Вихревое электрическое поле. Правило Ленца.

Если заряд движется с ускорением (например, совершает колебания), возникнет переменное электромагнитное поле, представляющее совокупность двух неразрывно связанных переменного электрического и переменного магнитного полей.

Переменное электрическое поле и переменное магнитное поле относятся к вихревым полям. Они изображаются с помощью замкнутых силовых линий.

Вихревое электрическое поле порождается перемен­ным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. пе­ременные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позво­ляет сделать вывод о существовании единого элек­тромагнитного поля.

Правило Ленца.

Русский ученый Ленц установил правило, с помощью которого можно определить направление

индукционного тока в замкнутом контуре:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, имеет такое направление, что созданное им

собственное магнитный поле противодействует любому изменению внешнего магнитного поля,

создающего данный индукционный ток.

Т. к. в контуре возникает ток, то следовательно в контуре какие-то сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов, т. е. в контуре возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции – Е_i.

Фарадей показал, что переменное магнитное поле в плоскости перпендикулярной ему, порождает переменное вихревое электрическое поле. Со стороны этого поля на свободные электроны, находящиеся в замкнутом проводящем контуре, действует сила, которая приводит их в направленное движение, т. е. создает электрический ток. Таким образом, причиной появление ЭДС индукции, а значит и причиной появление индукционного тока в контуре является вихревое электрическое поле, созданное переменным электрическим полем.

Е_i = - N∆Ф/∆t - ЭДС индукции в этом случае, где ∆Ф = ∆BS Cos α

Индукционный ток, созданный вихревым электрическим полем в проводнике, помещенном в

это поле, часто называют вихревым электрическим током или током Фуко.

 

 

3.Решите задачу: газ массой 16 г при температуре 112º С и давлении 1 МПа занимает объем 1,6 л. Определите, какой это газ.

Решение: из уравнения состояния идеального газа PV=(m/M)RT и M=M₀10^-3кг/моль, R=8,31 Дж/моль К вычисляем молярную массу газа. М=32.10^-3кг/моль. По таблице Менделеева определяем газ: О₂.

 

Билет №30

Работа и мощность.

Пусть постоянная сила F перемещает тело. S – модуль перемещение тела. α – угол между вектором силы и вектором перемещения.

Механическая работа – это физическая величина равная произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения.

A = F S COS α.

Работа величина скалярная. [А] = Н. м = Дж.

Если к телу приложено несколько сил, то каждая из них совершает работу и тогда общая работа (работа равнодействующей силы) равна сумме работ, совершенных каждой силой в отдельности. Силы, работа которых на замкнутой траектории равна нулю, называются консервативными силами (сила тяжести, сила упругости).

Работу, совершенную в этой системе консервативными силами, можно найти, используя теорему о кинетической и потенциальной энергиях.

А = ∆Е_к - теорема о кинетической энергии.

А = - ∆Е_р - теорема о потенциальной энергии.

∆Е_к = - ∆Е_р, т.е. на сколько увеличивается кинетическая энергия тел, на столько же уменьшается их потенциальная энергия.

Если на тело действуют внешние силы, т. е. система не замкнута, то А_внеш. = Е₂ – Е₁- работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы тел.

Сила упругости переменная сила.

А_Fy = - ∆ Ер- работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии упруго деформированного тела со знаком минус – теорема о потенциальной энергии.

Минус показывает, что если потенциальная энергия тела уменьшается, то сила упругости совершает положительную работу.

Потенциальная энергия показывает какую работу совершает сила упругости при переводе тела(пружины) в недеформированное состояние.

A = ∆Ек – работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела – теорема о кинетической энергии.

Если работа силы положительна, то кинетическая энергия увеличивается. Если работа силы отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается, например работа силы трения всегда отрицательна.

А_Fт = - ∆Ep - работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела со знаком минус – теорема о потенциальной энергии.

Минус показывает, что сила тяжести совершает положительную работу, если потенциальная энергия тела уменьшается.

Если тело окажется на нулевом уровне, то А_Fт = mgh₁, т. е. потенциальная энергия тела равна той работе, которую совершает сила тяжести перемещая тело на нулевой уровень.

Одну и туже работу можно совершить за разное время.

Мощность – это физическая величина показывающая какую работу совершает сила в единицу времени.

N = A/t – мощность. [N] = Дж/с =Вт (Ватт)

Закон Всемирного тяготения

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Ньютон обобщил за­коны движения небесных тел и выяснил, что F = G(m₁*m₂)/R², где G — коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной.

В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Численное зна­чение: G = 6,67 • 10^-11 Н • м²/кг². Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика).

3.Решите задачу: какую работу совершает углекислый газ (СО₂) массой 0,2 кг при изобарном нагревании на 88 К?

Решение: при изобарном нагревании газ совершает работу A=pDV=(m/M)RDT. Подставляя численные значения с учётом M=M₀10^-3кг/моль, R=8,31 Дж/моль К, получаем численное значение работы А=3,18 кДж.

 

Билет №31

 

1. Строение атома: планетарная модель и модель Бора.

Рассеяние отдельных α-частиц на большие углы Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно в шаре радиусом 10^-10 м, а сосредоточен в центральной части атома (атомном ядре) в области значительно меньших размеров. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так электроны в атоме обращаются вокруг атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель атома была названа планетарной моделью. Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными. Планетарная модель атома, созданная Резерфордом, не объясняла, почему вращающиеся вокруг ядра электроны не излучают энергию и не падают на атомные ядра. Большое значение в развитии представлений о строении атома сыграла модель Н. Бора, которая представляла собой введение квантовых условий в модель Резерфорда, построенную на основе классических представлений. В 1913 г. Н. Бор сформулировал свои знаменитые постулаты.

 

Датский физик Нильс Бор (1885-1962) обосновал планетарную модель атома Резерфорда. Свои представления об особых свойствах атомов (устойчивости атома и спектральных закономерностей его излучения) Бор сформулировал в виде постулатов следующего содержания:

1. Электрон в атоме может находиться только в определенных устойчивых состояниях, называемых стационарными или квантовыми, каждому из которых соответствует определенная энергия E_n. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн.
2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант энергии Δ E = hν.
   Излучение фотона происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При обратном переходе происходит поглощение кванта энергии: hν = E_n - E_m, где n и m – номера состояний.

Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными. Таким образом, для каждого атома имеется ряд строго определенных дискретных значений энергии, которыми он может обладать.

Состояние атома, при котором электрон находится на первой стационарной орбите (атом находится на первом энергетическом уровне ) называют основным (невозбужденным состоянием). В этом состоянии атом может находится бесконечно долго. На более низком состоянии атом может находится значительно дольше, до 10^-3 с. Эти уровни называют метастабильными. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным.