Z - полное сопротивление, Ом

поэтому мощность P полная (произведение тока и напряжения) = 220*значение тока полное.

52.Работа и мощность переменного тока.

 

53. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Физическая сущность теории Максвелла.

Электромагни́тноепо́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга.В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компоненты напряжённости электрического поля и три компоненты напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции)[1], а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

при помощи формул Остроградского—Гаусса и Стокса дифференциальным уравнениям Максвелла можно придать форму интегральных уравнений:

 

 

Максвелл, отстаивая выдвинутую Фарадеем идею близкодействия, доказал, что электрические и магнитные поля взаимосвязаны и могут существовать независимо от создавшего их источника, распространяясь в пространстве в виде электромагнитных волн. В этом и заключается сущность теории Максвелла, ядром которой являются уравнения Максвелла.

 

54. Уравнение плоской электромагнитной волны и ее характеристики. Шкала электромагнитных излучений.

При прохождении монохроматической электромагнитной волны частотой ω векторы E и H в данной фиксированной точке пространства испытывают синфазные и только синфазные гармонические колебания с этой же частотой Из условия синфазности следует, что в тех точках пространства, где E = 0 должно быть и H = 0, аналогично и по амплитудным значениям E0 и H0.Это значит, что векторная волна электрического поля E пространственно совпадает с векторной волной магнитного поля H, но только при этом векторы E и H колеблются во взаимно – перпендикулярных плоскостях, как это показано на рисунке ниже Если источником задается одно единственное направление x для излучения электромагнитной волны, то фронт волны будет плоским, а волна одномерной, как для вектора E, так и для вектора H. В этом случае волну можно представить двумя уравнениями, соответственно

 

55.Плотность энергии электромагнитного поля. Поток и плотность потока энергии электромагнитного поля.

Электромагнитное поле - особый вид материи:

- посредством которого осуществляются электромагнитные взаимодействия;

- представляющий собой единство электрического и магнитного полей.

В каждой точке электромагнитное поле характеризуется:

- напряженностью и потенциалом электрического поля; а также

- индукцией магнитного поля. Плотность энергии электромагнитного поля - физическая величина, равная отношению:

- энергии электромагнитного поля в некотором объеме; к

- величине этого объема.

 

В изотропной среде плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей.

Для электромагнитной волны плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга S (в российской научной традиции — вектор Умова-Пойнтинга).В системе СИ вектор Пойнтинга равен: — векторному произведению напряжённостей электрического и магнитного полей, и направлен перпендикулярно векторам E и H. Это естественным образом согласуется со свойством поперечности электромагнитных волн.

 

Вместе с тем, формула для плотности потока энергии может быть обобщена для случая стационарных электрических и магнитных полей, и имеет совершенно тот же вид:Сам факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнитных полях, на первый взгляд, выглядит очень странно, но это не приводит к каким-либо парадоксам; более того, такие потоки обнаруживаются в эксперименте.

 

56.Основные законы геометрической оптики.

Все законы геометрической оптики следуют из закона сохранения энергии. Все эти законы не являются независимыми друг от друга.

Закон независимого распространения лучей. Если через точку пространства проходит несколько лучей, то каждый луч ведет себя так, как если бы других лучей не было.

Закон обратимости. Траектория и длина хода лучей не зависят от направления распространения.

Закон прямолинейного распространения. В однородной среде лучи – прямые линии.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:

57.Интерференция света.

Интерференция света, сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос вследствие нарушения принципа сложения интенсивностей.

58. Дифракция света.

Дифракция света, явления, наблюдающиеся при распространении света мимо резких краёв непрозрачных или прозрачных тел, сквозь узкие отверстия. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие Д. с. при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос.

59. Поляризация света.

Поляризация света, одно из фундаментальных свойств оптического излучения (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА физ. характеристика оптич. излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, т. е. неэквивалентность разл. направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу.

 

60.Рассеяние и поглощение света.

