschleunigung des freien Falls zu unterschiedliche Bedeutungen. Auf der Erdoberfläche und in mittleren Breiten beträgt die Erdbeschleunigung 9,831 m/s2.
Das Konzept ist in der Technik und im Alltag weit verbreitet Körpergewicht. Das Gewicht eines Körpers ist die Kraft, mit der der Körper aufgrund der Anziehungskraft des Planeten auf eine Stütze oder Aufhängung drückt (Abb. 1). Das Gewicht des Körpers wird mit R bezeichnet. Die Gewichtseinheit ist N. Da das Gewicht gleich der Kraft ist, mit der der Körper auf die Unterlage einwirkt, beträgt nach dem dritten Newtonschen Gesetz das größte Gewicht des Körpers gleich der Reaktionskraft der Stütze. Um das Gewicht des Körpers zu ermitteln, muss daher die Stützreaktionskraft bestimmt werden.

Wenn der Körper frei fällt, dann ist in diesem Fall P = (g- g)m = 0. Man nennt den Zustand eines Körpers, in dem sein Gewicht Null ist Schwerelosigkeit. Der Zustand der Schwerelosigkeit wird in einem Flugzeug oder Raumfahrzeug beobachtet, wenn es sich mit freier Fallbeschleunigung bewegt, unabhängig von der Richtung und dem Wert seiner Bewegungsgeschwindigkeit. Außerhalb der Erdatmosphäre wirkt bei ausgeschalteten Strahltriebwerken nur die Kraft der universellen Schwerkraft auf das Raumschiff. Unter dem Einfluss dieser Kraft bewegen sich das Raumschiff und alle darin befindlichen Körper mit der gleichen Beschleunigung, daher herrscht im Schiff ein Zustand der Schwerelosigkeit.

Ticket Nr. 6

Energie. Potenzielle und kinetische Energie.

Bewegte Körper haben die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, wenn sich ihre Geschwindigkeit ändert. Die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt, nennt man kinetische Energie.

Der Teil der mechanischen Energie, der durch die Bewegung eines Körpers entsteht, wird kinetische Energie – Ek – genannt.

Abhängigkeit der kinetischen Energie von der Masse eines bewegten Körpers und seiner Geschwindigkeit

Die kinetische Energie eines Körpers, der sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, ist gleich der Arbeit, die verrichtet werden muss, um einem stationären Körper diese Geschwindigkeit zu verleihen. Auf einen stationären Körper der Masse m sei eine konstante Kraft F ausgeübt. Dann ist Ek = A = Fs, wobei s der Verschiebungsmodul ist. Einsetzen der Ausdrücke F = ma und s = in diese Formel v 2/2a, wir erhalten: kinetische Energie eines Körpers der Masse m, der sich mit Geschwindigkeit bewegt v, wird durch die Formel Eк = m ausgedrückt v 2/2.

Der Teil der mechanischen Energie, der durch die relative Position der interagierenden Körper bestimmt wird, wird aufgerufen potenzielle Energie - Ep.

Wenn beispielsweise die Schwerkraft beim Herunterfallen eines Gewichts wirkt, verfügen das angehobene Gewicht und das Erdsystem über potenzielle Energie.

Bezeichnen wir die Änderung der potentiellen Energie , wobei Index 1 den Anfangszustand des Systems angibt und Index 2 den Endzustand angibt.

Wenn das System bei einer Änderung der relativen Position von Körpern positive Arbeit verrichtet, nimmt seine potentielle Energie ab, und wenn das System negative Arbeit verrichtet, erhöht sich seine potentielle Energie.

Die Änderung der potentiellen Energie ΔEp und A die vom System geleistete Arbeit hängen durch die Beziehung zusammen:

ΔEp = -A.

Aus dieser Formel folgt, dass nur die Änderung der potentiellen Energie physikalische Bedeutung hat: Sie wird an der Arbeit gemessen, die das System geleistet hat. Die Wahl des Nullniveaus der potentiellen Energie wird durch Erwägungen der Bequemlichkeit zur Lösung jedes spezifischen Problems bestimmt.

A) Potenzielle Energie einer über dem Boden angehobenen Last. Beim Heben einer Last der Masse m auf die Höhe h wird Arbeit verrichtet mgh, daher erhöht sich die potentielle Energie des Systems „Last und Erde“ um mgh. Als Nullniveau der potentiellen Energie wählen wir den Zustand des Systems, wenn sich die Last auf der Erdoberfläche befindet. Dann Ep = mgh.

B) Potenzielle Energie einer deformierten Feder. Die potentielle Energie einer verformten Feder ist gleich der Arbeit, die aufgewendet werden muss, um die Feder zu verformen. A = kx 2 /2, Dabei ist k die Federsteifigkeit und x die Dehnung. Daher die potentielle Energie der verformten Feder Ep = kx 2 /2.

Ticket Nr. 7

Reaktionsplan

1. Definition der oszillierenden Bewegung. 2. Freie Schwingungen. 3. Energietransformationen. 4. Erzwungene Vibrationen.

Mechanische Vibrationen sind Bewegungen des Körpers, die sich exakt oder annähernd in gleichen Zeitabständen wiederholen. Die Hauptmerkmale mechanischer Schwingungen sind: Weg, Amplitude, Frequenz, Periode. Voreingenommenheit ist eine Abweichung von der Gleichgewichtslage. Amplitude- Modul der maximalen Abweichung von der Gleichgewichtslage. Frequenz- die Anzahl der pro Zeiteinheit durchgeführten vollständigen Schwingungen. Zeitraum- die Zeit einer vollständigen Schwingung, d. h. die Mindestzeitspanne, nach der sich der Vorgang wiederholt. Zeitraum und Häufigkeit hängen zusammen durch: v= 1/T.

Die einfachste Art der oszillierenden Bewegung ist harmonische Schwingungen, bei dem sich die Schwinggröße im Laufe der Zeit nach dem Sinus- oder Kosinusgesetz ändert (Abb.).

Frei- werden Schwingungen genannt, die aufgrund der zunächst eingeprägten Energie entstehen, ohne dass äußere Einflüsse auf das die Schwingungen ausführende System einwirken. Zum Beispiel Vibrationen einer Belastung eines Fadens (Abb.).

Betrachten wir den Prozess der Energieumwandlung am Beispiel der Schwingungen einer Last auf einem Faden (siehe Abbildung).

Wenn das Pendel aus seiner Gleichgewichtslage abweicht, steigt es in die Höhe H relativ zum Nullniveau also am Punkt A Ein Pendel hat potentielle Energie mgh. Bei der Bewegung in die Gleichgewichtslage zum Punkt O nimmt die Höhe auf Null ab, die Geschwindigkeit der Last nimmt zu und am Punkt O die gesamte potentielle Energie mgh wird in kinetische Energie mv umgewandelt g/2. Im Gleichgewicht ist die kinetische Energie maximal und die potentielle Energie minimal. Nach dem Passieren der Gleichgewichtslage wird die kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt, die Geschwindigkeit des Pendels nimmt ab und wird bei maximaler Abweichung von der Gleichgewichtslage erreicht gleich Null. Bei einer oszillierenden Bewegung kommt es immer zu periodischen Umwandlungen seiner kinetischen und potentiellen Energien.

Bei freien mechanischen Schwingungen entsteht zwangsläufig ein Energieverlust zur Überwindung von Widerstandskräften. Treten Schwingungen unter dem Einfluss einer periodisch einwirkenden äußeren Kraft auf, so spricht man von solchen Schwingungen gezwungen.

Wenn die Frequenz der äußeren Kraft und die Frequenz der körpereigenen Schwingungen zusammenfallen, nimmt die Amplitude der erzwungenen Schwingungen stark zu. Dieses Phänomen nennt man mechanische Resonanz.

Ht- Amplitude

w- Häufigkeit der äußeren Krafteinwirkung

w0- Frequenz der Eigenschwingungen

Das Resonanzphänomen kann zur Zerstörung von Autos, Gebäuden, Brücken führen, wenn deren Eigenfrequenzen mit der Frequenz einer periodisch wirkenden Kraft übereinstimmen. So sind beispielsweise Motoren in Autos auf speziellen Stoßdämpfern montiert und Militäreinheiten ist es verboten, beim Überqueren der Brücke Schritt zu halten.

Ticket Nr. 8

Reaktionsplan

1. Grundbestimmungen. 2. Erfahrene Beweise. 3. Mikroeigenschaften des Stoffes.

Die molekularkinetische Theorie ist ein Zweig der Physik, der die Eigenschaften verschiedener Materiezustände untersucht und dabei auf der Idee der Existenz von Molekülen und Atomen basiert winzige Partikel Substanzen. IKT basiert auf drei Hauptprinzipien:

1. Alle Stoffe bestehen aus winzigen Teilchen: Molekülen, Atomen oder Ionen.

2. Diese Teilchen befinden sich in ständiger chaotischer Bewegung, deren Geschwindigkeit die Temperatur der Substanz bestimmt.

3. Zwischen den Teilchen wirken Anziehungs- und Abstoßungskräfte, deren Art vom Abstand zwischen ihnen abhängt.

Die wichtigsten Bestimmungen der IKT werden durch viele experimentelle Fakten bestätigt. Die Existenz von Molekülen, Atomen und Ionen wurde experimentell nachgewiesen, die Moleküle wurden ausreichend untersucht und sogar fotografiert Elektronenmikroskope. Die Fähigkeit von Gasen, sich auf unbestimmte Zeit auszudehnen und zu besetzen alle Das dadurch bereitgestellte Volumen erklärt sich aus der kontinuierlichen chaotischen Bewegung der Moleküle. Elastizität Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten, die Fähigkeit von Flüssigkeiten, einige Feststoffe zu benetzen, die Prozesse des Färbens, Klebens, der Formerhaltung durch Feststoffe und vieles mehr weisen auf die Existenz von Anziehungs- und Abstoßungskräften zwischen Molekülen hin. Auch das Phänomen der Diffusion – die Fähigkeit von Molekülen einer Substanz, in die Zwischenräume zwischen den Molekülen einer anderen Substanz einzudringen – bestätigt die wesentlichen Bestimmungen der MCT. Das Phänomen der Diffusion erklärt beispielsweise die Ausbreitung von Gerüchen, die Vermischung unterschiedlicher Flüssigkeiten, den Prozess der Auflösung von Feststoffen in Flüssigkeiten und das Verschweißen von Metallen durch Schmelzen oder Druck. Eine Bestätigung der kontinuierlichen chaotischen Bewegung von Molekülen ist auch die Brownsche Bewegung – die kontinuierliche chaotische Bewegung mikroskopischer, in Flüssigkeit unlöslicher Partikel.

Die Bewegung der Brownschen Teilchen wird durch die chaotische Bewegung flüssiger Teilchen erklärt, die mit mikroskopisch kleinen Teilchen kollidieren und diese in Bewegung versetzen. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Geschwindigkeit Brownscher Teilchen von der Temperatur der Flüssigkeit abhängt. Die Theorie der Brownschen Bewegung wurde von A. Einstein entwickelt. Die Gesetze der Teilchenbewegung sind statistischer und probabilistischer Natur. Es gibt nur einen bekannten Weg, die Intensität der Brownschen Bewegung zu verringern – die Temperatur zu senken. Die Existenz der Brownschen Bewegung bestätigt überzeugend die Bewegung von Molekülen.

Jeder Stoff besteht daher aus Teilchen Menge der Substanz wird im Allgemeinen als proportional zur Anzahl der Partikel angesehen, d. h. Strukturelemente im Körper enthalten, v.

Die Mengeneinheit eines Stoffes ist Mol.Mol- Dies ist die Stoffmenge, die die gleiche Anzahl an Strukturelementen eines Stoffes enthält, wie Atome in 12 g Kohlenstoff C 12 vorhanden sind. Man nennt das Verhältnis der Molekülzahl eines Stoffes zur Stoffmenge Avogadros Konstante:

n a = N/v. na = 6,02 · 10 23 mol -1.

Die Avogadro-Konstante gibt an, wie viele Atome und Moleküle in einem Mol einer Substanz enthalten sind. Molmasse ist eine Größe, die dem Verhältnis der Masse eines Stoffes zur Stoffmenge entspricht:

Die Molmasse wird in kg/mol ausgedrückt. Wenn Sie die Molmasse kennen, können Sie die Masse eines Moleküls berechnen:

m 0 = m/N = m/vN A = M/N A

Die durchschnittliche Masse von Molekülen wird üblicherweise durch chemische Methoden bestimmt; die Avogadro-Konstante wird mit hoher Genauigkeit durch mehrere physikalische Methoden bestimmt. Die Massen von Molekülen und Atomen werden mit einem Massenspektrographen mit hoher Genauigkeit bestimmt.

Die Massen der Moleküle sind sehr klein. Zum Beispiel die Masse eines Wassermoleküls: t = 29,9 10 -27 kg.

Die Molmasse hängt mit der relativen Molekülmasse von Mr zusammen. Die relative Molmasse ist ein Wert, der dem Verhältnis der Masse eines Moleküls einer bestimmten Substanz zu 1/12 der Masse des C 12 -Kohlenstoffatoms entspricht. Wenn bekannt chemische Formel Wenn es sich um einen Stoff handelt, kann anhand des Periodensystems seine relative Masse bestimmt werden, die, ausgedrückt in Kilogramm, die Molmasse dieses Stoffes angibt.

Ticket Nr. 9

Reaktionsplan

1. Das Konzept eines idealen Gases, Eigenschaften. 2. Erläuterung des Gasdrucks. 3. Die Notwendigkeit, die Temperatur zu messen. 4. Physikalische Bedeutung Temperatur. 5. Temperaturskalen. 6. Absolute Temperatur.

Um die Eigenschaften von Materie im gasförmigen Zustand zu erklären, wird das ideale Gasmodell verwendet. Ideal Es gilt als Gas, wenn:

a) zwischen Molekülen gibt es keine Anziehungskräfte, d. h. Moleküle verhalten sich wie absolut elastische Körper;

b) Das Gas ist sehr entladen, d. h. der Abstand zwischen den Molekülen ist groß weitere Größen die Moleküle selbst;

c) Das thermische Gleichgewicht im gesamten Volumen wird sofort erreicht. Die Voraussetzungen dafür, dass ein reales Gas die Eigenschaften eines idealen Gases annimmt, werden bei entsprechender Verdünnung des realen Gases erfüllt. Einige Gase sogar mit Zimmertemperatur und Atmosphärendruck weichen geringfügig vom Ideal ab.

Die Hauptparameter eines idealen Gases sind Druck, Volumen und Temperatur.

Einer der ersten und wichtigen Erfolge der MCT war die qualitative und quantitative Erklärung des Gasdrucks an den Wänden eines Gefäßes. Qualitativ Die Erklärung liegt darin, dass Gasmoleküle beim Aufprall auf die Gefäßwände nach den Gesetzen der Mechanik als elastische Körper mit diesen interagieren und ihre Impulse auf die Gefäßwände übertragen.

Basierend auf den Grundprinzipien der molekularkinetischen Theorie wurde die grundlegende MKT-Gleichung für ein ideales Gas erhalten, die wie folgt aussieht: p = 1/3 t 0 pv 2 .

Hier R - idealer Gasdruck, m 0 -

molekulare Masse, P - Konzentration von Molekülen, v 2 - das mittlere Quadrat der molekularen Geschwindigkeit.

Wenn wir den Durchschnittswert der kinetischen Energie der Translationsbewegung idealer Gasmoleküle E k bezeichnen, erhalten wir die Grundgleichung des MKT eines idealen Gases in der Form: p = 2/3nE k .

Wenn man jedoch nur den Gasdruck misst, ist es unmöglich, die durchschnittliche kinetische Energie einzelner Moleküle oder ihre Konzentration zu kennen. Um die mikroskopischen Parameter eines Gases zu ermitteln, ist es daher notwendig, eine andere physikalische Größe zu messen, die mit der durchschnittlichen kinetischen Energie der Moleküle zusammenhängt. Eine solche Größe in der Physik ist die Temperatur. Temperatur - eine skalare physikalische Größe, die den Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts beschreibt (ein Zustand, in dem sich die mikroskopischen Parameter nicht ändern). Als thermodynamische Größe charakterisiert die Temperatur den thermischen Zustand des Systems und wird anhand des Ausmaßes ihrer Abweichung von dem als Null angenommenen Wert gemessen; als molekularkinetische Größe charakterisiert sie die Intensität der chaotischen Bewegung von Molekülen und wird gemessen durch ihre durchschnittliche kinetische Energie.

E k = 3/2 kT, Wo k = 1,38 · 10 -23 J/K und heißt Boltzmann-Konstante.

Die Temperatur aller Teile eines isolierten Systems im Gleichgewicht ist gleich. Die Temperatur wird mit Thermometern in Grad verschiedener Temperaturskalen gemessen. Es gibt eine absolute thermodynamische Skala (Kelvin-Skala) und verschiedene empirische Skalen, die sich unterscheiden Ausgangspunkte. Vor der Einführung der absoluten Temperaturskala wurde in der Praxis häufig die Celsius-Skala verwendet (der Gefrierpunkt von Wasser wird mit 0 °C angenommen, der Siedepunkt von Wasser bei normalen Temperaturen mit 100 °C). Luftdruck).

Die Einheit der Temperatur im absoluten Maßstab wird genannt Kelvin und wird als gleich einem Grad auf der Celsius-Skala 1 K = 1 °C gewählt. In der Kelvin-Skala wird die absolute Nulltemperatur als Null angenommen, also die Temperatur, bei der der Druck eines idealen Gases bei konstantem Volumen Null ist. Berechnungen ergeben, dass der absolute Nullpunkt bei -273 °C liegt. Somit besteht ein Zusammenhang zwischen der absoluten Temperaturskala und der Celsius-Skala T = t°C + 273. Absolute Nulltemperaturen sind unerreichbar, da jede Abkühlung auf der Verdunstung von Molekülen von der Oberfläche beruht und bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt die Geschwindigkeit der Translationsbewegung der Moleküle so stark verlangsamt wird, dass die Verdunstung praktisch zum Stillstand kommt. Theoretisch ist beim absoluten Nullpunkt die Geschwindigkeit der Translationsbewegung von Molekülen Null, d. h. die thermische Bewegung der Moleküle hört auf.

Ticket Nr. 10

Kraftarbeit. Leistung.

Die von einer Kraft geleistete Arbeit ist gleich dem Produkt aus den Modulen von Kraft und Weg und dem Kosinus des Winkels zwischen ihnen. Diese Formel gilt, wenn die Kraft konstant ist und sich der Körper entlang einer geraden Linie bewegt.

Das Vorzeichen der Arbeit wird durch das Vorzeichen des Kosinus des Winkels zwischen Kraft und Weg bestimmt.

Wenn α<90˚, то A>0,

Wenn α>90˚, dann A<0

Wenn α=0, dann A=0

Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper, so ist die Gesamtarbeit (die Summe der Arbeit aller Kräfte) gleich der Arbeit der resultierenden Kraft.

A = F1r | ∆r|+F2r |∆r|+…=A1+A2+… .

Im Internationalen Einheitensystem wird die Arbeit in Joule (J) gemessen.

1 J = 1 N 1 m = 1 N m

Ein Joule ist die Arbeit, die eine Kraft von 1 N verrichtet, um sich 1 m zu bewegen, wenn die Richtungen der Kraft und der Bewegung übereinstimmen.

Leistung ist das Verhältnis der Arbeit A zum Zeitintervall ∆t, in dem diese Arbeit verrichtet wird. N = A/∆t

Wenn wir die Arbeitsformel in die Leistungsformel einsetzen, stellt sich heraus, dass die Leistung gleich dem Produkt aus dem Modul des Kraftvektors, dem Modul des Geschwindigkeitsvektors und dem Kosinus des Winkels zwischen den Richtungen ist.

1. Mechanisches Uhrwerk. Materieller Punkt.

Die mechanische Bewegung eines Körpers ist die zeitliche Veränderung seiner Position im Raum relativ zu anderen Körpern. Er untersucht die Bewegung mechanischer Körper. Die Bewegung eines absolut starren Körpers (der sich während der Bewegung und Wechselwirkung nicht verformt), bei dem sich alle seine Punkte zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichermaßen bewegen, wird als Translationsbewegung bezeichnet. Um sie zu beschreiben, ist es notwendig und ausreichend, die Bewegung eines einzigen zu beschreiben Punkt des Körpers. Eine Bewegung, bei der die Flugbahnen aller Punkte des Körpers Kreise sind, deren Mittelpunkt auf einer Linie liegt und alle Ebenen der Kreise senkrecht zu dieser Linie stehen, wird als Rotationsbewegung bezeichnet. Ein Körper, dessen Form und Abmessungen unter gegebenen Bedingungen vernachlässigt werden können, wird materieller Punkt genannt.

Diese Vernachlässigung ist zulässig, wenn die Größe des Körpers klein ist im Vergleich zu der Entfernung, die er zurücklegt, oder der Entfernung dieses Körpers zu anderen Körpern. Um die Bewegung eines Körpers zu beschreiben, müssen Sie seine Koordinaten zu jedem Zeitpunkt kennen. Dies ist die Hauptaufgabe der Mechanik.

2. Relativität der Bewegung. Referenzsystem. Einheiten.

Um die Koordinaten eines materiellen Punktes zu bestimmen, ist es notwendig, einen Referenzkörper auszuwählen, diesem ein Koordinatensystem zuzuordnen und den Ursprung der Zeit festzulegen. Das Koordinatensystem und die Angabe des Zeitursprungs bilden ein Bezugssystem, relativ zu dem die Bewegung des Körpers betrachtet wird. Das System muss sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen (oder ruhen, was im Allgemeinen dasselbe ist). Die Flugbahn des Körpers, die zurückgelegte Strecke und die Verschiebung hängen von der Wahl des Bezugssystems ab, d. h. Mechanische Bewegung ist relativ. Die Längeneinheit ist der Meter, der der Strecke entspricht, die das Licht im Vakuum in Sekunden zurücklegt. Eine Sekunde ist eine Zeiteinheit, die den Strahlungsperioden eines Cäsium-133-Atoms entspricht.

3. Flugbahn. Weg und Bewegung. Sofortige Geschwindigkeit.

Die Flugbahn eines Körpers ist eine Linie, die durch einen sich bewegenden materiellen Punkt im Raum beschrieben wird. Pfad – die Länge des Trajektorienabschnitts von der anfänglichen bis zur endgültigen Bewegung des Materialpunkts. Der Radiusvektor ist ein Vektor, der den Koordinatenursprung und einen Punkt im Raum verbindet. Die Verschiebung ist ein Vektor, der die Start- und Endpunkte eines im Laufe der Zeit zurückgelegten Trajektorienabschnitts verbindet. Geschwindigkeit ist eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung zu einem bestimmten Zeitpunkt charakterisiert. Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist definiert als. Die durchschnittliche Geschwindigkeit über Grund ist gleich dem Verhältnis der vom Körper während eines bestimmten Zeitraums zurückgelegten Strecke zu diesem Intervall. . Die Momentangeschwindigkeit (Vektor) ist die erste Ableitung des Radiusvektors eines sich bewegenden Punktes. . Die momentane Geschwindigkeit ist tangential zur Flugbahn gerichtet, der Durchschnitt – entlang der Sekante. Momentane Geschwindigkeit über Grund (Skalar) – die erste Ableitung der Strecke nach der Zeit, betragsmäßig gleich der Momentangeschwindigkeit

4. Gleichmäßige lineare Bewegung. Diagramme kinematischer Größen über der Zeit bei gleichförmiger Bewegung. Hinzufügung von Geschwindigkeiten.

Eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit in Größe und Richtung wird als gleichmäßige geradlinige Bewegung bezeichnet. Bei einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung legt ein Körper in gleichen Zeiträumen gleiche Strecken zurück. Bei konstanter Geschwindigkeit errechnet sich die zurückgelegte Strecke wie folgt: Das klassische Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten lautet wie folgt: Die Bewegungsgeschwindigkeit eines materiellen Punktes in Bezug auf ein als stationäres Bezugssystem angenommenes Bezugssystem ist gleich der Vektorsumme der Bewegungsgeschwindigkeiten eines Punktes in einem bewegten System und die Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen Systems relativ zu einem stationären.

5. Beschleunigung. Gleichmäßig beschleunigte lineare Bewegung. Diagramme der Abhängigkeit kinematischer Größen von der Zeit bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung.

Eine Bewegung, bei der ein Körper in gleichen Zeitabständen ungleiche Bewegungen ausführt, wird als ungleichmäßige Bewegung bezeichnet. Bei ungleichmäßiger Translationsbewegung ändert sich die Geschwindigkeit des Körpers im Laufe der Zeit. Beschleunigung (Vektor) ist eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeitsänderungsrate in Größe und Richtung charakterisiert. Die Momentanbeschleunigung (Vektor) ist die erste Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit. .Gleichmäßig beschleunigt ist eine Bewegung mit einer Beschleunigung, die in Größe und Richtung konstant ist. Die Geschwindigkeit während einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung wird wie folgt berechnet:

Daraus leitet sich die Formel für den Weg bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung ab

Es gelten auch die aus den Geschwindigkeits- und Weggleichungen abgeleiteten Formeln für gleichmäßig beschleunigte Bewegungen.

6. Freier Fall von Körpern. Erdbeschleunigung.

Der Fall eines Körpers ist seine Bewegung im Feld der Schwerkraft (???) . Den Fall von Körpern im Vakuum nennt man freien Fall. Es wurde experimentell festgestellt, dass sich Körper im freien Fall unabhängig von ihren physikalischen Eigenschaften in die gleiche Richtung bewegen. Die Beschleunigung, mit der Körper im Vakuum auf die Erde fallen, wird als Beschleunigung des freien Falls bezeichnet und mit bezeichnet

7. Gleichmäßige Bewegung im Kreis. Beschleunigung bei gleichförmiger Bewegung eines Körpers im Kreis (Zentripetalbeschleunigung)

Jede Bewegung auf einem hinreichend kleinen Abschnitt der Flugbahn kann näherungsweise als gleichförmige Bewegung im Kreis betrachtet werden. Bei der gleichmäßigen Bewegung um einen Kreis bleibt der Geschwindigkeitswert konstant, aber die Richtung des Geschwindigkeitsvektors ändert sich.<рисунок>.. Der Beschleunigungsvektor bei der Bewegung im Kreis ist senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor (tangential gerichtet) auf den Mittelpunkt des Kreises gerichtet. Der Zeitraum, in dem ein Körper eine vollständige Drehung um einen Kreis durchführt, wird als Periode bezeichnet. . Der Kehrwert der Periode, der die Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit angibt, wird als Frequenz bezeichnet. Mit diesen Formeln können wir das ableiten, oder . Winkelgeschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit) ist definiert als . Die Winkelgeschwindigkeit aller Punkte des Körpers ist gleich und charakterisiert die Bewegungen des rotierenden Körpers als Ganzes. In diesem Fall wird die lineare Geschwindigkeit des Körpers als ausgedrückt und die Beschleunigung als .

Das Prinzip der Bewegungsunabhängigkeit betrachtet die Bewegung eines beliebigen Körperpunkts als Summe zweier Bewegungen – translatorischer und rotatorischer.

8. Newtons erstes Gesetz. Trägheitsreferenzsystem.

Das Phänomen, die Geschwindigkeit eines Körpers ohne äußere Einflüsse aufrechtzuerhalten, wird als Trägheit bezeichnet. Newtons erstes Gesetz, auch Trägheitsgesetz genannt, besagt: „Es gibt solche Bezugssysteme, relativ zu denen translatorisch bewegte Körper ihre Geschwindigkeit konstant halten, sofern nicht andere Körper auf sie einwirken.“ Bezugssysteme, gegenüber denen sich Körper ohne äußere Einflüsse geradlinig und gleichmäßig bewegen, werden als Inertialbezugssysteme bezeichnet. Die mit der Erde verbundenen Bezugssysteme gelten als inertial, sofern die Erdrotation vernachlässigt wird.

9. Messe. Gewalt. Newtons zweites Gesetz. Addition von Kräften. Schwerpunkt.

Der Grund für eine Änderung der Geschwindigkeit eines Körpers ist immer seine Wechselwirkung mit anderen Körpern. Wenn zwei Körper interagieren, ändern sich die Geschwindigkeiten immer, d. h. Beschleunigungen werden erfasst. Das Verhältnis der Beschleunigungen zweier Körper ist bei jeder Wechselwirkung gleich. Die Eigenschaft eines Körpers, von der seine Beschleunigung bei der Wechselwirkung mit anderen Körpern abhängt, wird Trägheit genannt. Ein quantitatives Maß für die Trägheit ist das Körpergewicht. Das Verhältnis der Massen der interagierenden Körper ist gleich dem umgekehrten Verhältnis der Beschleunigungsmodule. Das zweite Newtonsche Gesetz stellt einen Zusammenhang zwischen den kinematischen Eigenschaften der Bewegung – Beschleunigung, und den dynamischen Eigenschaften der Wechselwirkung – Kräften – her. , oder, genauer gesagt, , d.h. Die Geschwindigkeit der Impulsänderung eines materiellen Punktes ist gleich der auf ihn wirkenden Kraft. Wenn mehrere Kräfte gleichzeitig auf einen Körper einwirken, bewegt sich der Körper mit einer Beschleunigung, die der Vektorsumme der Beschleunigungen entspricht, die unter dem Einfluss jeder dieser Kräfte einzeln auftreten würden. Die auf einen Körper wirkenden und an einem Punkt wirkenden Kräfte werden nach der Regel der Vektoraddition addiert. Diese Position wird als Prinzip der Unabhängigkeit der Kräfte bezeichnet. Der Massenschwerpunkt ist ein Punkt eines starren Körpers oder Systems starrer Körper, der sich auf die gleiche Weise bewegt wie ein materieller Punkt mit einer Masse gleich der Summe der Massen des gesamten Systems als Ganzes, das demselben unterliegt resultierende Kraft wie der Körper. . Indem wir diesen Ausdruck über die Zeit integrieren, können wir Ausdrücke für die Koordinaten des Massenschwerpunkts erhalten. Der Schwerpunkt ist der Angriffspunkt der Resultierenden aller Schwerkraftkräfte, die an jeder Stelle im Raum auf die Teilchen dieses Körpers wirken. Wenn die linearen Abmessungen des Körpers im Vergleich zur Größe der Erde klein sind, dann fällt der Massenschwerpunkt mit dem Schwerpunkt zusammen. Die Summe der Momente aller elementaren Schwerkraftkräfte relativ zu einer durch den Schwerpunkt verlaufenden Achse ist gleich Null.

10. Newtons drittes Gesetz.

Bei jeder Wechselwirkung zweier Körper ist das Verhältnis der Module der erfassten Beschleunigungen konstant und gleich dem umgekehrten Verhältnis der Massen. Weil Wenn Körper interagieren, haben die Beschleunigungsvektoren die entgegengesetzte Richtung, das können wir schreiben . Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist die auf den ersten Körper wirkende Kraft gleich , und auf den zweiten. Auf diese Weise, . Newtons drittes Gesetz bezieht sich auf die Kräfte, mit denen Körper aufeinander einwirken. Wenn zwei Körper miteinander interagieren, dann wirken die zwischen ihnen auftretenden Kräfte auf verschiedene Körper, sind gleich groß, entgegengesetzt gerichtet, wirken entlang derselben Geraden und haben die gleiche Natur.

11. Elastische Kräfte. Hookes Gesetz.

Die Kraft, die durch die Verformung eines Körpers entsteht und in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung der Körperteilchen während dieser Verformung gerichtet ist, wird als elastische Kraft bezeichnet. Experimente mit einem Stab haben gezeigt, dass bei kleinen Verformungen im Vergleich zur Körpergröße der Modul der elastischen Kraft direkt proportional zum Modul des Verschiebungsvektors des freien Endes des Stabes ist, der in der Projektion wie folgt aussieht. Dieser Zusammenhang wurde von R. Hooke hergestellt; sein Gesetz lautet wie folgt: Die elastische Kraft, die bei der Verformung eines Körpers entsteht, ist proportional zur Dehnung des Körpers entgegen der Bewegungsrichtung der Körperteilchen während Verformung. Koeffizient k wird als Steifigkeit des Körpers bezeichnet und hängt von der Form und dem Material des Körpers ab. Ausgedrückt in Newton pro Meter. Elastische Kräfte entstehen durch elektromagnetische Wechselwirkungen.

12. Reibungskräfte, Gleitreibungskoeffizient. Viskose Reibung (???)

Die Kraft, die an der Grenze der Wechselwirkung von Körpern ohne relative Bewegung der Körper entsteht, wird als Haftreibungskraft bezeichnet. Die Haftreibungskraft ist betragsmäßig gleich der äußeren Kraft, die tangential zur Kontaktfläche der Körper gerichtet ist und deren Richtung entgegengesetzt ist. Wenn sich ein Körper unter dem Einfluss einer äußeren Kraft gleichmäßig über die Oberfläche eines anderen bewegt, wirkt auf den Körper eine Kraft, deren Größe der Antriebskraft entspricht und deren Richtung entgegengesetzt ist. Diese Kraft wird Gleitreibungskraft genannt. Der Gleitreibungskraftvektor ist dem Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzt gerichtet, daher führt diese Kraft immer zu einer Verringerung der Relativgeschwindigkeit des Körpers. Reibungskräfte sind ebenso wie die elastische Kraft elektromagnetischer Natur und entstehen durch die Wechselwirkung zwischen den elektrischen Ladungen der Atome sich berührender Körper. Es wurde experimentell festgestellt, dass der Maximalwert des Moduls der Haftreibungskraft proportional zur Druckkraft ist. Auch der Maximalwert der Haftreibungskraft und der Gleitreibungskraft sind annähernd gleich, ebenso wie die Proportionalitätskoeffizienten zwischen den Reibungskräften und dem Druck des Körpers auf die Oberfläche.

13. Gravitationskräfte. Das Gesetz der universellen Gravitation. Schwere. Körpergewicht.

Aus der Tatsache, dass Körper unabhängig von ihrer Masse mit der gleichen Beschleunigung fallen, folgt, dass die auf sie einwirkende Kraft proportional zur Masse des Körpers ist. Diese Anziehungskraft, die von der Erde aus auf alle Körper wirkt, wird Schwerkraft genannt. Die Schwerkraft wirkt in jedem Abstand zwischen Körpern. Alle Körper ziehen sich gegenseitig an, die Kraft der universellen Schwerkraft ist direkt proportional zum Produkt der Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Die Vektoren der universellen Gravitationskräfte sind entlang einer geraden Linie gerichtet, die die Massenschwerpunkte der Körper verbindet. , G – Gravitationskonstante, gleich . Das Körpergewicht ist die Kraft, mit der der Körper aufgrund der Schwerkraft auf eine Stütze einwirkt oder eine Aufhängung streckt. Das Gewicht des Körpers ist gemäß dem dritten Newtonschen Gesetz gleich groß und entgegengesetzt gerichtet zur elastischen Kraft des Trägers. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt: Wirkt keine Kraft mehr auf einen Körper, wird die Schwerkraft des Körpers durch die Elastizitätskraft ausgeglichen. Dadurch ist das Gewicht des Körpers auf einer stationären oder sich gleichmäßig bewegenden horizontalen Unterlage gleich der Schwerkraft. Wenn sich der Träger mit Beschleunigung bewegt, dann nach dem zweiten Newtonschen Gesetz , von wo es abgeleitet ist. Das bedeutet, dass das Gewicht eines Körpers, dessen Beschleunigungsrichtung mit der Richtung der Erdbeschleunigung übereinstimmt, geringer ist als das Gewicht eines ruhenden Körpers.

14. Vertikale Bewegung eines Körpers unter dem Einfluss der Schwerkraft. Bewegung künstlicher Satelliten. Schwerelosigkeit. Erste Fluchtgeschwindigkeit.

Beim Werfen eines Körpers parallel zur Erdoberfläche gilt: Je größer die Anfangsgeschwindigkeit, desto größer die Flugreichweite. Bei hohen Geschwindigkeiten ist zudem die Sphärizität der Erde zu berücksichtigen, die sich in einer Richtungsänderung des Schwerkraftvektors widerspiegelt. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit kann sich ein Körper unter dem Einfluss der universellen Schwerkraft um die Erde bewegen. Diese Geschwindigkeit, die erste kosmische Geschwindigkeit genannt, kann aus der Bewegungsgleichung eines Körpers auf einem Kreis bestimmt werden. Andererseits folgt dies aus dem zweiten Newtonschen Gesetz und dem Gesetz der universellen Gravitation. Also auf Distanz R vom Zentrum eines Himmelskörpers mit Masse M die erste Fluchtgeschwindigkeit ist gleich. Wenn sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert, ändert sich die Form seiner Umlaufbahn von einem Kreis zu einer Ellipse. Bei Erreichen der zweiten Fluchtgeschwindigkeit wird die Umlaufbahn parabolisch.

15. Körperimpuls. Gesetz der Impulserhaltung. Strahlantrieb.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz kann eine Änderung seiner Geschwindigkeit unabhängig davon, ob ein Körper ruht oder sich bewegt, nur bei der Interaktion mit anderen Körpern auftreten. Wenn der Körper wiegt M für eine Zeit T Wirkt eine Kraft und ändert sich die Geschwindigkeit ihrer Bewegung von auf , dann ist die Beschleunigung des Körpers gleich . Basierend auf Newtons zweitem Kraftgesetz können wir schreiben. Eine physikalische Größe, die dem Produkt einer Kraft und der Zeit ihrer Wirkung entspricht, wird Impuls einer Kraft genannt. Der Impuls einer Kraft zeigt, dass es eine Größe gibt, die sich in allen Körpern unter dem Einfluss der gleichen Kräfte gleichermaßen verändert, wenn die Wirkungszeit der Kraft gleich ist. Diese Größe, die dem Produkt aus der Masse des Körpers und der Geschwindigkeit seiner Bewegung entspricht, wird Impuls des Körpers genannt. Die Impulsänderung des Körpers ist gleich dem Impuls der Kraft, die diese Änderung verursacht hat. Nehmen wir zwei Körper, Massen und , die sich mit der Geschwindigkeit und bewegen. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz sind die Kräfte, die bei ihrer Wechselwirkung auf Körper wirken, gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, d.h. sie können als und bezeichnet werden. Für Impulsänderungen während der Interaktion können wir schreiben. Aus diesen Ausdrücken erfahren wir das , das heißt, die Vektorsumme der Impulse zweier Körper vor der Wechselwirkung ist gleich der Vektorsumme der Impulse nach der Wechselwirkung. In einer allgemeineren Form klingt das Gesetz der Impulserhaltung so: Wenn, dann.

16. Mechanische Arbeit. Leistung. Kinetische und potentielle Energie.

Arbeiten A Eine Kraftkonstante ist eine physikalische Größe, die dem Produkt aus Kraft- und Verschiebungsmodul multipliziert mit dem Kosinus des Winkels zwischen den Vektoren und entspricht. . Arbeit ist eine skalare Größe und kann negativ sein, wenn der Winkel zwischen den Verschiebungs- und Kraftvektoren größer als ist. Die Einheit der Arbeit wird Joule genannt. 1 Joule entspricht der Arbeit, die eine Kraft von 1 Newton verrichtet, wenn der Angriffspunkt um 1 Meter verschoben wird. Leistung ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis von Arbeit zu der Zeitspanne entspricht, in der diese Arbeit verrichtet wurde. . Eine Leistungseinheit wird Watt genannt; 1 Watt entspricht der Leistung, bei der 1 Joule Arbeit in 1 Sekunde verrichtet wird. Nehmen wir an, dass es sich um einen Körper mit Masse handelt M Es wirkt eine Kraft (die im Allgemeinen die Resultierende mehrerer Kräfte sein kann), unter deren Einfluss sich der Körper in Richtung des Vektors bewegt. Der Kraftmodul nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist gleich ma, und die Größe des Verschiebungsvektors hängt mit der Beschleunigung sowie den Anfangs- und Endgeschwindigkeiten zusammen. Dies gibt uns die Formel, mit der wir arbeiten können: . Eine physikalische Größe, die der Hälfte des Produkts aus Körpermasse und Quadrat der Geschwindigkeit entspricht, wird kinetische Energie genannt. Die Arbeit der resultierenden Kräfte, die auf den Körper ausgeübt werden, entspricht der Änderung der kinetischen Energie. Eine physikalische Größe, die dem Produkt aus der Masse eines Körpers, dem Beschleunigungsmodul des freien Falls und der Höhe, auf die der Körper über eine Oberfläche mit Nullpotential angehoben wird, entspricht, wird als potentielle Energie des Körpers bezeichnet. Die Änderung der potentiellen Energie charakterisiert die Arbeit der Schwerkraft, um einen Körper zu bewegen. Diese Arbeit entspricht der Änderung der potentiellen Energie mit umgekehrtem Vorzeichen. Ein Körper, der sich unter der Erdoberfläche befindet, hat negative potentielle Energie. Nicht nur erhabene Körper verfügen über potentielle Energie. Betrachten wir die Arbeit, die die elastische Kraft verrichtet, wenn die Feder verformt wird. Die elastische Kraft ist direkt proportional zur Verformung und ihr Durchschnittswert ist gleich , Arbeit ist gleich dem Produkt aus Kraft und Verformung , oder . Eine physikalische Größe, die dem halben Produkt aus der Steifigkeit eines Körpers und dem Quadrat der Verformung entspricht, wird als potentielle Energie eines deformierten Körpers bezeichnet. Ein wichtiges Merkmal potentieller Energie ist, dass ein Körper sie nicht besitzen kann, ohne mit anderen Körpern zu interagieren.