Рассеивание света — вариант распространения лучей в случайных направлениях, связанный с взаимодействием излучения и вещества, а также с неоднородностями в среде или на поверхности, или передачи излучения волн между двумя системами.Рассеивание при отражении от неоднородной поверхности называется диффузным рассеянием. Большинство объектов, которые каждый видит, видимо должны осветить и рассмотреть (отражение) в виде рассеивания лучей от их поверхностей. Кроме того, это первичный механизм физического наблюдения.[3][4]Рассеивание света зависит от длины волны или частоты рассеиваемого света. Так как видимый свет имеет длину волны при рассмотрении величиной в микрон, намного меньшие длины волн не могут быть замечены даже при помощи микроскопа. Коллоидные частицы всего в 1 мкм дали возможность рассмотреть и отфильтровать непосредственно в водной среде.

Поглощение света, уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при П. с. переходит в различные формы внутренней энергии среды; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.

(В повседневной жизни мы знаем, как бесцветный свет, часто называемый белым, может изменять яркость в зависимости от того, как он поглощается. Поглощение света (абсорбция) происходит во всём объёме абсорбента. От толщины слоя материала зависит то, какое количество фотонов света останется не поглощенным или не рассеянным, что объясняет, почему небо кажется более темным, а солнце в горах более ярким. Поглощение зависит от длины волны (частоты) света и обычно изменяется в зависимости от цвета поверхности. Поглощение вызвано рассеянием света (т. е. изменением какой-либо характеристики потока оптического излучения при его взаимодействии с веществом). Если рассеяние происходит без изменения длины волны, т. е. в результате столкновения частиц, меняются только их импульсы, а внутренние состояния остаются неизменными, то такое явление носит название упругое рассеяние. Неупругое рассеяние — столкновение частиц света, сопровождающееся изменением их внутреннего состояния, превращением в др. частицы или дополнительным рождением новых частиц. В таблице ниже описаны визуальные эффекты, связанные и с упругим, и с неупругим рассеянием света.)

 

61.Тепловое излучение и его характеристики. Законы Кирхгофа и Стефана-Больцмана.

Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением. Тепловое излучение, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких — преимущественно длинные (инфракрасные).

Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

В современной формулировке закон звучит следующим образом:

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

62. Законы Вина. Формула Рэллея-Джинса.

ВИНА ЗАКОН СМЕЩЕНИЯ: длина волны - на которую приходится максимум энергии в спектре равновесного излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре излучающего тела.

63. Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка.

Ультрафиоле́товаякатастро́фа — физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.

Гипо́теза Пла́нка — гипотеза, выдвинутая 14 декабря 1900 года Максом Планком и заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию пропорциональной частоте ν излучения: где h или — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка. На основе этой гипотезы он предложил теоретический вывод соотношения между температурой тела и испускаемым этим телом излучением — формулу Планка.Позднее гипотеза Планка была подтверждена экспериментально.

Выдвижение этой гипотезы считается моментом рождения квантовой механики.

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком. Для плотности энергии излучения u(ω,T): Формула Планка была получена после того, как стало ясно, что формула Рэлея — Джинса удовлетворительно описывает излучение только в области длинных волн. Для вывода формулы Планк в 1900 году сделал предположение о том, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:

 

64.Внешний фотоэффект и его законы.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений.

Законы внешнего фотоэффекта

- Закон Столетова: при неизменном спектральном составе электромагнитных излучений, падающих на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности излучения): и

- Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

- Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота ν0 света (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

65. Фотоны. Энергия, импульс и масса фотона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Фото́н— элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1.

Энергия фотона

Энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны), и, например, фотон фиолетового света (l=0.38 мкм) имеет большую энергию, чем фотон красного света (l=0.77 мкм).

Масса фотона определяется исходя из закона о взаимосвязи массы и энергии (Е=m )

Импульс фотона

т.е. длина волны обратно пропорциональна импульсу.

— уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Оно представляет собой закон сохранения энергии в применении к фотоэффекту. Это уравнение записано для однофотонного фотоэффекта, когда речь идет о вырывании электрона, не связанного с атомом (молекулой).

 

66.Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснение давления света.

Давление света, давление, производимое светом на отражающие или поглощающие тела. Д. с. впервые было экспериментально открыто и измерено П. Н. Лебедевым (1899). Величина Д. с. даже для самых сильных источников света (Солнце, электрическая дуга) ничтожно мала и маскируется в земных условиях побочными явлениями (конвекционными токами, радиометрическими силами, см. Радиометрический эффект), которые могут превышать в тысячи раз величину Д. с. Для обнаружения Д. с. Лебедев изготовил специальные приборы и проделал опыты, представляющие замечательный пример искусства эксперимента. Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки (диаметром 5 мм) из различных металлов (платина, алюминий, никель) и слюды (рис. 1). Крылышки подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались внутри стеклянного сосуда G (рис. 2), из которого выкачивался воздух. На крылышки с помощью специальной оптической системы и зеркал направлялся свет от сильной электрической дуги В. Перемещение зеркал S1, S4 давало возможность изменять направление падения света на крылышки. Устройство прибора и методика измерения позволили свести до минимума мешающие радиометрические силы и обнаружить Д. с. на отражающие или поглощающие крылышки, которые под его воздействием отклонялись и закручивали нить. В 1907—10 Лебедев исследовал Д. с. на газы, что было ещё труднее, так как Д. с. на газы в сотни раз меньше, чем на твёрдые тела.

 

67.Эффект Комптона.

Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона и (до и после рассеяния соответственно)

Где — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).

С точки зрения классической физики электромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотонов. Эффект Комптона является ещё одним доказательством справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц.

68.Корпускулярно - волновой дуализм света и вещества. Формула де Бройля.

69.Ядерная модель атома Резерфорда и ее трудности.

Рассеяние отдельных α-частиц на большие углы Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно в шаре радиусом 10-10м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома (атомном ядре) в области значительно меньших размеров. Расчеты Резерфорда показали, что для объяснения опытов по рассеянию α-частиц нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10-15м.

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.

Планетарная модель атома объясняет основные закономерности рассеяния заряженных частиц.

Так как большая часть пространства в атоме между атомным ядром и обращающимися вокруг него электронами пуста, быстро заряженные частицы могут почти свободно проникать через довольно значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов.При столкновениях с отдельными электронами быстрые заряженные частицы испытывают рассеяние на очень большие углы, так как масса электрона мала. Однако в тех редких случаях, когда быстрая заряженная частица пролетает на очень близком расстоянии от одного из атомных ядер, под действием силы электрического поля атомного ядра может произойти рассеяние заряженной частицы на любой угол до 180°.

70. Постулаты Бора. Теория атома водорода по Бору, ее успехи и трудности.

Бор создал теорию атома, в основу которой легли планетарная модель атома, квантовые представления и предложенные им постулаты. Она была подлинной революцией в физике и вообще в представлениях человека об окружающем мире. Она показала, что атомы живут по законам, совершенно не похожим на те, которые управляют макроскопическим миром.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией равной разности энергий соответствующих стационарных состоянии (Еn и Еm - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения)).

Достоинства теории Бора

- Объяснила дискретность энергетических состояний водородоподобных атомов.

- Теория Бора подошла к объяснению внутриатомных процессов с принципиально новых позиций, стала первой полуквантовой теорией атома.

- Эвристическое значение теории Бора состоит в смелом предположении о существовании стационарных состояний и скачкообразных переходов между ними. Эти положения позднее были распространены и на другие микросистемы.

Недостатки теории Бора

- Не смогла объяснить интенсивность спектральных линий.

- Справедлива только для водородоподобных атомов и не работает для атомов, следующих за ним в таблице Менделеева.