17. Energieerhaltungssätze in der Mechanik.

Potenzielle Energie charakterisiert interagierende Körper, kinetische Energie charakterisiert sich bewegende Körper. Beide entstehen durch das Zusammenspiel von Körpern. Wenn mehrere Körper nur durch Gravitations- und elastische Kräfte miteinander interagieren und keine äußeren Kräfte auf sie einwirken (oder ihre Resultierende Null ist), dann ist bei allen Wechselwirkungen von Körpern die Arbeit der elastischen oder Gravitationskräfte gleich der Änderung in potentielle Energie mit umgekehrtem Vorzeichen. Gleichzeitig ist nach dem Satz der kinetischen Energie (die Änderung der kinetischen Energie eines Körpers ist gleich der Arbeit äußerer Kräfte) die Arbeit derselben Kräfte gleich der Änderung der kinetischen Energie. . Aus dieser Gleichheit folgt, dass die Summe der kinetischen und potentiellen Energien der Körper, die ein geschlossenes System bilden und durch die Kräfte der Schwerkraft und Elastizität miteinander interagieren, konstant bleibt. Die Summe der kinetischen und potentiellen Energien von Körpern wird als gesamte mechanische Energie bezeichnet. Die gesamte mechanische Energie eines geschlossenen Systems von Körpern, die durch Schwerkraft und Elastizität miteinander interagieren, bleibt unverändert. Die Arbeit der Schwerkraft- und Elastizitätskräfte entspricht einerseits einer Zunahme der kinetischen Energie und andererseits einer Abnahme der potentiellen Energie, d. h. die Arbeit entspricht der von einer Art umgewandelten Energie zum anderen.

18. Einfache Mechanismen (schiefe Ebene, Hebel, Block) und ihre Anwendung.

Eine schiefe Ebene wird verwendet, damit ein Körper mit großer Masse mit einer Kraft bewegt werden kann, die deutlich geringer ist als das Gewicht des Körpers. Wenn der Winkel der schiefen Ebene gleich a ist, muss zum Bewegen des Körpers entlang der Ebene eine Kraft gleich a angewendet werden. Das Verhältnis dieser Kraft zum Gewicht des Körpers ist unter Vernachlässigung der Reibungskraft gleich dem Sinus des Neigungswinkels der Ebene. Aber mit einem Kraftzuwachs gibt es keinen Arbeitsgewinn, denn Der Weg erhöht sich um ein Vielfaches. Dieses Ergebnis ist eine Folge des Energieerhaltungssatzes, da die durch die Schwerkraft geleistete Arbeit nicht von der Hubbahn des Körpers abhängt.

Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn das Moment der Kräfte, die ihn im Uhrzeigersinn drehen, gleich dem Moment der Kräfte ist, die den Hebel gegen den Uhrzeigersinn drehen. Stehen die Richtungen der auf den Hebel wirkenden Kraftvektoren senkrecht zu den kürzesten Geraden, die die Angriffspunkte der Kräfte und die Drehachse verbinden, so liegen die Gleichgewichtsbedingungen vor. Wenn , dann sorgt der Hebel für einen Kraftgewinn. Ein Kraftzuwachs bringt keinen Arbeitsgewinn, denn Bei einer Drehung um den Winkel a wirkt die Kraft, und die Kraft wirkt. Weil je nach Zustand also.

Mit dem Block können Sie die Richtung der Kraft ändern. Die Schultern der Kräfte, die auf verschiedene Punkte des festen Blocks wirken, sind gleich, und daher bietet der feste Block keinen Festigkeitsgewinn. Beim Heben einer Last mit einem beweglichen Block verdoppelt sich der Kraftgewinn, weil Der Schwerkraftarm ist halb so groß wie der Seilspannarm. Aber wenn man das Kabel auf eine Länge zieht l die Last steigt auf eine Höhe l/2 Daher bringt ein stationärer Block auch keinen Arbeitsgewinn.

19. Druck. Pascalsches Gesetz für Flüssigkeiten und Gase.

Eine physikalische Größe, die dem Verhältnis des senkrecht zu einer Fläche wirkenden Kraftmoduls zur Fläche dieser Fläche entspricht, wird als Druck bezeichnet. Die Druckeinheit ist Pascal, was dem Druck entspricht, der durch eine Kraft von 1 Newton pro Fläche von 1 Quadratmeter erzeugt wird. Alle Flüssigkeiten und Gase übertragen den auf sie ausgeübten Druck in alle Richtungen.

20. Kommunizierende Gefäße. Hydraulikpresse. Atmosphärendruck. Bernoulli-Gleichung.

In einem zylindrischen Gefäß ist die Druckkraft auf den Gefäßboden gleich dem Gewicht der Flüssigkeitssäule. Der Druck am Boden des Gefäßes ist gleich , woher kommt der Druck in der Tiefe? H gleicht. Der gleiche Druck wirkt auf die Gefäßwände. Die Gleichheit der Flüssigkeitsdrücke auf gleicher Höhe führt dazu, dass in kommunizierenden Gefäßen beliebiger Form die freien Oberflächen einer homogenen ruhenden Flüssigkeit auf gleicher Höhe liegen (bei vernachlässigbaren Kapillarkräften). Im Falle einer ungleichmäßigen Flüssigkeit ist die Höhe der Säule einer dichteren Flüssigkeit geringer als die Höhe einer weniger dichten Flüssigkeit. Eine hydraulische Maschine arbeitet nach dem Pascalschen Gesetz. Es besteht aus zwei kommunizierenden Gefäßen, die durch Kolben unterschiedlicher Fläche verschlossen sind. Der durch eine äußere Kraft auf einen Kolben erzeugte Druck wird gemäß dem Pascalschen Gesetz auf den zweiten Kolben übertragen. . Eine hydraulische Maschine sorgt so oft für einen Kraftzuwachs, wie die Fläche ihres großen Kolbens größer ist als die Fläche des kleinen.

Für die stationäre Bewegung einer inkompressiblen Flüssigkeit gilt die Kontinuitätsgleichung. Für eine ideale Flüssigkeit, in der die Viskosität (d. h. die Reibung zwischen ihren Teilchen) vernachlässigt werden kann, ist der mathematische Ausdruck für den Energieerhaltungssatz die Bernoulli-Gleichung .

21. Torricellis Erfahrung.

Änderung des Luftdrucks mit der Höhe.

Unter dem Einfluss der Schwerkraft drücken die oberen Schichten der Atmosphäre auf die darunterliegenden. Dieser Druck wird nach dem Pascalschen Gesetz in alle Richtungen übertragen. Dieser Druck ist an der Erdoberfläche am größten und wird durch das Gewicht der Luftsäule von der Oberfläche bis zur Grenze der Atmosphäre bestimmt. Mit zunehmender Höhe nimmt die Masse der auf die Oberfläche drückenden atmosphärischen Schichten ab, daher nimmt der atmosphärische Druck mit der Höhe ab. Auf Meereshöhe beträgt der Luftdruck 101 kPa. Dieser Druck wird von einer 760 mm hohen Quecksilbersäule ausgeübt. Wenn ein Rohr, in dem ein Vakuum erzeugt wird, in flüssiges Quecksilber abgesenkt wird, steigt das Quecksilber darin unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks so weit an, dass der Druck der Flüssigkeitssäule dem äußeren atmosphärischen Druck im Freien entspricht Oberfläche des Quecksilbers. Wenn sich der Atmosphärendruck ändert, ändert sich auch die Höhe der Flüssigkeitssäule im Rohr.

22. Archimedes' Macht des Tages der Flüssigkeiten und Gase. Segelbedingungen Tel.

Die Abhängigkeit des Drucks in Flüssigkeiten und Gasen von der Tiefe führt zur Entstehung einer Auftriebskraft, die auf jeden in einer Flüssigkeit oder einem Gas eingetauchten Körper wirkt. Diese Kraft wird archimedische Kraft genannt. Wenn ein Körper in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, gleichen sich die Drücke an den Seitenwänden des Gefäßes gegenseitig aus und die Resultierende der Drücke von unten und oben ist die archimedische Kraft. , d.h. Die Kraft, die einen in eine Flüssigkeit (Gas) eingetauchten Körper herausdrückt, ist gleich dem Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeit (Gas). Die archimedische Kraft ist der Schwerkraft entgegengesetzt, daher ist das Gewicht eines Körpers beim Wiegen in einer Flüssigkeit geringer als im Vakuum. Auf einen Körper in einer Flüssigkeit wirken die Schwerkraft und die archimedische Kraft. Wenn die Schwerkraft einen größeren Modul hat, sinkt der Körper; ist er kleiner, schwimmt er; sind sie gleich, kann er sich in jeder Tiefe im Gleichgewicht befinden. Diese Kraftverhältnisse sind gleich dem Verhältnis der Dichten von Körper und Flüssigkeit (Gas).

23. Grundprinzipien der molekularkinetischen Theorie und ihre experimentelle Begründung. Brownsche Bewegung. Gewicht und Größe Moleküle.

Die molekularkinetische Theorie ist die Untersuchung der Struktur und Eigenschaften von Materie und basiert auf der Idee der Existenz von Atomen und Molekülen als kleinsten Materieteilchen. Die wichtigsten Bestimmungen der MCT: Materie besteht aus Atomen und Molekülen, diese Teilchen bewegen sich chaotisch, die Teilchen interagieren miteinander. Die Bewegung von Atomen und Molekülen sowie deren Wechselwirkung gehorcht den Gesetzen der Mechanik. Bei der Wechselwirkung von Molekülen, wenn diese sich einander nähern, überwiegen zunächst die Anziehungskräfte. In einem gewissen Abstand zwischen ihnen entstehen abstoßende Kräfte, die die anziehenden Kräfte betragsmäßig übertreffen. Moleküle und Atome schwingen zufällig um Positionen, an denen sich Anziehungs- und Abstoßungskräfte ausgleichen. In einer Flüssigkeit vibrieren Moleküle nicht nur, sondern springen auch von einer Gleichgewichtslage in eine andere (Fluidität). In Gasen sind die Abstände zwischen Atomen viel größer als die Größe der Moleküle (Kompressibilität und Ausdehnung). R. Brown entdeckte Anfang des 19. Jahrhunderts, dass sich feste Partikel in einer Flüssigkeit zufällig bewegen. Dieses Phänomen konnte nur durch MCT erklärt werden. Zufällig bewegte Moleküle einer Flüssigkeit oder eines Gases kollidieren mit einem festen Partikel und ändern die Richtung und Geschwindigkeit seiner Bewegung (wobei natürlich sowohl seine Richtung als auch seine Geschwindigkeit geändert werden). Je kleiner die Partikelgröße, desto deutlicher wird die Impulsänderung. Jeder Stoff besteht aus Partikeln, daher wird davon ausgegangen, dass die Stoffmenge proportional zur Anzahl der Partikel ist. Die Mengeneinheit eines Stoffes wird Mol genannt. Ein Mol ist gleich der Menge einer Substanz, die so viele Atome enthält, wie 0,012 kg Kohlenstoff 12 C enthalten. Das Verhältnis der Anzahl der Moleküle zur Menge der Substanz wird als Avogadro-Konstante bezeichnet: . Die Menge einer Substanz kann als Verhältnis der Anzahl der Moleküle zur Avogadro-Konstante ermittelt werden. Molmasse M ist eine Größe, die dem Verhältnis der Masse eines Stoffes entspricht M auf die Stoffmenge. Die Molmasse wird in Kilogramm pro Mol ausgedrückt. Die Molmasse kann als Masse des Moleküls ausgedrückt werden m 0 : .

24. Ideales Gas. Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie eines idealen Gases.

Um die Eigenschaften von Materie im gasförmigen Zustand zu erklären, wird das ideale Gasmodell verwendet. Dieses Modell geht von Folgendem aus: Gasmoleküle sind im Vergleich zum Gefäßvolumen vernachlässigbar klein, es gibt keine Anziehungskräfte zwischen den Molekülen, und wenn sie miteinander und mit den Gefäßwänden kollidieren, wirken abstoßende Kräfte. Eine qualitative Erklärung des Phänomens des Gasdrucks besteht darin, dass Moleküle eines idealen Gases beim Zusammenstoß mit den Wänden eines Gefäßes mit diesen als elastische Körper interagieren. Wenn ein Molekül mit der Wand eines Gefäßes kollidiert, ändert sich die Projektion des Geschwindigkeitsvektors auf die Achse senkrecht zur Wand ins Gegenteil. Daher variiert die Geschwindigkeitsprojektion während einer Kollision –mv x Vor mv x, und die Impulsänderung ist . Bei einem Stoß wirkt das Molekül mit einer Kraft auf die Wand ein, die nach dem dritten Newtonschen Gesetz der entgegengesetzt gerichteten Kraft entspricht. Es gibt viele Moleküle, und der Durchschnittswert der geometrischen Summe der auf einzelne Moleküle wirkenden Kräfte bildet die Kraft des Gasdrucks auf die Gefäßwände. Der Gasdruck ist gleich dem Verhältnis des Druckkraftmoduls zur Fläche der Gefäßwand: p=F/S. Nehmen wir an, dass sich das Gas in einem kubischen Behälter befindet. Der Impuls eines Moleküls beträgt 2 mv, ein Molekül wirkt mit einer durchschnittlichen Kraft auf die Wand 2mv/Dt. Zeit D T die Bewegung von einer Gefäßwand zur anderen ist gleich 2l/v, somit, . Die Druckkraft aller Moleküle auf die Gefäßwand ist proportional zu ihrer Anzahl, d.h. . Aufgrund der völligen Zufälligkeit der Bewegung von Molekülen ist ihre Bewegung in jede Richtung gleich wahrscheinlich und entspricht 1/3 der Gesamtzahl der Moleküle. Auf diese Weise, . Da der Druck auf die Fläche eines Würfels ausgeübt wird l 2, dann ist der Druck gleich. Diese Gleichung wird als Grundgleichung der molekularkinetischen Theorie bezeichnet. Wenn wir die durchschnittliche kinetische Energie von Molekülen bezeichnen, erhalten wir.

25. Temperatur, ihre Messung. Absolute Temperaturskala. Geschwindigkeit von Gasmolekülen.

Die grundlegende MKT-Gleichung für ein ideales Gas stellt einen Zusammenhang zwischen mikro- und makroskopischen Parametern her. Wenn zwei Körper in Kontakt kommen, ändern sich ihre makroskopischen Parameter. Wenn diese Änderung aufgehört hat, soll ein thermisches Gleichgewicht eingetreten sein. Ein physikalischer Parameter, der in allen Teilen eines Systems von Körpern im thermischen Gleichgewicht gleich ist, wird als Körpertemperatur bezeichnet. Experimente haben gezeigt, dass für jedes Gas im thermischen Gleichgewicht das Verhältnis des Produkts aus Druck und Volumen zur Anzahl der Moleküle gleich ist . Dadurch kann der Wert als Maß für die Temperatur herangezogen werden. Als n=N/V Unter Berücksichtigung der grundlegenden MKT-Gleichung entspricht der Wert daher zwei Dritteln der durchschnittlichen kinetischen Energie der Moleküle. , Wo k– Proportionalitätskoeffizient je nach Maßstab. Auf der linken Seite dieser Gleichung sind die Parameter nicht negativ. Daher wird die Temperatur eines Gases, bei der sein Druck bei konstantem Volumen Null ist, als absolute Nulltemperatur bezeichnet. Der Wert dieses Koeffizienten kann aus zwei bekannten Materiezuständen mit bekanntem Druck, Volumen, Molekülzahl und Temperatur ermittelt werden. . Koeffizient k, Boltzmanns Konstante genannt, ist gleich . Aus den Gleichungen für den Zusammenhang zwischen Temperatur und mittlerer kinetischer Energie folgt, d. h. Die durchschnittliche kinetische Energie der chaotischen Bewegung von Molekülen ist proportional zur absoluten Temperatur. , . Diese Gleichung zeigt, dass bei gleicher Temperatur und Molekülkonzentration der Druck aller Gase gleich ist.

26. Zustandsgleichung eines idealen Gases (Mendeleev-Clapeyron-Gleichung). Isotherme, isochore und isobare Prozesse.

Anhand der Abhängigkeit des Drucks von Konzentration und Temperatur kann man den Zusammenhang zwischen den makroskopischen Parametern eines Gases – Volumen, Druck und Temperatur – ermitteln. . Diese Gleichung wird als ideale Gaszustandsgleichung (Mendeleev-Clapeyron-Gleichung) bezeichnet.

Ein isothermer Prozess ist ein Prozess, der bei einer konstanten Temperatur abläuft. Aus der Zustandsgleichung eines idealen Gases folgt, dass bei konstanter Temperatur, Masse und Zusammensetzung des Gases das Produkt aus Druck und Volumen konstant bleiben muss. Der Graph einer Isotherme (Kurve eines isothermen Prozesses) ist eine Hyperbel. Die Gleichung wird Boyle-Mariotte-Gesetz genannt.

Ein isochorer Prozess ist ein Prozess, der bei konstantem Volumen, konstanter Masse und konstanter Zusammensetzung des Gases abläuft. Unter diesen Umständen , wobei der Temperaturkoeffizient des Gasdrucks ist. Diese Gleichung wird Charles'sches Gesetz genannt. Der Graph der Gleichung eines isochoren Prozesses wird Isochore genannt und ist eine gerade Linie, die durch den Ursprung verläuft.

Ein isobarer Prozess ist ein Prozess, der bei konstantem Druck, konstanter Masse und konstanter Zusammensetzung des Gases abläuft. Auf die gleiche Weise wie für einen isochoren Prozess können wir eine Gleichung für einen isobaren Prozess erhalten . Die Gleichung, die diesen Prozess beschreibt, wird Gay-Lussac-Gesetz genannt. Der Graph der Gleichung eines isobaren Prozesses wird Isobare genannt und ist eine gerade Linie, die durch den Koordinatenursprung verläuft.

27. Innere Energie. Arbeit in der Thermodynamik.

Wenn die potentielle Wechselwirkungsenergie zwischen Molekülen Null ist, dann ist die innere Energie gleich der Summe der kinetischen Bewegungsenergien aller Gasmoleküle . Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich folglich auch die innere Energie des Gases. Wenn wir die Zustandsgleichung eines idealen Gases in die Energiegleichung einsetzen, stellen wir fest, dass die innere Energie direkt proportional zum Produkt aus Gasdruck und -volumen ist. . Die innere Energie eines Körpers kann sich nur durch die Interaktion mit anderen Körpern verändern. Bei der mechanischen Wechselwirkung von Körpern (makroskopische Wechselwirkung) ist die Arbeit das Maß für die übertragene Energie A. Beim Wärmeaustausch (mikroskopische Wechselwirkung) ist die Wärmemenge das Maß für die übertragene Energie Q. In einem nicht isolierten thermodynamischen System ist die Änderung der inneren Energie D U gleich der Summe der übertragenen Wärmemenge Q und die Arbeit äußerer Kräfte A. Statt Arbeit A von externen Kräften ausgeführt wird, ist es bequemer, die Arbeit zu berücksichtigen A` vom System über externe Stellen durchgeführt. A=–A`. Dann wird der erste Hauptsatz der Thermodynamik ausgedrückt als, oder. Dies bedeutet, dass jede Maschine nur dann Arbeit an äußeren Körpern verrichten kann, wenn sie von außen eine gewisse Wärmemenge erhält Q oder Abnahme der inneren Energie D U. Dieses Gesetz schließt die Schaffung eines Perpetuum Mobile erster Art aus.

28. Wärmemenge. Spezifische Wärmekapazität eines Stoffes. Der Energieerhaltungssatz bei thermischen Prozessen (erster Hauptsatz der Thermodynamik).

Der Vorgang der Übertragung von Wärme von einem Körper auf einen anderen ohne Arbeit zu leisten, wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Die durch den Wärmeaustausch auf den Körper übertragene Energie wird als Wärmemenge bezeichnet. Wenn der Wärmeübertragungsprozess nicht mit Arbeit einhergeht, basiert er auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Die innere Energie eines Körpers ist daher proportional zur Masse des Körpers und seiner Temperatur . Größe Mit nennt man spezifische Wärmekapazität, die Einheit ist . Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärme übertragen werden muss, um 1 kg eines Stoffes um 1 Grad zu erhitzen. Die spezifische Wärmekapazität ist kein eindeutiges Merkmal und hängt von der Arbeit ab, die der Körper bei der Wärmeübertragung verrichtet.

Bei der Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen zwei Körpern unter Bedingungen der Nullarbeit äußerer Kräfte und in thermischer Isolation von anderen Körpern gemäß dem Energieerhaltungssatz . Wenn die Änderung der inneren Energie nicht mit Arbeit einhergeht, dann , oder , wo . Diese Gleichung wird Wärmebilanzgleichung genannt.

29. Anwendung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik auf Isoprozesse. Adiabatischer Prozess. Irreversibilität thermischer Prozesse.

Einer der Hauptprozesse, die in den meisten Maschinen Arbeit verrichten, ist der Prozess der Gasausdehnung bei Arbeitsleistung. Wenn während der isobaren Expansion eines Gases aus dem Volumen V 1 bis zur Lautstärke V 2 der Hubraum des Zylinderkolbens betrug l, dann arbeiten A perfekt durch das Gas ist gleich , oder . Wenn wir die Flächen unter der Isobare und der Isotherme vergleichen, die Arbeit sind, können wir daraus schließen, dass bei gleicher Ausdehnung des Gases bei gleichem Anfangsdruck im Falle eines isothermen Prozesses weniger Arbeit geleistet wird. Neben isobaren, isochoren und isothermen Prozessen gibt es die sogenannten. adiabatischer Prozess. Adiabatisch ist ein Prozess, der ohne Wärmeübertragung abläuft. Der Prozess der schnellen Expansion oder Kompression eines Gases kann als nahezu adiabatisch angesehen werden. Bei diesem Prozess wird Arbeit aufgrund von Veränderungen der inneren Energie verrichtet, d.h. Daher nimmt während eines adiabatischen Prozesses die Temperatur ab. Da bei der adiabatischen Kompression eines Gases die Temperatur des Gases steigt, steigt der Druck des Gases mit abnehmendem Volumen schneller an als bei einem isothermen Prozess.

Wärmeübertragungsprozesse laufen spontan nur in eine Richtung ab. Die Wärmeübertragung erfolgt immer auf einen kälteren Körper. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass ein thermodynamischer Prozess unmöglich ist, bei dem Wärme ohne weitere Änderungen von einem Körper auf einen anderen, heißeren Körper übertragen würde. Dieses Gesetz schließt die Schaffung eines Perpetuum Mobile zweiter Art aus.

30. Das Funktionsprinzip von Wärmekraftmaschinen. Effizienz der Wärmekraftmaschine.

Typischerweise wird bei Wärmekraftmaschinen Arbeit durch ein expandierendes Gas verrichtet. Das Gas, das bei der Expansion Arbeit verrichtet, wird als Arbeitsmedium bezeichnet. Die Gasausdehnung erfolgt durch einen Anstieg seiner Temperatur und seines Drucks beim Erhitzen. Ein Gerät, von dem das Arbeitsmedium Wärme erhält Q als Heizung bezeichnet. Das Gerät, an das die Maschine nach Abschluss ihres Arbeitstakts Wärme überträgt, wird als Kühlschrank bezeichnet. Erstens steigt der Druck isochorisch an, dehnt sich isobar aus, kühlt isochorisch ab und zieht sich isobar zusammen.<рисунок с подъемником>. Durch den Arbeitszyklus kehrt das Gas in seinen Ausgangszustand zurück, seine innere Energie nimmt den ursprünglichen Wert an. Es bedeutet das. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik . Die vom Körper pro Zyklus geleistete Arbeit ist gleich Q. Die vom Körper pro Zyklus aufgenommene Wärmemenge entspricht der Differenz zwischen der von der Heizung aufgenommenen und der vom Kühlschrank abgegebenen. Somit, . Der Wirkungsgrad einer Maschine ist das Verhältnis der genutzten Nutzenergie zur aufgewendeten Energie.

31. Verdunstung und Kondensation. Gesättigte und ungesättigte Paare. Luftfeuchtigkeit.

Die ungleichmäßige Verteilung der kinetischen Energie der thermischen Bewegung führt dazu. Dass bei jeder Temperatur die kinetische Energie einiger Moleküle die potentielle Bindungsenergie mit dem Rest übersteigen kann. Verdunstung ist der Prozess, bei dem Moleküle von der Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs entweichen. Mit der Verdunstung geht eine Abkühlung einher, weil Schnellere Moleküle verlassen die Flüssigkeit. Die Verdampfung einer Flüssigkeit in einem geschlossenen Gefäß bei konstanter Temperatur führt zu einer Konzentrationserhöhung der Moleküle im gasförmigen Zustand. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der verdampfenden und der in die Flüssigkeit zurückkehrenden Moleküle ein. Ein gasförmiger Stoff, der mit seiner Flüssigkeit im dynamischen Gleichgewicht steht, wird als gesättigter Dampf bezeichnet. Dampf mit einem Druck unterhalb des Sättigungsdampfdrucks wird als ungesättigt bezeichnet. Der gesättigte Dampfdruck hängt bei konstanter Temperatur nicht vom Volumen ab (von ). Bei einer konstanten Molekülkonzentration steigt der Druck von gesättigtem Dampf schneller an als der Druck eines idealen Gases, weil Unter Temperatureinfluss nimmt die Zahl der Moleküle zu. Das Verhältnis des Wasserdampfdrucks bei einer bestimmten Temperatur zum Sättigungsdampfdruck bei derselben Temperatur, ausgedrückt in Prozent, wird als relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Je niedriger die Temperatur, desto niedriger ist der Sättigungsdampfdruck. Wenn der Dampf also auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird, wird er gesättigt. Diese Temperatur wird Taupunkt genannt tp.

32. Kristalline und amorphe Körper. Mechanische Eigenschaften von Festkörpern. Elastische Verformungen.

Amorphe Körper sind solche, deren physikalische Eigenschaften in allen Richtungen gleich sind (isotrope Körper). Die Isotropie physikalischer Eigenschaften wird durch die zufällige Anordnung der Moleküle erklärt. Festkörper, in denen die Moleküle geordnet sind, werden Kristalle genannt. Die physikalischen Eigenschaften kristalliner Körper sind in verschiedenen Richtungen nicht gleich (anisotrope Körper). Die Anisotropie der Eigenschaften von Kristallen erklärt sich dadurch, dass bei einer geordneten Struktur die Wechselwirkungskräfte in verschiedene Richtungen ungleich sind. Eine äußere mechanische Einwirkung auf einen Körper führt zu einer Verschiebung von Atomen aus der Gleichgewichtslage, was zu einer Veränderung der Form und des Volumens des Körpers führt – Verformung. Die Verformung kann durch eine absolute Dehnung, die der Längendifferenz vor und nach der Verformung entspricht, oder durch eine relative Dehnung charakterisiert werden. Bei der Verformung eines Körpers entstehen elastische Kräfte. Eine physikalische Größe, die dem Verhältnis des Elastizitätskraftmoduls zur Querschnittsfläche eines Körpers entspricht, wird als mechanische Spannung bezeichnet. Bei kleinen Verformungen ist die Spannung direkt proportional zur Dehnung. Proportionalitätsfaktor E in der Gleichung wird Elastizitätsmodul (Young-Modul) genannt. Der Elastizitätsmodul ist für ein gegebenes Material konstant , Wo . Die potentielle Energie eines verformten Körpers ist gleich der bei Zug oder Druck aufgewendeten Arbeit. Von hier .

Das Hookesche Gesetz gilt nur für kleine Verformungen. Die maximale Spannung, bei der sie noch erfüllt ist, wird als Proportionalgrenze bezeichnet. Oberhalb dieser Grenze wächst die Spannung nicht mehr proportional an. Bis zu einem bestimmten Spannungsniveau nimmt der verformte Körper nach Wegnahme der Belastung wieder seine Maße an. Dieser Punkt wird als Elastizitätsgrenze des Körpers bezeichnet. Beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze kommt es zu einer plastischen Verformung, bei der der Körper nicht mehr in seine vorherige Form zurückkehrt. Im Bereich der plastischen Verformung steigt die Spannung nahezu nicht an. Dieses Phänomen wird Materialfluss genannt. Jenseits der Streckgrenze steigt die Spannung bis zu einem Punkt an, der als Höchstfestigkeit bezeichnet wird. Danach nimmt die Spannung ab, bis der Körper versagt.

33. Eigenschaften von Flüssigkeiten. Oberflächenspannung. Kapillarphänomene.

Die Möglichkeit der freien Bewegung von Molekülen in einer Flüssigkeit bestimmt die Fließfähigkeit der Flüssigkeit. Ein Körper im flüssigen Zustand hat keine konstante Form. Die Form der Flüssigkeit wird durch die Form des Gefäßes und die Oberflächenspannungskräfte bestimmt. Im Inneren der Flüssigkeit werden die Anziehungskräfte der Moleküle kompensiert, an der Oberfläche jedoch nicht. Jedes Molekül, das sich in der Nähe der Oberfläche befindet, wird von Molekülen im Inneren der Flüssigkeit angezogen. Unter dem Einfluss dieser Kräfte werden die Moleküle auf der Oberfläche nach innen gezogen, bis die freie Oberfläche möglichst klein wird. Weil Wenn eine Kugel für ein gegebenes Volumen die minimale Oberfläche hat, nimmt die Oberfläche bei geringer Einwirkung anderer Kräfte die Form eines Kugelsegments an. Die Oberfläche der Flüssigkeit am Gefäßrand wird Meniskus genannt. Das Benetzungsphänomen wird durch den Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche und dem Meniskus am Schnittpunkt charakterisiert. Die Größe der Oberflächenspannungskraft auf einem Abschnitt der Länge D l gleich . Die Krümmung der Oberfläche erzeugt einen Überdruck auf die Flüssigkeit, der bei bekanntem Kontaktwinkel und Radius gleich ist . Der Koeffizient s wird Oberflächenspannungskoeffizient genannt. Eine Kapillare ist ein Rohr mit kleinem Innendurchmesser. Bei vollständiger Benetzung wird die Oberflächenspannungskraft entlang der Körperoberfläche gerichtet. In diesem Fall setzt sich der Aufstieg der Flüssigkeit durch die Kapillare unter dem Einfluss dieser Kraft fort, bis die Schwerkraft die Kraft der Oberflächenspannung ausgleicht, weil , Das.

34. Elektrische Ladung. Wechselwirkung geladener Körper. Coulomb-Gesetz. Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung.

Weder die Mechanik noch die MCT können die Natur der Kräfte erklären, die Atome binden. Die Wechselwirkungsgesetze von Atomen und Molekülen lassen sich anhand des Konzepts der elektrischen Ladungen erklären.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Die in diesem Experiment nachgewiesene Wechselwirkung der Körper wird als elektromagnetisch bezeichnet und durch elektrische Ladungen bestimmt. Die Fähigkeit von Ladungen, sich anzuziehen und abzustoßen, wird durch die Annahme erklärt, dass es zwei Arten von Ladungen gibt – positive und negative. Körper mit gleicher Ladung stoßen sich ab, Körper mit unterschiedlicher Ladung ziehen sich jedoch an. Die Ladungseinheit ist ein Coulomb – eine Ladung, die in 1 Sekunde bei einem Strom von 1 Ampere durch den Querschnitt eines Leiters fließt. In einem geschlossenen System, in das keine elektrischen Ladungen von außen eindringen und aus dem bei Wechselwirkungen keine elektrischen Ladungen austreten, ist die algebraische Summe der Ladungen aller Körper konstant. Das Grundgesetz der Elektrostatik, auch Coulombsches Gesetz genannt, besagt, dass der Modul der Wechselwirkungskraft zwischen zwei Ladungen direkt proportional zum Produkt der Module der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Die Kraft ist entlang der geraden Linie gerichtet, die die geladenen Körper verbindet. Je nach Vorzeichen der Ladungen handelt es sich um eine abstoßende oder anziehende Kraft. Konstante k im Ausdruck des Coulombschen Gesetzes ist gleich . Anstelle dieses Koeffizienten wird der sogenannte elektrische Konstante, die dem Koeffizienten zugeordnet ist k Ausdruck, von. Die Wechselwirkung stationärer elektrischer Ladungen wird als elektrostatisch bezeichnet.

35. Elektrisches Feld. Elektrische Feldstärke. Das Prinzip der Überlagerung elektrischer Felder.

Basierend auf der Theorie der Nahbereichswirkung gibt es um jede Ladung ein elektrisches Feld. Ein elektrisches Feld ist ein materielles Objekt, existiert ständig im Raum und kann auf andere Ladungen einwirken. Ein elektrisches Feld breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum aus. Eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Kraft, mit der das elektrische Feld auf eine Testladung (eine punktförmige positive kleine Ladung, die die Feldkonfiguration nicht beeinflusst) einwirkt, zum Wert dieser Ladung entspricht, wird als elektrische Feldstärke bezeichnet. Mithilfe des Coulombschen Gesetzes lässt sich eine Formel für die durch die Ladung erzeugte Feldstärke erhalten Q auf Distanz R aus der Ladung . Die Feldstärke hängt nicht von der Ladung ab, auf die sie einwirkt. Wenn kostenpflichtig Q Elektrische Felder mehrerer Ladungen wirken gleichzeitig, dann ist die resultierende Kraft gleich der geometrischen Summe der Kräfte, die von jedem Feld einzeln wirken. Dies nennt man das Prinzip der Überlagerung elektrischer Felder. Die Intensitätslinie des elektrischen Feldes ist eine Linie, deren Tangente an jedem Punkt mit dem Intensitätsvektor zusammenfällt. Spannungslinien beginnen bei positiven Ladungen und enden bei negativen Ladungen oder gehen bis ins Unendliche. Ein elektrisches Feld, dessen Stärke an jedem Punkt im Raum für alle gleich ist, wird als gleichmäßiges elektrisches Feld bezeichnet. Das Feld zwischen zwei parallelen, entgegengesetzt geladenen Metallplatten kann als annähernd gleichmäßig angesehen werden. Mit gleichmäßiger Ladungsverteilung Qüber die Oberfläche des Gebietes S die Oberflächenladungsdichte beträgt . Für eine unendliche Ebene mit Oberflächenladungsdichte s ist die Feldstärke an allen Punkten im Raum gleich und beträgt .

36. Die Arbeit des elektrostatischen Feldes beim Bewegen einer Ladung. Potenzieller unterschied.

Wenn eine Ladung durch ein elektrisches Feld über eine Distanz bewegt wird, ist die verrichtete Arbeit gleich . Wie bei der Arbeit der Schwerkraft hängt die Arbeit der Coulomb-Kraft nicht von der Flugbahn der Ladung ab. Wenn sich die Richtung des Verschiebungsvektors um 180 0 ändert, ändert die Arbeit der Feldkräfte das Vorzeichen in das Gegenteil. Somit ist die Arbeit, die die elektrostatischen Feldkräfte beim Bewegen einer Ladung entlang eines geschlossenen Stromkreises leisten, Null. Ein Feld, dessen Kräftearbeit entlang einer geschlossenen Bahn Null ist, wird Potentialfeld genannt.

Genau wie ein Körper aus Masse M In einem Schwerkraftfeld hat die potentielle Energie proportional zur Masse des Körpers, eine elektrische Ladung in einem elektrostatischen Feld hat potentielle Energie Wp, proportional zur Ladung. Die von den elektrostatischen Feldkräften geleistete Arbeit ist gleich der Änderung der potentiellen Energie der Ladung mit umgekehrtem Vorzeichen. An einem Punkt in einem elektrostatischen Feld können verschiedene Ladungen unterschiedliche potentielle Energien haben. Aber das Verhältnis von potentieller Energie zu Ladung für einen bestimmten Punkt ist ein konstanter Wert. Diese physikalische Größe wird als elektrisches Feldpotential bezeichnet, wobei die potentielle Energie einer Ladung gleich dem Produkt aus dem Potential an einem bestimmten Punkt und der Ladung ist. Das Potenzial ist eine skalare Größe; das Potenzial mehrerer Felder ist gleich der Summe der Potenziale dieser Felder. Das Maß für die Energieänderung bei der Wechselwirkung von Körpern ist die Arbeit. Beim Bewegen einer Ladung ist die von den elektrostatischen Feldkräften geleistete Arbeit gleich der Energieänderung mit umgekehrtem Vorzeichen. Weil Arbeit hängt von der Potentialdifferenz ab und hängt nicht von der Flugbahn zwischen ihnen ab, dann kann die Potentialdifferenz als Energieeigenschaft des elektrostatischen Feldes betrachtet werden. Wenn das Potential in einem unendlichen Abstand von der Ladung gleich Null angenommen wird, dann in einem Abstand R aus der Ladung wird sie durch die Formel bestimmt .

Das Verhältnis der Arbeit, die ein elektrisches Feld beim Bewegen einer positiven Ladung von einem Punkt des Feldes zu einem anderen verrichtet, zum Wert der Ladung wird als Spannung zwischen diesen Punkten bezeichnet, von denen die Arbeit stammt. In einem elektrostatischen Feld ist die Spannung zwischen zwei beliebigen Punkten gleich der Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten. Die Einheit der Spannung (und der Potentialdifferenz) wird Volt genannt. 1 Volt entspricht der Spannung, bei der das Feld 1 Joule Arbeit verrichtet, um 1 Coulomb Ladung zu bewegen. Einerseits ist die zur Bewegung einer Ladung aufgewendete Arbeit gleich dem Produkt aus Kraft und Verschiebung. Andererseits kann sie aus der bekannten Spannung zwischen den Streckenabschnitten ermittelt werden. Von hier. Die Einheit der elektrischen Feldstärke ist Volt pro Meter ( Ich bin).

Ein Kondensator ist ein System aus zwei Leitern, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind, deren Dicke im Vergleich zur Größe der Leiter gering ist. Zwischen den Platten ist die Feldstärke doppelt so groß wie die Stärke jeder einzelnen Platte, außerhalb der Platten ist sie Null. Eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Ladung einer der Platten zur Spannung zwischen den Platten entspricht, wird als elektrische Kapazität des Kondensators bezeichnet. Die Einheit der elektrischen Kapazität ist das Farad; ein Kondensator hat eine Kapazität von 1 Farad, zwischen dessen Platten die Spannung 1 Volt beträgt, wenn den Platten eine Ladung von 1 Coulomb verliehen wird. Die Feldstärke zwischen den Platten eines Feststoffkondensators ist gleich der Summe der Plattenstärken. , und weil für ein homogenes Feld ist dann erfüllt , d.h. Die elektrische Kapazität ist direkt proportional zur Fläche der Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen. Wenn ein Dielektrikum zwischen die Platten eingebracht wird, erhöht sich seine elektrische Kapazität um das e-fache, wobei e die Dielektrizitätskonstante des eingebrachten Materials ist.