- Теория Бора логически противоречива: не является ни классической, ни квантовой. В системе двух уравнений, лежащих в её основе, одно — уравнение движения электрона — классическое, другое — уравнение квантования орбит — квантовое.

- Теория Бора являлась недостаточно последовательной и общей. Поэтому она в дальнейшем была заменена современной квантовой механикой, основанной на более общих и непротиворечивых исходных положениях. Сейчас известно, что постулаты Бора являются следствиями более общих квантовых законов. Но правила квантования типа широко используются и в наши дни как приближенные соотношения: их точность часто бывает очень высокой.

 

71.Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Границы применимости классической механики.

Утверждение о том, что произведение неопределенностей значений двух сопряженных переменных не может быть по порядку меньше постоянной Планка h, называется соотношением неопределенностей Гейзенберга.

Соотношение неопределенностей получено при одновременном использовании классических характеристик движения частицы (координаты, импульса) и наличии у нее волновых свойств. Т.к. в классической механике принимается, что измерение координаты и импульса может быть произведено с любой точностью, то соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.Соотношение неопределенностей указывает, в какой мере возможно пользоваться понятиями классической механики применительно к микрочастицам, в частности с какой степенью точности можно говорить о траекториях микрочастиц. Движение по траектории характеризуется вполне определенными значениями координат и скорости в каждый момент времени.

Раньше других разделов физики стала развиваться механика. Механика есть наука о движении и равновесии тел. В широком смысле слова движение материи есть всякое её изменение. Однако в механике под движением понимается только простейшая её форма, а именно перемещение тела относительно других тел. Принципы механики были впервые сформулированы Исааком Ньютоном в его основном труде Математические начала натуральной философии.

 

72.Уравнение Шредингера. Решение квантовомеханических задач.

Уравне́ниеШрёдингера — уравнение, описывающее изменение в пространстве и во времени чистого состояния, задаваемого волновой функцией, в гамильтоновых квантовых системах.

Уравнение Шрёдингера запишется в виде:

 

73.Состояние электрона в атоме. Квантовые числа. Квантование энергии, момента импульса и спина электрона.

Основные положения

1. Электронное облако – это модель квантовой механики, описывающая движение электрона в атоме.

2. Орбиталь (s, p, d, f) – часть атомного пространства, в котором вероятность нахождения данного электрона наибольшая (~ 90%).

3.Энергетический уровень – это энергетический слой с определённым уровнем энергии находящихся на нём электронов. Число энергетических уровне в атоме химического элемента равно номеру периода, в котором этот элемент расположен.4. Максимально возможное число электронов на данном энергетическом уровне определяется по формуле- N = 2n2, где n – номер периода.

5. Состояние электрона в атоме описывается 5 квантовыми числами (n, l, ml, ms, s).

6. Движение электрона в атоме описывается 4 квантовыми числами:

(Ква́нтовое число́ в квантовой механике — численное значение какой-либо квантованной переменной микроскопического объекта (элементарной частицы, ядра, атома и т. д.), характеризующее состояние частицы. Задание квантовых чисел полностью характеризует состояние частицы.Некоторые квантовые числа связаны с движением в пространстве и характеризуют пространственное распределение волновой функции частицы. Это, например, радиальное (главное) (nr), орбитальное (l) и магнитное (m) квантовые числа электрона в атоме, которые определяются как число узлов радиальной волновой функции, значение орбитального углового момента и его проекция на заданную ось, соответственно.Некоторые другие квантовые числа никак не связаны с перемещением в обычном пространстве, а отражают «внутреннее» состояние частицы. К таким квантовым числам относится спин и его проекция. В ядерной физике вводится также изоспин, а в физике элементарных частиц появляется цвет, очарование, прелесть и истинность.)

А) n – главное квантовое число, определяет энергию электрона и размеры электронного облака (n = 1,..7)

Б) l - орбитальное квантовое число, определяет форму орбитали (s, p, d, f) и принимает значения l = 0,..n-1.