38. Die Dielektrizitätskonstante. Elektrische Feldenergie.

Die Dielektrizitätskonstante ist eine physikalische Größe, die das Verhältnis des Moduls der elektrischen Feldstärke im Vakuum zum Modul des elektrischen Feldes in einem homogenen Dielektrikum charakterisiert. Die vom elektrischen Feld geleistete Arbeit ist gleich, aber wenn der Kondensator geladen wird, steigt seine Spannung an 0 Vor U, Deshalb . Daher ist die potentielle Energie des Kondensators gleich.

39. Elektrischer Strom. Aktuelle Stärke. Bedingungen für die Existenz von elektrischem Strom.

Elektrischer Strom ist die geordnete Bewegung elektrischer Ladungen. Als Richtung des Stroms wird die Bewegung positiver Ladungen angesehen. Elektrische Ladungen können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes geordnet bewegen. Eine ausreichende Voraussetzung für die Existenz eines Stroms ist daher das Vorhandensein eines Feldes und freier Ladungsträger. Ein elektrisches Feld kann durch die Verbindung zweier unterschiedlich geladener Körper erzeugt werden. Ladungsverhältnis D Q, übertragen durch den Querschnitt des Leiters während des Zeitintervalls D T Dieses Intervall wird als Stromstärke bezeichnet. Wenn sich die Stromstärke im Laufe der Zeit nicht ändert, wird der Strom als konstant bezeichnet. Damit der Strom in einem Leiter lange anhält, ist es notwendig, dass die Bedingungen, die den Strom verursachen, unverändert bleiben.<схема с один резистором и батареей>. Die Kräfte, die dazu führen, dass sich Ladung innerhalb einer Stromquelle bewegt, werden als Fremdkräfte bezeichnet. In einer galvanischen Zelle (und jede Batterie – z.B.???) Sie sind die Kräfte einer chemischen Reaktion in einer Gleichstrommaschine – die Lorentzkraft.

40. Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises. Leiterwiderstand. Abhängigkeit des Leiterwiderstands von der Temperatur. Supraleitung. Reihen- und Parallelschaltung von Leitern.

Das Verhältnis der Spannung zwischen den Enden eines Abschnitts eines Stromkreises zum Strom ist ein konstanter Wert und wird Widerstand genannt. Die Einheit des Widerstands ist 0 Ohm; ein Widerstand von 1 Ohm ist der Abschnitt des Stromkreises, in dem bei einem Strom von 1 Ampere die Spannung 1 Volt beträgt. Der Widerstand ist direkt proportional zur Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche, wobei r der spezifische elektrische Widerstand ist, ein konstanter Wert für eine bestimmte Substanz unter bestimmten Bedingungen. Beim Erhitzen erhöht sich der spezifische Widerstand von Metallen nach einem linearen Gesetz, wobei r 0 der spezifische Widerstand bei 0 0 C und a der für jedes Metall spezifische Temperaturkoeffizient des Widerstands ist. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt sinkt der Widerstand von Stoffen stark auf Null. Dieses Phänomen wird Supraleitung genannt. Der Stromdurchgang in supraleitenden Materialien erfolgt ohne Verluste durch Erwärmung des Leiters.

Das Ohmsche Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises wird als Gleichung bezeichnet. Wenn Leiter in Reihe geschaltet sind, ist der Strom in allen Leitern gleich und die Spannung an den Enden des Stromkreises ist gleich der Summe der Spannungen an allen in Reihe geschalteten Leitern. . Bei der Reihenschaltung von Leitern entspricht der Gesamtwiderstand der Summe der Widerstände der Komponenten. Bei einer Parallelschaltung ist die Spannung an den Enden jedes Abschnitts des Stromkreises gleich und die Stromstärke wird in einzelne Teile verzweigt. Von hier. Bei der Parallelschaltung von Leitern ist der Kehrwert des Gesamtwiderstands gleich der Summe der Kehrwerte der Widerstände aller parallel geschalteten Leiter.

41. Arbeit und aktuelle Leistung. Elektromotorische Kraft. Ohmsches Gesetz für einen vollständigen Stromkreis.

Die von den Kräften des elektrischen Feldes geleistete Arbeit, die einen elektrischen Strom erzeugt, wird als Stromarbeit bezeichnet. Arbeit A Strom im Bereich mit Widerstand R in der Zeit D T gleich . Die Leistung des elektrischen Stroms ist gleich dem Verhältnis der Arbeit zur Fertigstellungszeit, d.h. . Die Arbeit wird wie üblich in Joule ausgedrückt, die Leistung in Watt. Wenn an einem Abschnitt des Stromkreises unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes keine Arbeit verrichtet wird und keine chemischen Reaktionen stattfinden, führt die Arbeit zu einer Erwärmung des Leiters. In diesem Fall ist die Arbeit gleich der vom stromdurchflossenen Leiter abgegebenen Wärmemenge (Joule-Lenz-Gesetz).

In einem Stromkreis wird nicht nur im Außenteil, sondern auch in der Batterie Arbeit verrichtet. Der elektrische Widerstand einer Stromquelle wird als Innenwiderstand bezeichnet R. Im inneren Teil des Kreislaufs entsteht eine Wärmemenge von . Die Gesamtarbeit, die die Kräfte des elektrostatischen Feldes bei der Bewegung entlang eines geschlossenen Kreislaufs verrichten, ist Null, sodass die gesamte Arbeit durch äußere Kräfte verrichtet wird, die eine konstante Spannung aufrechterhalten. Das Verhältnis der von äußeren Kräften verrichteten Arbeit zur übertragenen Ladung wird als elektromotorische Kraft der Quelle bezeichnet, wobei D Q– übertragene Gebühr. Wenn es durch den Durchgang von Gleichstrom nur zu einer Erwärmung der Leiter kam, dann nach dem Energieerhaltungssatz , d.h. . Der Stromfluss in einem Stromkreis ist direkt proportional zur EMK und umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand des Stromkreises.

42. Halbleiter. Elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern und ihre Abhängigkeit von der Temperatur. Eigen- und Fremdleitfähigkeit von Halbleitern.

Viele Stoffe leiten den Strom nicht so gut wie Metalle, sind aber gleichzeitig auch keine Dielektrika. Einer der Unterschiede zwischen Halbleitern besteht darin, dass ihr spezifischer Widerstand beim Erhitzen oder Beleuchten nicht zunimmt, sondern abnimmt. Es stellte sich jedoch heraus, dass ihre wichtigste praktisch anwendbare Eigenschaft die Einwegleitfähigkeit ist. Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der thermischen Bewegungsenergie in einem Halbleiterkristall werden einige Atome ionisiert. Die freigesetzten Elektronen können nicht von umgebenden Atomen eingefangen werden, weil ihre Valenzbindungen sind gesättigt. Diese freien Elektronen können sich durch das Metall bewegen und einen elektronischen Leitungsstrom erzeugen. Gleichzeitig wird das Atom, aus dessen Hülle ein Elektron entwichen ist, zum Ion. Dieses Ion wird durch Einfangen eines benachbarten Atoms neutralisiert. Als Folge einer solchen chaotischen Bewegung kommt es zu einer Bewegung des Ortes mit dem fehlenden Ion, die äußerlich als Bewegung einer positiven Ladung sichtbar ist. Dies wird als Lochleitungsstrom bezeichnet. In einem idealen Halbleiterkristall entsteht Strom durch die Bewegung einer gleichen Anzahl freier Elektronen und Löcher. Diese Art der Leitfähigkeit wird als intrinsische Leitfähigkeit bezeichnet. Mit sinkender Temperatur nimmt die Zahl der freien Elektronen proportional zur durchschnittlichen Energie der Atome ab und der Halbleiter ähnelt einem Dielektrikum. Um die Leitfähigkeit zu verbessern, werden einem Halbleiter manchmal Verunreinigungen zugesetzt, die Donor (Erhöhung der Elektronenzahl, ohne die Zahl der Löcher zu erhöhen) und Akzeptor (Erhöhung der Zahl der Löcher, ohne die Zahl der Elektronen zu erhöhen) sein können. Halbleiter, bei denen die Anzahl der Elektronen die Anzahl der Löcher übersteigt, werden elektronische Halbleiter oder Halbleiter vom n-Typ genannt. Halbleiter, bei denen die Anzahl der Löcher die Anzahl der Elektronen übersteigt, werden Lochhalbleiter oder p-Typ-Halbleiter genannt.

43. Halbleiterdiode. Transistor.

Eine Halbleiterdiode besteht aus p-nÜbergang, d.h. aus zwei verbundenen Halbleitern unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps. Beim Verbinden diffundieren Elektronen hinein R-Halbleiter. Dies führt dazu, dass im elektronischen Halbleiter unkompensierte positive Ionen der Donatorverunreinigung und im Lochhalbleiter negative Ionen der Akzeptorverunreinigung auftreten, die die diffundierten Elektronen eingefangen haben. Zwischen den beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld. Wenn dem Bereich mit elektronischer Leitfähigkeit eine positive Ladung und dem Bereich mit Lochleitfähigkeit eine negative Ladung zugeführt wird, erhöht sich das Sperrfeld, die Stromstärke nimmt stark ab und ist nahezu spannungsunabhängig. Diese Art des Einschaltens nennt man Sperren, den in der Diode fließenden Strom nennt man Sperren. Wird an den Bereich mit Lochleitfähigkeit eine positive Ladung und an den Bereich mit Elektronenleitfähigkeit eine negative Ladung angelegt, so schwächt sich das Sperrfeld ab; die Stromstärke durch die Diode hängt in diesem Fall nur vom Widerstand des äußeren Stromkreises ab. Diese Schaltmethode wird als Bypass bezeichnet, und der in der Diode fließende Strom wird als direkt bezeichnet.

Ein Transistor, auch Halbleitertriode genannt, besteht aus zwei p-n(oder n-p) Übergänge. Der mittlere Teil des Kristalls wird Basis genannt, die äußeren Teile sind Emitter und Kollektor. Transistoren, bei denen die Basis eine Lochleitfähigkeit aufweist, werden Transistoren genannt p-n-pÜbergang. Um einen Transistor anzusteuern p-n-p An den Kollektor wird eine Spannung mit negativer Polarität relativ zum Emitter angelegt. Die Spannung an der Basis kann entweder positiv oder negativ sein. Weil Gibt es mehr Löcher, dann wird der Hauptstrom durch die Verbindungsstelle ein Diffusionsfluss von Löchern sein R-Regionen Wenn eine kleine Durchlassspannung an den Emitter angelegt wird, fließt ein Lochstrom durch ihn und diffundiert von dort aus R-Regionen in N-Bereich (Basis). Aber weil Ist die Basis schmal, fliegen die Löcher durch sie hindurch, beschleunigt durch das Feld, in den Kollektor. (???, ich habe hier etwas nicht verstanden...). Der Transistor ist in der Lage, den Strom zu verteilen und ihn dadurch zu verstärken. Das Verhältnis der Stromänderung im Kollektorstromkreis zur Stromänderung im Basisstromkreis ist bei sonst gleichen Bedingungen ein konstanter Wert, der als integraler Übertragungskoeffizient des Basisstroms bezeichnet wird. Daher ist es durch Änderung des Stroms im Basiskreis möglich, Änderungen im Kollektorstrom zu erzielen. (???)

44. Elektrischer Strom in Gasen. Arten von Gasentladungen und deren Anwendung. Das Konzept des Plasmas.

Wenn Gas Licht oder Hitze ausgesetzt wird, kann es zum Stromleiter werden. Das Phänomen, dass Strom unter äußerem Einfluss durch ein Gas fließt, wird als nicht selbsterhaltende elektrische Entladung bezeichnet. Der Prozess der Bildung von Gasionen unter Temperatureinfluss wird als thermische Ionisation bezeichnet. Das Auftreten von Ionen unter dem Einfluss von Lichtstrahlung ist Photoionisation. Ein Gas, in dem ein erheblicher Teil der Moleküle ionisiert ist, wird Plasma genannt. Die Plasmatemperatur erreicht mehrere tausend Grad. Plasmaelektronen und -ionen können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen. Mit zunehmender Feldstärke kommt es in diesem je nach Druck und Beschaffenheit des Gases zu einer Entladung ohne Einwirkung externer Ionisatoren. Dieses Phänomen wird als selbsterhaltende elektrische Entladung bezeichnet. Damit ein Elektron beim Auftreffen auf ein Atom ein Atom ionisieren kann, muss es eine Energie haben, die mindestens der Ionisierungsarbeit entspricht. Diese Energie kann ein Elektron unter dem Einfluss der Kräfte eines äußeren elektrischen Feldes in einem Gas auf seiner freien Bahn, d.h. . Weil die mittlere freie Weglänge ist klein, eine selbständige Entladung ist nur bei hoher Feldstärke möglich. Bei niedrigem Gasdruck entsteht eine Glimmentladung, die durch eine Erhöhung der Leitfähigkeit des Gases bei der Verdünnung erklärt wird (die freie Weglänge nimmt zu). Ist der Strom bei einer Selbstentladung sehr hoch, kann es durch Elektronenstöße zu einer Erwärmung von Kathode und Anode kommen. Bei hohen Temperaturen werden Elektronen von der Kathodenoberfläche emittiert, wodurch eine Entladung im Gas aufrechterhalten wird. Diese Art der Entladung wird Lichtbogen genannt.

45. Elektrischer Strom im Vakuum. Glühemission. Kathodenstrahlröhre.

Im Vakuum gibt es keine freien Ladungsträger, daher gibt es im Vakuum ohne äußere Einwirkung keinen Strom. Dies kann auftreten, wenn eine der Elektroden auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Die erhitzte Kathode gibt von ihrer Oberfläche Elektronen ab. Das Phänomen der Emission freier Elektronen von der Oberfläche erhitzter Körper wird als thermionische Emission bezeichnet. Das einfachste Gerät, das thermionische Emission nutzt, ist eine Vakuumdiode. Die Anode besteht aus einer Metallplatte, die Kathode aus einem dünnen, gewickelten Draht. Beim Erhitzen entsteht um die Kathode herum eine Elektronenwolke. Wenn Sie die Kathode an den Pluspol der Batterie und die Anode an den Minuspol anschließen, werden durch das Feld in der Diode Elektronen zur Kathode geleitet und es fließt kein Strom. Wenn Sie den umgekehrten Weg anschließen – die Anode mit dem Plus und die Kathode mit dem Minus – dann bewegt das elektrische Feld Elektronen in Richtung Anode. Dies erklärt die Einwegleitfähigkeitseigenschaft der Diode. Der Elektronenfluss von der Kathode zur Anode kann mithilfe eines elektromagnetischen Feldes gesteuert werden. Dazu wird die Diode modifiziert und zwischen Anode und Kathode ein Gitter eingefügt. Das resultierende Gerät wird Triode genannt. Wenn an das Gitter ein negatives Potential angelegt wird, behindert das Feld zwischen Gitter und Kathode die Bewegung des Elektrons. Wenn Sie ein positives Feld anlegen, behindert das Feld die Bewegung der Elektronen. Die von der Kathode emittierten Elektronen können durch elektrische Felder auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Die Fähigkeit von Elektronenstrahlen, durch elektromagnetische Felder abgelenkt zu werden, wird in CRTs genutzt.

46. ​​​​​​Magnetische Wechselwirkung von Strömen. Ein Magnetfeld. Die Kraft, die in einem Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt. Magnetfeldinduktion.

Fließt ein Strom gleicher Richtung durch die Leiter, ziehen sie sich an, sind sie gleich, stoßen sie sich ab. Folglich gibt es eine gewisse Wechselwirkung zwischen den Leitern, die nicht durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes erklärt werden kann, weil Im Allgemeinen sind Leiter elektrisch neutral. Ein Magnetfeld entsteht durch die Bewegung elektrischer Ladungen und wirkt sich nur auf bewegte Ladungen aus. Das Magnetfeld ist eine besondere Art von Materie und im Raum kontinuierlich. Der Durchgang von elektrischem Strom durch einen Leiter geht unabhängig vom Medium mit der Erzeugung eines Magnetfeldes einher. Zur Bestimmung der Stromstärke wird die magnetische Wechselwirkung von Leitern genutzt. 1 Ampere ist die Stromstärke, die durch zwei parallele Leiter mit langer Länge und kleinem Querschnitt fließt, die sich in einem Abstand von 1 Meter voneinander befinden und bei denen der magnetische Fluss eine Wechselwirkungskraft nach unten verursacht, die jedem Meter Länge entspricht. Die Kraft, mit der ein Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter einwirkt, wird Ampere-Kraft genannt. Um die Fähigkeit eines Magnetfelds zu charakterisieren, einen stromdurchflossenen Leiter zu beeinflussen, gibt es eine Größe, die magnetische Induktion genannt wird. Das magnetische Induktionsmodul ist gleich dem Verhältnis des Maximalwerts der auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkenden Amperekraft zur Stromstärke im Leiter und seiner Länge. Die Richtung des Induktionsvektors wird durch die Regel der linken Hand bestimmt (Leiter in der Hand, Kraft im Daumen, Induktion in der Handfläche). Die Einheit der magnetischen Induktion ist Tesla, gleich der Induktion eines solchen magnetischen Flusses, bei dem eine maximale Amperekraft von 1 Newton auf 1 Meter Leiter mit einem Strom von 1 Ampere wirkt. Eine Linie, an der der magnetische Induktionsvektor an einem beliebigen Punkt tangential gerichtet ist, wird magnetische Induktionslinie genannt. Wenn der Induktionsvektor an allen Punkten eines Raumes den gleichen Absolutwert und die gleiche Richtung hat, dann heißt das Feld in diesem Teil homogen. Abhängig vom Neigungswinkel des stromdurchflossenen Leiters relativ zum magnetischen Induktionsvektor der Ampere-Kräfte ändert er sich proportional zum Sinus des Winkels.

47. Amperesches Gesetz. Die Wirkung eines Magnetfeldes auf eine sich bewegende Ladung. Lorentzkraft.

Die Wirkung eines Magnetfelds auf einen Strom in einem Leiter weist darauf hin, dass es auf bewegte Ladungen einwirkt. Aktuelle Stärke ICH in einem Dirigenten hängt mit der Konzentration zusammen N freie geladene Teilchen, Geschwindigkeit v ihre geordnete Bewegung und Fläche S Querschnitt des Leiters durch den Ausdruck , wo Q– Ladung eines Teilchens. Wenn wir diesen Ausdruck in die Ampere-Kraftformel einsetzen, erhalten wir . Weil nSl gleich der Anzahl freier Teilchen in einem Leiter der Länge l, dann die Kraft, die vom Feld auf ein geladenes Teilchen wirkt, das sich mit Geschwindigkeit bewegt v in einem Winkel a zum magnetischen Induktionsvektor B gleich . Diese Kraft wird Lorentzkraft genannt. Die Richtung der Lorentzkraft für eine positive Ladung wird durch die Linke-Hand-Regel bestimmt. In einem gleichmäßigen Magnetfeld erhält ein Teilchen, das sich senkrecht zu den Induktionslinien des Magnetfelds bewegt, unter dem Einfluss der Lorentzkraft eine Zentripetalbeschleunigung und bewegt sich im Kreis. Der Kreisradius und die Umlaufdauer werden durch die Ausdrücke bestimmt . Die Unabhängigkeit der Umlaufzeit von Radius und Geschwindigkeit wird in einem Beschleuniger für geladene Teilchen – einem Zyklotron – genutzt.

48. Magnetische Eigenschaften der Materie. Ferromagnete.

Die elektromagnetische Wechselwirkung hängt von der Umgebung ab, in der sich die Ladungen befinden. Wenn Sie eine kleine Spule in der Nähe einer großen Spule aufhängen, weicht diese ab. Wird ein Eisenkern in den größeren eingesetzt, vergrößert sich die Abweichung. Diese Änderung zeigt, dass sich die Induktion ändert, wenn der Kern hinzugefügt wird. Stoffe, die ein äußeres Magnetfeld deutlich verstärken, werden Ferromagnete genannt. Eine physikalische Größe, die angibt, wie oft sich die Induktivität eines Magnetfelds in einem Medium von der Induktivität eines Felds im Vakuum unterscheidet, wird magnetische Permeabilität genannt. Nicht alle Substanzen verstärken ein Magnetfeld. Paramagnete erzeugen ein schwaches Feld, dessen Richtung mit dem äußeren Feld übereinstimmt. Diamagnete schwächen mit ihrem Feld das äußere Feld. Der Ferromagnetismus wird durch die magnetischen Eigenschaften des Elektrons erklärt. Ein Elektron ist eine bewegte Ladung und verfügt daher über ein eigenes Magnetfeld. In einigen Kristallen herrschen Bedingungen für eine parallele Ausrichtung der Magnetfelder der Elektronen. Dadurch entstehen im ferromagnetischen Kristall magnetisierte Bereiche, sogenannte Domänen. Mit zunehmendem äußeren Magnetfeld ordnen die Domänen ihre Ausrichtung. Bei einem bestimmten Induktionswert kommt es zur vollständigen Ordnung der Orientierung der Domänen und zur magnetischen Sättigung. Wenn ein Ferromagnet aus einem äußeren Magnetfeld entfernt wird, verlieren nicht alle Domänen ihre Ausrichtung und der Körper wird zu einem Permanentmagneten. Die geordnete Ausrichtung von Domänen kann durch thermische Schwingungen von Atomen gestört werden. Die Temperatur, bei der ein Stoff nicht mehr ferromagnetisch ist, wird Curie-Temperatur genannt.

49. Elektromagnetische Induktion. Magnetischer Fluss. Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Lenzsche Regel.

In einem geschlossenen Stromkreis entsteht bei einer Änderung des Magnetfeldes ein elektrischer Strom. Dieser Strom wird induzierter Strom genannt. Das Phänomen der Stromerzeugung in einem geschlossenen Stromkreis aufgrund von Änderungen des den Stromkreis durchdringenden Magnetfelds wird als elektromagnetische Induktion bezeichnet. Das Auftreten von Strom in einem geschlossenen Stromkreis weist auf das Vorhandensein äußerer Kräfte nichtelektrostatischer Natur oder das Auftreten einer induzierten EMK hin. Eine quantitative Beschreibung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion erfolgt auf der Grundlage der Feststellung des Zusammenhangs zwischen der induzierten EMK und dem magnetischen Fluss. Magnetischer Fluss F durch die Oberfläche ist eine physikalische Größe, die dem Produkt der Oberfläche entspricht S pro Modul des magnetischen Induktionsvektors B und durch den Kosinus des Winkels a zwischen ihm und der Flächennormalen. Die Einheit des magnetischen Flusses ist Weber, was dem Fluss entspricht, der, wenn er in 1 Sekunde gleichmäßig auf Null abnimmt, eine EMK von 1 Volt verursacht. Die Richtung des Induktionsstroms hängt davon ab, ob der durch den Stromkreis fließende Fluss zunimmt oder abnimmt, sowie von der Richtung des Feldes relativ zum Stromkreis. Die allgemeine Formulierung der Lenzschen Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende induzierte Strom hat eine solche Richtung, dass der von ihm erzeugte magnetische Fluss durch den durch den Stromkreis begrenzten Bereich dazu neigt, die Änderung des magnetischen Flusses, die diesen Strom verursacht, zu kompensieren. Gesetz der elektromagnetischen Induktion: Die induzierte EMK in einem geschlossenen Stromkreis ist direkt proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von diesem Stromkreis begrenzte Oberfläche und ist unter Berücksichtigung der Lenzschen Regel gleich der Änderungsrate dieses Flusses. Wenn sich die EMF in einer Spule ändert, bestehend aus N identische Windungen, die gesamte EMK in N mal die EMK in einer einzigen Umdrehung. Für ein gleichmäßiges Magnetfeld folgt basierend auf der Definition des magnetischen Flusses, dass die Induktion gleich 1 Tesla ist, wenn der Fluss durch einen Stromkreis von 1 Quadratmeter gleich 1 Weber ist. Das Auftreten eines elektrischen Stroms in einem stationären Leiter lässt sich nicht durch magnetische Wechselwirkung erklären, weil Das Magnetfeld wirkt nur auf bewegte Ladungen. Das elektrische Feld, das entsteht, wenn sich das Magnetfeld ändert, wird als elektrisches Wirbelfeld bezeichnet. Die Arbeit der Wirbelfeldkräfte zur Ladungsbewegung ist die induzierte EMK. Das Wirbelfeld ist nicht mit Ladungen verbunden und stellt geschlossene Linien dar. Die von den Kräften dieses Feldes entlang eines geschlossenen Kreises verrichtete Arbeit kann von Null verschieden sein. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion tritt auch auf, wenn die Magnetflussquelle ruht und der Leiter sich bewegt. In diesem Fall ist die Ursache für das Auftreten einer induzierten EMK gleich , ist die Lorentzkraft.

50. Das Phänomen der Selbstinduktion. Induktivität. Magnetfeldenergie.

Elektrischer Strom, der durch einen Leiter fließt, erzeugt um ihn herum ein Magnetfeld. Magnetischer Fluss F durch den Stromkreis ist proportional zum magnetischen Induktionsvektor IN und Induktion wiederum ist die Stromstärke im Leiter. Daher können wir für den magnetischen Fluss schreiben. Der Proportionalitätskoeffizient wird Induktivität genannt und hängt von den Eigenschaften des Leiters, seiner Größe und der Umgebung, in der er sich befindet, ab. Die Einheit der Induktivität ist Henry. Die Induktivität ist gleich 1 Henry, wenn bei einer Stromstärke von 1 Ampere der magnetische Fluss gleich 1 Weber ist. Wenn sich der Strom in der Spule ändert, ändert sich auch der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluss. Eine Änderung des magnetischen Flusses führt dazu, dass in der Spule eine induzierte EMK auftritt. Das Phänomen des Auftretens einer induzierten EMK in einer Spule als Folge einer Änderung der Stromstärke in diesem Stromkreis wird als Selbstinduktion bezeichnet. Gemäß der Lenzschen Regel verhindert die selbstinduktive EMK einen Anstieg beim Einschalten und einen Abfall beim Ausschalten des Stromkreises. Selbstinduzierte EMK, die in einer Induktionsspule entsteht L, nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist gleich . Angenommen, wenn das Netzwerk von der Quelle getrennt wird, nimmt der Strom gemäß einem linearen Gesetz ab. Dann hat die Selbstinduktions-EMK einen konstanten Wert gleich . Während T Bei einer linearen Abnahme fließt eine Ladung durch den Stromkreis. In diesem Fall ist die vom elektrischen Strom geleistete Arbeit gleich . Diese Arbeit wird für das Licht der Energie geleistet W m Magnetfeld der Spule.

51. Harmonische Schwingungen. Amplitude, Periode, Frequenz und Phase von Schwingungen.

Mechanische Schwingungen sind Bewegungen von Körpern, die sich in regelmäßigen Abständen genau oder annähernd gleich wiederholen. Die zwischen Körpern innerhalb des betrachteten Körpersystems wirkenden Kräfte werden Schnittkräfte genannt. Die von anderen Körpern auf die Körper des Systems einwirkenden Kräfte werden äußere Kräfte genannt. Freie Schwingungen sind Schwingungen, die unter dem Einfluss innerer Kräfte entstehen, beispielsweise eines Pendels an einer Saite. Vibrationen unter dem Einfluss äußerer Kräfte sind erzwungene Schwingungen beispielsweise eines Kolbens in einem Motor. Das gemeinsame Merkmal aller Vibrationsarten ist die Wiederholbarkeit des Bewegungsvorgangs nach einem bestimmten Zeitintervall. Harmonische Schwingungen werden durch die Gleichung beschrieben . Insbesondere Schwingungen, die in einem System mit einer zur Verformung proportionalen Rückstellkraft auftreten, sind harmonisch. Das kleinste Intervall, in dem sich die Bewegung eines Körpers wiederholt, wird Schwingungsperiode genannt T. Eine physikalische Größe, die der Kehrwert der Schwingungsperiode ist und die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit charakterisiert, heißt Frequenz. Die Frequenz wird in Hertz gemessen, 1 Hz = 1 s -1. Es wird auch das Konzept der zyklischen Frequenz verwendet, das die Anzahl der Schwingungen in 2p Sekunden bestimmt. Die Größe der maximalen Verschiebung aus der Gleichgewichtslage wird als Amplitude bezeichnet. Der Wert unter dem Kosinuszeichen ist die Schwingungsphase, j 0 ist die Anfangsphase der Schwingung. Auch die Ableitungen ändern sich harmonisch, und und die gesamte mechanische Energie für eine beliebige Abweichung X(Winkel, Koordinate usw.) ist gleich , Wo A Und IN– Konstanten, die durch die Systemparameter bestimmt werden. Durch die Differenzierung dieses Ausdrucks und die Berücksichtigung der Abwesenheit äußerer Kräfte ist es möglich, das aufzuschreiben, von wo aus.

52. Mathematische Pendel. Schwingungen einer Last auf einer Feder. Die Schwingungsdauer eines mathematischen Pendels und der Belastung einer Feder.

Ein kleiner Körper, der an einem nicht dehnbaren Faden aufgehängt ist und dessen Masse im Vergleich zur Masse des Körpers vernachlässigbar ist, wird als mathematisches Pendel bezeichnet. Die vertikale Position ist eine Gleichgewichtsposition, in der die Schwerkraft durch die Elastizitätskraft ausgeglichen wird. Bei kleinen Abweichungen des Pendels von der Gleichgewichtslage entsteht eine resultierende Kraft, die auf die Gleichgewichtslage gerichtet ist und deren Schwingungen harmonisch sind. Die Periode harmonischer Schwingungen eines mathematischen Pendels mit kleinem Schwingwinkel beträgt . Um diese Formel abzuleiten, schreiben wir das zweite Newtonsche Gesetz für ein Pendel auf. Auf das Pendel wirken die Schwerkraft und die Spannung der Saite. Ihre Resultierende bei einem kleinen Ablenkungswinkel ist gleich. Somit, , Wo .

Bei harmonischen Schwingungen eines an einer Feder aufgehängten Körpers ist die elastische Kraft nach dem Hookeschen Gesetz gleich. Nach Newtons zweitem Gesetz.

53. Energieumwandlung bei harmonischen Schwingungen. Erzwungene Vibrationen. Resonanz.

Wenn ein mathematisches Pendel von seiner Gleichgewichtslage abweicht, erhöht sich seine potentielle Energie, weil der Abstand zur Erde nimmt zu. Bei der Bewegung in Richtung der Gleichgewichtslage erhöht sich die Geschwindigkeit des Pendels und die kinetische Energie nimmt zu, da die Potentialreserve abnimmt. In der Gleichgewichtslage ist die kinetische Energie maximal, die potentielle Energie minimal. In der Position maximaler Abweichung ist es umgekehrt. Bei einer Feder ist es das Gleiche, allerdings wird nicht die potentielle Energie im Schwerefeld der Erde entnommen, sondern die potentielle Energie der Feder. Freie Schwingungen erweisen sich immer als gedämpft, d.h. mit abnehmender Amplitude, weil Energie wird für die Interaktion mit umgebenden Körpern aufgewendet. Die Energieverluste entsprechen in diesem Fall der gleichzeitigen Arbeit äußerer Kräfte. Die Amplitude hängt von der Frequenz der Kraftänderung ab. Sie erreicht ihre maximale Amplitude, wenn die Schwingungsfrequenz der äußeren Kraft mit der Eigenschwingungsfrequenz des Systems übereinstimmt. Das Phänomen der Vergrößerung der Amplitude erzwungener Schwingungen unter den beschriebenen Bedingungen wird als Resonanz bezeichnet. Da während der Resonanz die äußere Kraft über einen Zeitraum maximale positive Arbeit verrichtet, kann der Resonanzzustand als die Bedingung für maximale Energieübertragung auf das System definiert werden.

54. Ausbreitung von Schwingungen in elastischen Medien. Transversal- und Longitudinalwellen. Wellenlänge. Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit. Schallwellen. Schallgeschwindigkeit. Ultraschall

Die Anregung von Schwingungen an einer Stelle des Mediums führt zu erzwungenen Schwingungen benachbarter Teilchen. Der Prozess der Schwingungsausbreitung im Raum wird Welle genannt. Wellen, bei denen Schwingungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung auftreten, werden Transversalwellen genannt. Wellen, bei denen Schwingungen entlang der Ausbreitungsrichtung der Welle auftreten, werden Longitudinalwellen genannt. Longitudinalwellen können in allen Medien entstehen, Transversalwellen – in Festkörpern unter dem Einfluss elastischer Kräfte bei Verformung oder Oberflächenspannungskräften und der Schwerkraft. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schwingungen v im Raum wird Wellengeschwindigkeit genannt. Der Abstand l zwischen Punkten, die einander am nächsten liegen und in den gleichen Phasen schwingen, wird Wellenlänge genannt. Die Abhängigkeit der Wellenlänge von Geschwindigkeit und Periode wird als , oder ausgedrückt. Wenn Wellen entstehen, wird ihre Frequenz durch die Schwingungsfrequenz der Quelle bestimmt, und die Geschwindigkeit wird durch das Medium bestimmt, in dem sie sich ausbreiten, sodass Wellen gleicher Frequenz in verschiedenen Medien unterschiedliche Längen haben können. Die Prozesse der Kompression und Verdünnung der Luft breiten sich in alle Richtungen aus und werden Schallwellen genannt. Schallwellen sind longitudinal. Die Schallgeschwindigkeit hängt, wie die Geschwindigkeit jeder Welle, vom Medium ab. In Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit 331 m/s, in Wasser – 1500 m/s, in Stahl – 6000 m/s. Schalldruck ist außerdem der Druck in einem Gas oder einer Flüssigkeit, der durch eine Schallwelle verursacht wird. Die Schallintensität wird anhand der Energie gemessen, die Schallwellen pro Zeiteinheit durch eine einheitliche Querschnittsfläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen übertragen, und wird in Watt pro Quadratmeter gemessen. Die Intensität eines Tons bestimmt seine Lautstärke. Die Tonhöhe wird durch die Schwingungsfrequenz bestimmt. Ultraschall und Infraschall sind Schallschwingungen, die mit Frequenzen von 20 Kilohertz bzw. 20 Hertz außerhalb der Hörgrenzen liegen.

55.Freie elektromagnetische Schwingungen im Stromkreis. Umwandlung von Energie in einem Schwingkreis. Eigenfrequenz der Schwingungen im Stromkreis.

Ein elektrischer Schwingkreis ist ein System, das aus einem Kondensator und einer Spule besteht, die in einem geschlossenen Stromkreis verbunden sind. Wenn eine Spule mit einem Kondensator verbunden wird, entsteht in der Spule ein Strom und die Energie des elektrischen Feldes wird in magnetische Feldenergie umgewandelt. Der Kondensator entlädt sich nicht sofort, weil... Dies wird durch die selbstinduzierte EMK in der Spule verhindert. Wenn der Kondensator vollständig entladen ist, verhindert die selbstinduktive EMK, dass der Strom abnimmt, und die Energie des Magnetfelds wird in elektrische Energie umgewandelt. Der in diesem Fall entstehende Strom lädt den Kondensator auf und das Vorzeichen der Ladung auf den Platten ist dem ursprünglichen entgegengesetzt. Danach wird der Vorgang wiederholt, bis die gesamte Energie für die Erwärmung der Schaltungselemente aufgewendet ist. Dadurch wird die Energie des Magnetfeldes im Schwingkreis in elektrische Energie umgewandelt und umgekehrt. Für die Gesamtenergie des Systems lassen sich folgende Beziehungen aufstellen: , von wo aus für einen beliebigen Zeitpunkt. Bekanntlich für eine komplette Kette . Das glaube ich im Idealfall R" 0, wir bekommen endlich , oder . Die Lösung dieser Differentialgleichung ist die Funktion , Wo . Der Wert w wird als natürliche kreisförmige (zyklische) Schwingungsfrequenz im Stromkreis bezeichnet.

56. Erzwungene elektrische Schwingungen. Wechselstrom. Generator. Wechselstrom.

Wechselstrom in Stromkreisen ist das Ergebnis der Anregung erzwungener elektromagnetischer Schwingungen in ihnen. Eine flache Spule soll Fläche haben S und Induktionsvektor B bildet mit der Senkrechten zur Spulenebene einen Winkel j. Magnetischer Fluss F in diesem Fall wird durch den Ausdruck die Fläche der Kurve bestimmt. Wenn sich die Spule mit einer Frequenz n dreht, ändert sich der Winkel j gemäß dem Gesetz. Dann nimmt der Ausdruck für den Fluss die Form an. Änderungen im magnetischen Fluss erzeugen eine induzierte EMK, die minus der Änderungsrate des Flusses entspricht. Folglich erfolgt die Änderung der induzierten EMK nach dem harmonischen Gesetz. Die vom Ausgang des Generators abgenommene Spannung ist proportional zur Anzahl der Windungen der Wicklung. Wenn sich die Spannung gemäß dem harmonischen Gesetz ändert Nach dem gleichen Gesetz ändert sich die Feldstärke im Leiter. Unter dem Einfluss des Feldes entsteht etwas, dessen Frequenz und Phase mit der Frequenz und Phase von Spannungsschwingungen übereinstimmen. Schwankungen der Stromstärke im Stromkreis werden erzwungen, die unter dem Einfluss der angelegten Wechselspannung auftreten. Wenn die Phasen von Strom und Spannung zusammenfallen, ist die Wechselstromleistung gleich oder . Der Durchschnittswert des Quadratkosinus über den Zeitraum beträgt also 0,5. Der Effektivwert des Stroms ist der Gleichstrom, der im Leiter die gleiche Wärmemenge freisetzt wie Wechselstrom. Bei Amplitude Imax harmonische Schwingungen des Stroms, die effektive Spannung ist gleich . Auch der effektive Spannungswert ist um ein Vielfaches kleiner als sein Amplitudenwert. Die durchschnittliche Stromleistung beim Zusammentreffen der Schwingungsphasen wird durch die effektive Spannungs- und Stromstärke bestimmt.

57. Aktive, induktive und kapazitive Reaktanz.

Aktiver Widerstand R ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis von Leistung zum Quadrat des Stroms entspricht, das sich aus dem Ausdruck für Leistung ergibt. Bei niedrigen Frequenzen ist er praktisch unabhängig von der Frequenz und stimmt mit dem elektrischen Widerstand des Leiters überein.

Lassen Sie eine Spule an einen Wechselstromkreis angeschlossen sein. Wenn sich dann der Strom gemäß dem Gesetz ändert, entsteht in der Spule eine selbstinduktive EMK. Weil Der elektrische Widerstand der Spule ist Null, dann ist die EMK gleich minus der Spannung an den Enden der Spule, die von einem externen Generator erzeugt wird (??? Welcher andere Generator???). Daher führt eine Stromänderung zu einer Spannungsänderung, jedoch mit einer Phasenverschiebung . Das Produkt ist die Amplitude der Spannungsschwingungen, d.h. . Das Verhältnis der Amplitude der Spannungsschwingungen an der Spule zur Amplitude der Stromschwingungen wird als induktive Reaktanz bezeichnet .

Es sei ein Kondensator im Stromkreis vorhanden. Wenn es eingeschaltet ist, lädt es sich für ein Viertel der Zeit auf, entlädt sich dann um den gleichen Betrag, dann um das Gleiche, jedoch mit einer Änderung der Polarität. Wenn sich die Spannung am Kondensator gemäß dem harmonischen Gesetz ändert die Ladung auf seinen Platten ist gleich. Der Strom im Stromkreis entsteht, wenn sich die Ladung ändert: Ähnlich wie bei einer Spule ist die Amplitude der Stromschwankungen gleich . Der Wert, der dem Verhältnis der Amplitude zur Stromstärke entspricht, wird als kapazitive Reaktanz bezeichnet .

58. Ohmsches Gesetz für Wechselstrom.

Stellen Sie sich eine Schaltung vor, die aus einem Widerstand, einer Spule und einem Kondensator besteht, die in Reihe geschaltet sind. Die angelegte Spannung ist zu jedem Zeitpunkt gleich der Summe der Spannungen an jedem Element. Schwankungen der Stromstärke in allen Elementen treten gesetzeskonform auf. Spannungsschwankungen am Widerstand fallen phasengleich mit Stromschwankungen zusammen, Spannungsschwankungen am Kondensator hinken Stromschwankungen in Phase hinterher, Spannungsschwankungen an der Spule führen Stromschwankungen in Phase nach (Warum hinken sie hinterher???). Daher kann die Bedingung dafür, dass die Spannungssumme gleich der Gesamtspannung ist, wie folgt geschrieben werden: Anhand eines Vektordiagramms können Sie erkennen, dass die Spannungsamplitude im Stromkreis gleich , oder ist, d. h. . Der Gesamtwiderstand des Stromkreises wird mit bezeichnet . Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass auch die Spannung nach dem harmonischen Gesetz schwankt . Die Anfangsphase j kann mithilfe der Formel ermittelt werden . Die Momentanleistung im Wechselstromkreis ist gleich. Da der Durchschnittswert des Quadratkosinus über den Zeitraum 0,5 beträgt, . Befinden sich im Stromkreis eine Spule und ein Kondensator, dann nach dem Ohmschen Gesetz für Wechselstrom. Der Wert wird Leistungsfaktor genannt.

59. Resonanz in einem Stromkreis.

Kapazitive und induktive Reaktanz hängen von der Frequenz der angelegten Spannung ab. Daher hängt bei konstanter Spannungsamplitude die Amplitude des Stroms von der Frequenz ab. Bei einem Frequenzwert, bei dem die Summe der Spannungen an Spule und Kondensator Null wird, weil ihre Schwingungen sind gegenphasig. Dadurch entspricht die Spannung am aktiven Widerstand bei Resonanz der vollen Spannung und der Strom erreicht seinen Maximalwert. Lassen Sie uns den induktiven und kapazitiven Blindwiderstand bei Resonanz ausdrücken: , somit . Dieser Ausdruck zeigt, dass bei Resonanz die Amplitude der Spannungsschwingungen an der Spule und dem Kondensator die Amplitude der Schwingungen der angelegten Spannung überschreiten kann.

60. Transformator.

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl. Wenn an eine der Spulen Spannung angelegt wird, entsteht darin ein Strom. Ändert sich die Spannung nach einem harmonischen Gesetz, so ändert sich auch der Strom nach demselben Gesetz. Der durch die Spule fließende magnetische Fluss ist gleich . Wenn sich der magnetische Fluss ändert, entsteht in jeder Windung der ersten Spule eine selbstinduktive EMK. Das Produkt ist die Amplitude der EMK in einer Windung, die gesamte EMK in der Primärspule. Die Sekundärspule wird daher vom gleichen magnetischen Fluss durchdrungen. Weil Die magnetischen Flüsse sind also gleich. Der aktive Widerstand der Wicklung ist im Vergleich zum induktiven Widerstand klein, daher ist die Spannung ungefähr gleich der EMK. Von hier. Koeffizient ZU wird als Transformationsverhältnis bezeichnet. Daher sind die Wärmeverluste von Drähten und Adern gering Ä 1" Ä 2. Der magnetische Fluss ist proportional zum Strom in der Wicklung und zur Anzahl der Windungen. Daher, d.h. . Diese. Transformator erhöht die Spannung ZU Mal, wodurch die Stromstärke um den gleichen Betrag reduziert wird. Die aktuelle Leistung in beiden Stromkreisen ist unter Vernachlässigung der Verluste gleich.

61. Elektromagnetische Wellen. Die Geschwindigkeit ihrer Ausbreitung. Eigenschaften elektromagnetischer Wellen.

Jede Änderung des magnetischen Flusses im Stromkreis führt dazu, dass darin ein Induktionsstrom auftritt. Sein Auftreten erklärt sich aus der Entstehung eines elektrischen Wirbelfeldes bei jeder Änderung des Magnetfeldes. Ein elektrischer Wirbelherd hat die gleiche Eigenschaft wie ein gewöhnlicher Herd – ein Magnetfeld zu erzeugen. Wenn also der Prozess der gegenseitigen Erzeugung magnetischer und elektrischer Felder einmal begonnen hat, setzt er sich kontinuierlich fort. Im Gegensatz zu anderen Wellenprozessen können elektrische und magnetische Felder, aus denen elektromagnetische Wellen bestehen, im Vakuum existieren. Aus Interferenzexperimenten wurde festgestellt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen etwa bei liegt. Im allgemeinen Fall wird die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem beliebigen Medium nach der Formel berechnet. Die Energiedichten der elektrischen und magnetischen Komponenten sind einander gleich: , Wo . Die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen ähneln denen anderer Wellenprozesse. Beim Durchgang durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien werden sie teilweise reflektiert und teilweise gebrochen. Sie werden nicht von der dielektrischen Oberfläche reflektiert, sondern fast vollständig von Metallen. Elektromagnetische Wellen haben die Eigenschaften Interferenz (Hertz-Experiment), Beugung (Aluminiumplatte) und Polarisation (Netz).

62. Prinzipien der Funkkommunikation. Der einfachste Funkempfänger.

Für die Funkkommunikation muss die Möglichkeit zur Aussendung elektromagnetischer Wellen gewährleistet sein. Je größer der Winkel zwischen den Kondensatorplatten ist, desto freier breiten sich EM-Wellen im Raum aus. In Wirklichkeit besteht ein offener Stromkreis aus einer Spule und einem langen Draht – einer Antenne. Ein Ende der Antenne ist geerdet, das andere Ende wird über die Erdoberfläche gehoben. Weil Da die Energie elektromagnetischer Wellen proportional zur vierten Potenz der Frequenz ist, entstehen EM-Wellen praktisch nicht, wenn Wechselstrom mit Schallfrequenzen schwingt. Daher wird das Prinzip der Modulation verwendet – Frequenz, Amplitude oder Phase. Der einfachste Generator modulierter Schwingungen ist in der Abbildung dargestellt. Lassen Sie die Schwingungsfrequenz des Stromkreises gemäß dem Gesetz variieren. Auch die Frequenz der modulierten Schallschwingungen soll sich ändern , und W<(Warum zum Teufel ist das so???)(G ist der Kehrwert des Widerstands). Wenn wir die Spannungswerte in diesen Ausdruck einsetzen, erhalten wir . Weil Während der Resonanz werden Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz entfernt sind, abgeschnitten, also vom Ausdruck für ich der zweite, dritte und fünfte Term verschwinden, d.h. .

Betrachten wir einen einfachen Funkempfänger. Es besteht aus einer Antenne, einem Schwingkreis mit variablem Kondensator, einer Detektordiode, einem Widerstand und einem Telefon. Die Frequenz des Schwingkreises wird so gewählt, dass sie mit der Trägerfrequenz übereinstimmt und die Amplitude der Schwingungen am Kondensator maximal wird. Dadurch können Sie aus allen empfangenen Frequenzen die gewünschte auswählen. Von der Schaltung gelangen modulierte Hochfrequenzschwingungen in den Detektor. Nachdem er den Detektor passiert hat, lädt der Strom den Kondensator in jeder Halbwelle auf, und in der nächsten Halbwelle, wenn der Strom nicht durch die Diode fließt, wird der Kondensator über den Widerstand entladen. (Habe ich richtig verstanden???).

64. Analogie zwischen mechanischen und elektrischen Schwingungen.

Die Analogien zwischen mechanischen und elektrischen Schwingungen sehen folgendermaßen aus:

Koordinate
Geschwindigkeit		Aktuelle Stärke
Beschleunigung		Änderungsrate des Stroms
		Induktivität
Steifigkeit		Gegenwert elektrische Kapazität
		Stromspannung
Viskosität		Widerstand
Potenzielle Energie verformte Feder		Elektrische Feldenergie Kondensator	Mathematisch gesehen ist diese Gleichung identisch mit der Schwingungsgleichung für einen Schwingkreis. Daher ist seine Lösung wo. 65. Elektromagnetische Strahlungsskala. Abhängigkeit der Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung von der Frequenz. Anwendung elektromagnetischer Strahlung. Der Bereich elektromagnetischer Wellen mit einer Länge von 10 -6 m bis m sind Radiowellen. Wird für die Fernseh- und Radiokommunikation verwendet. Längen von 10 -6 m bis 780 nm - Infrarotwellen. Sichtbares Licht – von 780 nm bis 400 nm. Ultraviolette Strahlung – von 400 bis 10 nm. Strahlung im Bereich von 10 nm bis 10 pm ist Röntgenstrahlung. Gammastrahlung entspricht kürzeren Wellenlängen. (Anwendung???). Je kürzer die Wellenlänge (also je höher die Frequenz), desto weniger Wellen werden vom Medium absorbiert. 65. Geradlinige Lichtausbreitung. Lichtgeschwindigkeit. Gesetze der Reflexion und Brechung von Licht. Die gerade Linie, die die Ausbreitungsrichtung des Lichts angibt, wird Lichtstrahl genannt. An der Grenze zweier Medien kann Licht teilweise reflektiert werden und sich im ersten Medium in eine neue Richtung ausbreiten, aber auch teilweise die Grenze passieren und sich im zweiten Medium ausbreiten. Die einfallenden, reflektierten und senkrecht zur Grenze der beiden Medien, am Einfallspunkt rekonstruierten, liegen in derselben Ebene. Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel. Dieses Gesetz stimmt mit dem Gesetz der Reflexion von Wellen jeglicher Art überein und wird durch das Huygens-Prinzip bewiesen. Wenn Licht die Grenzfläche zwischen zwei Medien passiert, ist das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels für die beiden gegebenen Medien ein konstanter Wert.<рисунок>. Größe N wird als Brechungsindex bezeichnet. Der Brechungsindex eines Mediums relativ zum Vakuum wird als absoluter Brechungsindex dieses Mediums bezeichnet. Bei der Beobachtung des Brechungseffekts kann festgestellt werden, dass beim Übergang eines Mediums von einem optisch dichteren Medium zu einem weniger dichten Medium mit einer allmählichen Vergrößerung des Einfallswinkels ein solcher Wert erreicht werden kann der Brechungswinkel wird gleich . In diesem Fall ist die Gleichheit erfüllt. Der Einfallswinkel a 0 wird als Grenzwinkel der Totalreflexion bezeichnet. Bei Winkeln größer als 0 kommt es zur Totalreflexion. 66. Objektiv, Bildaufbau. Linsenformel. Eine Linse ist ein transparenter Körper, der von zwei sphärischen Oberflächen begrenzt wird. Eine Linse, die an den Rändern dicker ist als in der Mitte, wird als konkav bezeichnet, während eine Linse, die in der Mitte dicker ist, als konvex bezeichnet wird. Die Gerade, die durch die Mittelpunkte beider sphärischer Flächen der Linse verläuft, wird als optische Hauptachse der Linse bezeichnet. Wenn die Dicke der Linse gering ist, kann man sagen, dass die optische Hauptachse die Linse in einem Punkt schneidet, der als optisches Zentrum der Linse bezeichnet wird. Die durch das optische Zentrum verlaufende Gerade wird sekundäre optische Achse genannt. Wenn ein Lichtstrahl parallel zur optischen Hauptachse auf eine Linse gerichtet wird, konvergiert der Strahl bei einer konvexen Linse in einem Punkt F, wir erhalten die Linsenformel. In der Linsenformel wird der Abstand der Linse zum virtuellen Bild als negativ betrachtet. Die optische Leistung einer bikonvexen Linse (und eigentlich jeder anderen Linse) wird aus dem Krümmungsradius und dem Brechungsindex von Glas und Luft bestimmt . 66. Kohärenz. Interferenz von Licht und ihre Anwendung in der Technik. Lichtbeugung. Beugungsgitter. Die Welleneigenschaften des Lichts werden in den Phänomenen der Beugung und Interferenz beobachtet. Zwei Lichtfrequenzen, deren Phasendifferenz Null ist, sollen miteinander kohärent sein. Bei der Interferenz – der Addition kohärenter Wellen – entsteht ein zeitlich stabiles Interferenzmuster aus Maxima und Minima der Beleuchtung. Bei einem Gangunterschied tritt ein Interferenzmaximum auf, bei - Minimum. Das Phänomen der Abweichung des Lichts von der linearen Ausbreitung beim Passieren der Kante eines Hindernisses wird als Lichtbeugung bezeichnet. Dieses Phänomen wird durch das Huygens-Fresnel-Prinzip erklärt: Eine Störung an einem beliebigen Punkt ist das Ergebnis der Interferenz von Sekundärwellen, die von jedem Element der Wellenoberfläche ausgesendet werden. Beugung wird in Spektralinstrumenten verwendet. Das Element dieser Geräte ist ein Beugungsgitter, eine transparente Platte, die mit einem System undurchsichtiger paralleler Streifen beschichtet ist, die in einem Abstand angeordnet sind D gegenseitig. Lassen Sie eine monochromatische Welle auf das Gitter fallen. Durch die Beugung breitet sich das Licht von jedem Spalt nicht nur in der ursprünglichen Richtung aus, sondern auch in alle anderen. Wenn Sie eine Linse hinter dem Gitter platzieren, werden in der Brennebene die parallelen Strahlen aller Schlitze in einem Streifen gesammelt. Parallele Strahlen breiten sich mit einem Gangunterschied aus. Wenn der Gangunterschied einer ganzzahligen Anzahl von Wellen entspricht, wird ein Interferenzmaximum des Lichts beobachtet. Für jede Wellenlänge ist die Maximalbedingung bei ihrem eigenen Wert des Winkels j erfüllt, sodass das Gitter weißes Licht in ein Spektrum zerlegt. Je länger die Wellenlänge, desto größer der Winkel. 67. Lichtstreuung. Spektrum elektromagnetischer Strahlung. Spektroskopie. Spektralanalyse. Strahlungsquellen und Spektrenarten. Ein schmaler paralleler Strahl weißen Lichts wird beim Durchgang durch ein Prisma in Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe zerlegt. Das dabei sichtbare Farbband wird als kontinuierliches Spektrum bezeichnet. Das Phänomen der Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Wellenlänge (Frequenz) wird als Lichtdispersion bezeichnet. Dieser Effekt erklärt sich dadurch, dass weißes Licht aus EM-Wellen unterschiedlicher Wellenlänge besteht, von denen der Brechungsindex abhängt. Den größten Wert hat es für die kürzeste Welle – Violett – und den geringsten – für Rot. Im Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von ihrer Frequenz gleich. Wenn die Quelle des Spektrums ein verdünntes Gas ist, sieht das Spektrum wie schmale Linien auf schwarzem Hintergrund aus. Komprimierte Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe emittieren ein kontinuierliches Spektrum, in dem die Farben sanft ineinander übergehen. Die Natur des Spektrums erklärt sich aus der Tatsache, dass jedes Element seinen eigenen spezifischen Satz emittierter Spektren aufweist. Diese Eigenschaft ermöglicht die Verwendung der Spektralanalyse zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Stoffes. Ein Spektroskop ist ein Gerät, mit dem die spektrale Zusammensetzung des von einer bestimmten Quelle emittierten Lichts untersucht wird. Die Zerlegung erfolgt mit einem Beugungsgitter (besser) oder einem Prisma; zur Untersuchung des ultravioletten Bereichs wird Quarzoptik verwendet. 68. Photoelektrischer Effekt und seine Gesetze. Lichtquanten. Einsteins Gleichung für den photoelektrischen Effekt. Anwendung des photoelektrischen Effekts in der Technik. Das Phänomen, dass Elektronen unter dem Einfluss von Licht aus Festkörpern und Flüssigkeiten herausgeschleudert werden, wird als äußerer photoelektrischer Effekt bezeichnet, und die auf diese Weise ausgestoßenen Elektronen werden als Photoelektronen bezeichnet. Die Gesetze des photoelektrischen Effekts wurden experimentell ermittelt – die maximale Geschwindigkeit von Photoelektronen wird durch die Frequenz des Lichts bestimmt und hängt nicht von seiner Intensität ab; für jeden Stoff gibt es seine eigene rote Grenze des photoelektrischen Effekts, d.h. Bei einer solchen Frequenz n min, bei der der photoelektrische Effekt noch möglich ist, ist die Anzahl der pro Sekunde ausgestoßenen Photoelektronen direkt proportional zur Lichtintensität. Auch der trägheitsfreie photoelektrische Effekt wurde nachgewiesen – er tritt sofort nach Beginn der Beleuchtung auf, sofern die Rotgrenze überschritten wird. Der photoelektrische Effekt kann mit der Quantentheorie erklärt werden, die die Diskretion der Energie behauptet. Eine elektromagnetische Welle besteht dieser Theorie zufolge aus einzelnen Anteilen – Quanten (Photonen). Wenn ein Energiequantum absorbiert wird, erhält das Photoelektron kinetische Energie, die aus Einsteins Gleichung für den photoelektrischen Effekt ermittelt werden kann , wobei A 0 die Austrittsarbeit, ein Parameter des Stoffes, ist. Die Anzahl der Photoelektronen, die die Metalloberfläche verlassen, ist proportional zur Anzahl der Elektronen, die wiederum von der Beleuchtung (Lichtintensität) abhängt. 69. Rutherfords Experimente zur Streuung von Alphateilchen. Kernmodell des Atoms. Bohrs Quantenpostulate. Das erste Modell der Atomstruktur stammt von Thomson. Er vermutete, dass ein Atom eine positiv geladene Kugel ist, in der sich negativ geladene Elektronen befinden. Rutherford führte ein Experiment zur Implantation schneller Alphateilchen in eine Metallplatte durch. Gleichzeitig wurde beobachtet, dass einige von ihnen leicht von der geradlinigen Ausbreitung abweichen, andere – bei Winkeln von mehr als 2 0 . Dies wurde dadurch erklärt, dass die positive Ladung im Atom nicht gleichmäßig, sondern in einem bestimmten Volumen enthalten ist, das viel kleiner ist als die Größe des Atoms. Dieser zentrale Teil wurde Atomkern genannt, in dem die positive Ladung und fast die gesamte Masse konzentriert sind. Der Radius des Atomkerns hat Abmessungen in der Größenordnung von 10 -15 m. Rutherford schlug auch das sogenannte vor. Planetenmodell des Atoms, nach dem Elektronen um das Atom kreisen wie Planeten um die Sonne. Radius der weitesten Umlaufbahn = Radius des Atoms. Aber dieses Modell widersprach der Elektrodynamik, weil Eine beschleunigte Bewegung (einschließlich Elektronen im Kreis) geht mit der Emission von EM-Wellen einher. Dadurch verliert das Elektron nach und nach seine Energie und muss auf den Kern fallen. In Wirklichkeit kommt es weder zu Strahlung noch zu Fall des Elektrons. Eine Erklärung hierfür lieferte N. Bohr mit zwei Postulaten: Ein Atomsystem kann sich nur in bestimmten Zuständen befinden, in denen keine Lichtemission erfolgt, obwohl die Bewegung beschleunigt ist, und beim Übergang von einem Zustand in einen anderen, Entweder Absorption oder Emission eines Quants erfolgt nach dem Gesetz, wobei das Plancksche Wirkungsquantum ist. Aus der Beziehung werden die verschiedenen möglichen stationären Zustände ermittelt , Wo N- ganze Zahl. Für die Bewegung eines Elektrons auf einem Kreis in einem Wasserstoffatom gilt der folgende Ausdruck: die Coulomb-Wechselwirkungskraft mit dem Kern. Von hier. Diese. Im Hinblick auf Bohrs Postulat über die Quantisierung der Energie ist Bewegung nur auf stationären Kreisbahnen möglich, deren Radien definiert sind als . Alle Zustände bis auf einen sind bedingt stationär, und nur in einem – dem Grundzustand, in dem das Elektron ein Minimum an Energie hat – kann das Atom beliebig lange verbleiben, die übrigen Zustände werden als angeregt bezeichnet. 70. Emission und Absorption von Licht durch Atome. Laser. Atome können spontan Lichtquanten emittieren, während diese inkohärent verlaufen (da jedes Atom unabhängig von den anderen emittiert) und als spontan bezeichnet werden. Der Übergang eines Elektrons von einem oberen zum unteren Niveau kann unter dem Einfluss eines externen elektromagnetischen Feldes mit einer Frequenz erfolgen, die der Übergangsfrequenz entspricht. Eine solche Strahlung wird als erzwungene (induzierte) Strahlung bezeichnet. Diese. Durch die Wechselwirkung eines angeregten Atoms mit einem Photon der entsprechenden Frequenz ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens zweier identischer Photonen mit gleicher Richtung und Frequenz hoch. Die Besonderheit der stimulierten Emission besteht darin, dass sie monochromatisch und kohärent ist. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für den Betrieb von Lasern (optischen Quantengeneratoren). Damit ein Stoff das durch ihn hindurchtretende Licht verstärken kann, muss sich mehr als die Hälfte seiner Elektronen in einem angeregten Zustand befinden. Dieser Zustand wird als Zustand mit invertierter Ebenenpopulation bezeichnet. In diesem Fall erfolgt die Absorption von Photonen seltener als die Emission. Um einen Laser an einem Rubinstab zu betreiben, wird der sogenannte. eine Pumplampe, deren Zweck darin besteht, eine Populationsinversion zu erzeugen. Wenn außerdem ein Atom vom metastabilen Zustand in den Grundzustand übergeht, kommt es zu einer Kettenreaktion der Photonenemission. Durch die entsprechende (parabolische) Form des reflektierenden Spiegels ist es möglich, einen Strahl in eine Richtung zu erzeugen. Die vollständige Beleuchtung aller angeregten Atome erfolgt in 10 -10 s, sodass die Laserleistung Milliarden Watt erreicht. Es gibt auch Laser mit Gaslampen, deren Vorteil in der Kontinuität der Strahlung liegt. 70. Zusammensetzung des Atomkerns. Isotope. Bindungsenergie von Atomkernen. Kernreaktionen. Elektrische Ladung eines Atomkerns Q gleich dem Produkt der elementaren elektrischen Ladung e pro Seriennummer Z chemisches Element im Periodensystem. Atome gleicher Struktur haben die gleiche Elektronenhülle und sind chemisch nicht unterscheidbar. Die Kernphysik verwendet ihre eigenen Maßeinheiten. 1 Fermi – 1 Femtometer, . 1 atomare Masseneinheit ist 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms. . Atome mit gleicher Kernladung, aber unterschiedlicher Masse werden Isotope genannt. Isotope unterscheiden sich in ihren Spektren. Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen im Kern ist gleich der Ladungszahl Z, Anzahl der Neutronen – Masse minus Anzahl der Protonen A–Z=N. Die positive Ladung eines Protons ist numerisch gleich der Ladung eines Elektrons, die Masse eines Protons beträgt 1,007 amu. Das Neutron hat keine Ladung und eine Masse von 1,009 amu. (Ein Neutron ist mehr als zwei Elektronenmassen schwerer als ein Proton). Neutronen sind nur in der Zusammensetzung von Atomkernen stabil; in ihrer freien Form leben sie etwa 15 Minuten und zerfallen in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Die Anziehungskraft zwischen den Nukleonen im Kern übersteigt die elektrostatische Abstoßungskraft um das 10-36-fache. Die Stabilität von Kernen wird durch das Vorhandensein spezieller Nuklearkräfte erklärt. In einem Abstand von 1 fm vom Proton sind die Kernkräfte 35-mal höher als die Coulomb-Kräfte, nehmen jedoch sehr schnell ab und können in einem Abstand von etwa 1,5 fm vernachlässigt werden. Kernkräfte hängen nicht davon ab, ob das Teilchen eine Ladung hat. Genaue Messungen der Massen von Atomkernen haben gezeigt, dass es einen Unterschied zwischen der Masse eines Kerns und der algebraischen Summe der Massen seiner Nukleonenbestandteile gibt. Um einen Atomkern in seine Bestandteile zu zerlegen, muss Energie aufgewendet werden. Die Menge wird als Massendefekt bezeichnet. Die Mindestenergie, die aufgewendet werden muss, um einen Kern in seine Nukleonen zu zerlegen, wird als Bindungsenergie des Kerns bezeichnet, die für die Verrichtung von Arbeit gegen nukleare Anziehungskräfte aufgewendet wird. Das Verhältnis der Bindungsenergie zur Massenzahl wird als spezifische Bindungsenergie bezeichnet. Eine Kernreaktion ist die Umwandlung des ursprünglichen Atomkerns bei Wechselwirkung mit einem beliebigen Teilchen in ein anderes, als das ursprüngliche. Durch eine Kernreaktion können Teilchen oder Gammastrahlen emittiert werden. Es gibt zwei Arten von Kernreaktionen: Einige erfordern einen Energieaufwand, andere setzen Energie frei. Die freigesetzte Energie wird als Leistung einer Kernreaktion bezeichnet. Bei Kernreaktionen sind alle Erhaltungssätze erfüllt. Der Drehimpulserhaltungssatz hat die Form des Spinerhaltungssatzes. 71. Radioaktivität. Arten radioaktiver Strahlung und ihre Eigenschaften. Kerne haben die Fähigkeit, spontan zu zerfallen. In diesem Fall sind nur die Kerne stabil, die eine minimale Energie haben im Vergleich zu denen, in die sich der Kern spontan umwandeln kann. Kerne, in denen es mehr Protonen als Neutronen gibt, sind instabil, weil die Coulomb-Abstoßungskraft nimmt zu. Kerne mit mehr Neutronen sind ebenfalls instabil, weil Die Masse eines Neutrons ist größer als die Masse eines Protons, und eine Zunahme der Masse führt zu einer Zunahme der Energie. Kerne können von überschüssiger Energie befreit werden, indem sie sich entweder in stabilere Teile teilen (Alpha-Zerfall und Spaltung) oder indem sie ihre Ladung ändern (Beta-Zerfall). Alpha-Zerfall ist die spontane Teilung eines Atomkerns in ein Alpha-Teilchen und einen Produktkern. Alle Elemente, die schwerer als Uran sind, unterliegen dem Alpha-Zerfall. Die Fähigkeit eines Alphateilchens, die Anziehungskraft des Kerns zu überwinden, wird durch den Tunneleffekt (Schrödinger-Gleichung) bestimmt. Beim Alpha-Zerfall wird nicht die gesamte Energie des Kerns in die kinetische Bewegungsenergie des Produktkerns und des Alphateilchens umgewandelt. Ein Teil der Energie kann zur Anregung des Produktkernatoms genutzt werden. So emittiert der Kern des Produkts einige Zeit nach dem Zerfall mehrere Gammaquanten und kehrt in seinen Normalzustand zurück. Es gibt auch eine andere Art des Zerfalls – die spontane Kernspaltung. Das leichteste Element, das zu einem solchen Zerfall fähig ist, ist Uran. Der Verfall erfolgt nach dem Gesetz, wo T– Halbwertszeit, eine Konstante für ein bestimmtes Isotop. Der Beta-Zerfall ist eine spontane Umwandlung eines Atomkerns, bei der sich seine Ladung durch die Emission eines Elektrons um eins erhöht. Aber die Masse eines Neutrons übersteigt die Summe der Massen eines Protons und eines Elektrons. Dies wird durch die Freisetzung eines weiteren Teilchens erklärt – des Elektron-Antineutrinos. . Nicht nur das Neutron kann zerfallen. Ein freies Proton ist stabil, aber wenn es Teilchen ausgesetzt wird, kann es in ein Neutron, Positron und Neutrino zerfallen. Wenn die Energie des neuen Kerns geringer ist, kommt es zum Positronen-Beta-Zerfall . Wie der Alpha-Zerfall kann auch der Beta-Zerfall von Gammastrahlung begleitet sein. 72. Methoden zur Aufzeichnung ionisierender Strahlung. Bei der Fotoemulsionsmethode wird eine Probe auf eine Fotoplatte aufgetragen und nach deren Entwicklung anhand der Dicke und Länge der Partikelspur darauf die Menge und Verteilung einer bestimmten radioaktiven Substanz in der Probe bestimmt. Ein Szintillationszähler ist ein Gerät, mit dem man die Umwandlung der kinetischen Energie eines schnellen Teilchens in die Energie eines Lichtblitzes beobachten kann, der wiederum einen photoelektrischen Effekt (elektrischen Stromimpuls) auslöst, der verstärkt und aufgezeichnet wird. Eine Nebelkammer ist eine Glaskammer, die mit Luft und übersättigtem Alkoholdampf gefüllt ist. Wenn sich ein Partikel durch die Kammer bewegt, ionisiert es Moleküle, um die herum sofort die Kondensation beginnt. Die dabei entstehende Tröpfchenkette bildet eine Partikelspur. Die Blasenkammer funktioniert nach den gleichen Prinzipien, aber der Rekorder ist eine Flüssigkeit nahe dem Siedepunkt. Der Gasentladungszähler (Geigerzähler) ist ein mit verdünntem Gas gefüllter Zylinder und ein gespannter Leiterfaden. Das Teilchen bewirkt eine Ionisierung des Gases; die Ionen divergieren unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zur Kathode und Anode und ionisieren dabei andere Atome. Es entsteht eine Koronaentladung, deren Puls aufgezeichnet wird. 73. Kettenreaktion der Spaltung von Urankernen. In den 30er Jahren wurde experimentell festgestellt, dass bei der Bestrahlung von Uran mit Neutronen Lanthankerne entstehen, die durch Alpha- oder Betazerfall nicht entstehen konnten. Der Uran-238-Kern besteht aus 82 Protonen und 146 Neutronen. Bei einer genauen Halbierung sollte Praseodym entstehen, in einem stabilen Praseodym-Kern sind jedoch 9 Neutronen weniger vorhanden. Daher entstehen bei Uranspaltungen andere Kerne und ein Überschuss an freien Neutronen. Im Jahr 1939 wurde die erste künstliche Spaltung eines Urankerns durchgeführt. In diesem Fall wurden 2-3 freie Neutronen und 200 MeV Energie freigesetzt, und etwa 165 MeV wurden in Form von kinetischer Energie von Fragmentkernen oder oder freigesetzt. Unter günstigen Bedingungen können die freigesetzten Neutronen die Spaltung anderer Urankerne bewirken. Der Neutronenvervielfachungsfaktor charakterisiert den Ablauf der Reaktion. Wenn es mehr als eins ist. Dann nimmt mit jeder Teilung die Zahl der Neutronen zu, das Uran erhitzt sich auf eine Temperatur von mehreren Millionen Grad und es kommt zu einer nuklearen Explosion. Wenn der Spaltkoeffizient kleiner als eins ist, zerfällt die Reaktion, und wenn er gleich eins ist, wird er auf einem konstanten Niveau gehalten, das in Kernreaktoren verwendet wird. Von den natürlichen Uranisotopen ist nur der Kern zur Spaltung fähig, und das häufigste Isotop absorbiert ein Neutron und wandelt sich gemäß dem Schema in Plutonium um. Plutonium-239 hat ähnliche Eigenschaften wie Uran-235. 74. Kernreaktor. Thermonukleare Reaktion. Es gibt zwei Arten von Kernreaktoren – langsame und schnelle Neutronen. Die meisten der bei der Spaltung freigesetzten Neutronen haben eine Energie in der Größenordnung von 1–2 MeV und eine Geschwindigkeit von etwa 10 7 m/s. Solche Neutronen werden als schnell bezeichnet und werden von Uran-235 und Uran-238 gleichermaßen effektiv absorbiert, und zwar und seitdem Gibt es ein schwereres Isotop, spaltet es sich aber nicht, dann kommt es nicht zur Kettenreaktion. Neutronen, die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 2H 10 3 m/s bewegen, werden als thermisch bezeichnet. Solche Neutronen werden von Uran-235 aktiver absorbiert als schnelle. Um eine kontrollierte Kernreaktion durchzuführen, ist es daher notwendig, die Neutronen auf thermische Geschwindigkeit zu verlangsamen. Die häufigsten Moderatoren in Reaktoren sind Graphit, gewöhnliches und schweres Wasser. Um sicherzustellen, dass der Teilungskoeffizient eins bleibt, werden Absorber und Reflektoren verwendet. Die Absorber sind Stäbe aus Cadmium und Bor, die thermische Neutronen einfangen, der Reflektor besteht aus Beryllium. Wird als Brennstoff mit einem Isotop der Masse 235 angereichertes Uran verwendet, kann der Reaktor ohne Moderator mit schnellen Neutronen betrieben werden. In einem solchen Reaktor werden die meisten Neutronen von Uran-238 absorbiert, das durch zwei Betazerfälle zu Plutonium-239 wird, ebenfalls ein Kernbrennstoff und Ausgangsmaterial für Atomwaffen. Somit ist ein schneller Neutronenreaktor nicht nur ein Kraftwerk, sondern auch ein Brennstoffvervielfacher für den Reaktor. Der Nachteil besteht darin, dass Uran mit einem leichten Isotop angereichert werden muss. Energie bei Kernreaktionen wird nicht nur durch die Spaltung schwerer Kerne freigesetzt, sondern auch durch die Verbindung leichter Kerne. Um Kerne zu verbinden, ist es notwendig, die Coulomb-Abstoßungskraft zu überwinden, was bei einer Plasmatemperatur von etwa 10 7 –10 8 K möglich ist. Ein Beispiel für eine thermonukleare Reaktion ist die Synthese von Helium aus Deuterium und Tritium bzw . Bei der Synthese von 1 Gramm Helium wird Energie freigesetzt, die der Verbrennung von 10 Tonnen Dieselkraftstoff entspricht. Eine kontrollierte thermonukleare Reaktion ist möglich, indem man es auf die entsprechende Temperatur erhitzt, indem man einen elektrischen Strom durch es leitet oder einen Laser verwendet. 75. Biologische Wirkungen ionisierender Strahlung. Schutz vor Radioaktivität. Anwendung radioaktiver Isotope. Ein Maß für die Wirkung jeglicher Art von Strahlung auf einen Stoff ist die absorbierte Strahlungsdosis. Die Dosiseinheit ist das Gray, gleich der Dosis, mit der 1 Joule Energie auf eine bestrahlte Substanz mit einem Gewicht von 1 kg übertragen wird. Weil Da die physikalische Wirkung jeglicher Strahlung auf einen Stoff nicht so sehr mit der Erwärmung, sondern mit der Ionisation zusammenhängt, wurde eine Einheit der Expositionsdosis eingeführt, die die ionisierende Wirkung der Strahlung auf die Luft charakterisiert. Die nichtsystemische Einheit der Expositionsdosis ist das Röntgen, entsprechend 2,58H 10 -4 C/kg. Bei einer Belichtungsdosis von 1 Röntgen enthält 1 cm 3 Luft 2 Milliarden Ionenpaare. Bei gleicher Energiedosis ist die Wirkung verschiedener Strahlungsarten unterschiedlich. Je schwerer das Teilchen ist, desto stärker ist seine Wirkung (je schwerer es ist, desto leichter lässt es sich halten). Der Unterschied in der biologischen Wirkung von Strahlung wird durch einen biologischen Wirksamkeitskoeffizienten von Eins für Gammastrahlen, 3 für thermische Neutronen und 10 für Neutronen mit einer Energie von 0,5 MeV gekennzeichnet. Die mit dem Koeffizienten multiplizierte Dosis charakterisiert die biologische Wirkung der Dosis und wird als Äquivalentdosis, gemessen in Sievert, bezeichnet. Der Hauptwirkungsmechanismus auf den Körper ist die Ionisierung. Die Ionen gehen eine chemische Reaktion mit der Zelle ein und stören deren Aktivität, was zum Zelltod oder zur Zellmutation führt. Die natürliche Hintergrundstrahlung beträgt durchschnittlich 2 mSv pro Jahr, für Städte zusätzlich +1 mSv pro Jahr. 76. Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit. Tankstellenelemente. Relativistische Dynamik. Es wurde experimentell festgestellt, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht vom Bezugssystem abhängt, in dem sich der Beobachter befindet. Es ist auch unmöglich, ein Elementarteilchen, beispielsweise ein Elektron, auf eine Geschwindigkeit zu beschleunigen, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Der Widerspruch zwischen dieser Tatsache und dem Relativitätsprinzip von Galileo wurde von A. Einstein gelöst. Grundlage seiner [speziellen] Relativitätstheorie waren zwei Postulate: Alle physikalischen Prozesse laufen in unterschiedlichen Inertialsystemen identisch ab, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum hängt nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle und des Beobachters ab. Die von der Relativitätstheorie beschriebenen Phänomene werden relativistisch genannt. Die Relativitätstheorie führt zwei Klassen von Teilchen ein – solche, die sich mit Geschwindigkeiten unter bewegen Mit, und denen das Referenzsystem zugeordnet werden kann, und diejenigen, die sich mit gleicher Geschwindigkeit bewegen Mit, denen Referenzsysteme nicht zugeordnet werden können. Wenn wir diese Ungleichung () mit multiplizieren, erhalten wir . Dieser Ausdruck stellt das relativistische Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten dar, das mit Newtons Gesetz übereinstimmt v<. Für beliebige Relativgeschwindigkeiten von Inertialbezugssystemen V Eigene Zeit, d.h. das, was in dem mit dem Teilchen verbundenen Bezugssystem wirkt, ist invariant, d. h. hängt nicht von der Wahl des Trägheitsbezugssystems ab. Das Relativitätsprinzip modifiziert diese Aussage und besagt, dass in jedem Trägheitsbezugssystem die Zeit auf die gleiche Weise fließt, es jedoch keine einzige absolute Zeit für alle gibt. Die Koordinatenzeit ist gesetzlich mit der Eigenzeit verknüpft . Durch Quadrieren dieses Ausdrucks erhalten wir . Größe S wird als Intervall bezeichnet. Eine Folge des relativistischen Gist der Doppler-Effekt, der die Änderung der Schwingungsfrequenz in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der Wellenquelle und des Beobachters charakterisiert. Wenn sich der Beobachter in einem Winkel Q zur Quelle bewegt, ändert sich die Frequenz gesetzesgemäß . Wenn Sie sich von der Quelle entfernen, verschiebt sich das Spektrum zu niedrigeren Frequenzen, die einer längeren Wellenlänge entsprechen, d. h. in Richtung Rot, bei Annäherung – in Richtung Lila. Der Impuls ändert sich auch bei Geschwindigkeiten in der Nähe von Mit:. 77. Elementarteilchen. Zunächst wurden Proton, Neutron und Elektron zu den Elementarteilchen gezählt, später das Photon. Als der Zerfall des Neutrons entdeckt wurde, kamen Myonen und Pionen zur Zahl der Elementarteilchen hinzu. Ihre Masse lag zwischen 200 und 300 Elektronenmassen. Obwohl das Neutron in einen Kanal, ein Elektron und ein Neutrino zerfällt, enthält es keine dieser Teilchen und wird als Elementarteilchen betrachtet. Die meisten Elementarteilchen sind instabil und haben Halbwertszeiten in der Größenordnung von 10 -6 –10 -16 s. Aus der von Dirac entwickelten relativistischen Theorie der Elektronenbewegung in einem Atom folgte, dass ein Elektron einen Zwilling mit entgegengesetzter Ladung haben könnte. Dieses in der kosmischen Strahlung nachgewiesene Teilchen wird Positron genannt. Anschließend wurde bewiesen, dass alle Teilchen ihre eigenen Antiteilchen haben, die sich in Spin und (falls vorhanden) Ladung unterscheiden. Es gibt auch echte Neutralteilchen, die vollständig mit ihren Antiteilchen übereinstimmen (Pi-Null-Meson und Eta-Null-Meson). Unter dem Phänomen der Vernichtung versteht man beispielsweise die gegenseitige Vernichtung zweier Antiteilchen unter Freisetzung von Energie . Nach dem Energieerhaltungssatz ist die freigesetzte Energie proportional zur Summe der Massen der vernichteten Teilchen. Den Erhaltungsgesetzen zufolge entstehen Teilchen nie alleine. Teilchen werden nach zunehmender Masse in Gruppen eingeteilt – Photonen, Leptonen, Mesonen, Baryonen. Insgesamt gibt es 4 Arten grundlegender (nicht auf andere reduzierbarer) Wechselwirkungen – gravitative, elektromagnetische, schwache und starke. Elektromagnetische Wechselwirkung wird durch den Austausch virtueller Photonen erklärt (Aus der Heisenberg-Unsicherheit folgt, dass ein Elektron aufgrund seiner inneren Energie in kurzer Zeit ein Quantum freisetzen und den Energieverlust durch Einfangen desselben ausgleichen kann. Das emittierte Quantum wird von einem anderen absorbiert und sorgt so für Wechselwirkung.), stark – durch den Austausch von Gluonen (Spin 1, Masse 0, tragen „Farb“-Quarkladung), schwach – Vektorbosonen. Die Gravitationswechselwirkung wird nicht erklärt, aber die Quanten des Gravitationsfeldes sollten theoretisch die Masse 0 und den Spin 2 haben (???).