Изопроцесс – процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа остаётся постоянным.

Изопроцесс – процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа остаётся постоянным.

Изотермический процесс — процесс изменения состояния газа определённой массы при постоянной температуре.

При изотермическом процессе T=const, m= const. При этих условиях из уравнения Клапейрона – Менделеева следует закон Бойля – Мариотта:

pV= m/M*RT.

Это означает,что произведение начального давления газа p1 на его объем V1 равно произведению этих параметров p2,V2 в произвольный момент времени.

Закон Мариотта:

Для газа данной массы при постоянной температуре произведение давления газа на его объем постоянно:

p1v1 = p2v2.

Изобарный процесс - процесс изменения состояния газа определённой массы при постоянном давлении

P=const, m=const

V/T=const=m/M*R/p

V=const*T

Изохорный процесс – процесс изменения состояния газа определенной массы при постоянном объеме

p/t =const, m/M * R/V =const

p=const * T.

 

 

№22.

Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Изменение внутренней энергии ΔT = T2 – T1

Способы изменения энергии:

Теплообмен – процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.

Количество теплоты, получаемое телом, - энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена.

№23.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и работой A, совершаемой системой против внешних сил:

Количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Q= Δ U + A.

Внутренняя энергия замкнутой,изолированной системы сохраняется.

При изохорном процессе объем газа остается постоянным (ΔV=0), поэтому газ не совершает работу (A=0). Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами:

Q=ΔU

Потенциал

Потенциал электрического поля численно равен работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из этой точки в бесконечность

Разность потенциалов

Разность потенциалов (ф ₁ – ф ₂) называется напряжением между точками 1 и 2 и обозначается U _{1 2} . Таким образом,

A _{1 2} = q _пр U _{1 2}

Опустим индекс, получим

A = qU

№38. § 15.7

Связь между E и U

Напряженность однородного поля численно равна разности потенциалов на еденицу длины линии напряженности. В СИ единица напряженности имеет наименование вольт на метр (В/м). Действительно,

E = U/d = 1 В/1 м = 1 В/м

№39. § 15.8

Проводник в электрическом поле

Если полюса батарейки замкнуть металлической проволокой, по ней пойдет электрический ток. Заменим проволоку стеклянной палочкой – никакого тока не возникнет. Металл является проводником, а стекло – диэлектриком.

Проводники – это в первую очередь металлы. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны.

Проводниками также являются электролиты

Распределение зарядов в проводнике

При зарядке любого проводника заряды распределяются в нем так, что электрическое поле внутри него исчезает и разность потенциалов между любыми точками обращается в нуль

 

№40. § 15.10

Самостоятельный газовый разряд

- в этом случае газовый разряд продолжается и после прекращения действия внешнего ионизатора за счет ионов и электронов, возникших в результате ударной ионизации (= ионизации эл. удара); возникает при увеличении разности потенциалов между электродами (возникает электронная лавина).

 

 

Плазма

- это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера - слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма - в газоразрядных лампах.

Плазма бывает:

Низкотемпературная - при температурах меньше 100 000К;
высокотемпературная - при температурах больше 100 000К.

Основные свойства плазмы:

- высокая электропроводность
- сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.

При температуре

любое вещество находится в состоянии плазмы.

 

№10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ.

- это такая степень разрежения газа, при которой соударений молекул практически нет;

- электрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность;

- создать эл.ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;

- действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.

Электронные пучки

- это поток быстро летящих электронов в электронных лампах и газоразрядных устройствах.

Свойства электронных пучков:

- отклоняются в электрических полях;

- отклоняются в магнитных полях под действием силы Лоренца;

- при торможении пучка, попадающего на вещество возникает рентгеновское излучение;

- вызывает свечение (люминисценцию) некоторых твердых и жидких тел (люминофоров);

- нагревают вещество, попадая на него.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), кинескоп — вакуумный прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.

№11. Полупроводники.

Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения.

Собственная проводимость

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

Примесная проводимость

Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

№12.

электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

№13.

Транзи́стор, полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).

Полупроводниковые приборы, ППП — широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников.

К полупроводниковым приборам относятся:

Интегральные схемы (микросхемы)

Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),

Тиристоры, фототиристоры,

Транзисторы,

Приборы с зарядовой связью,

Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды),

Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),

Терморезисторы, датчики Холла.

№14.

Взаимодействие токов.

Токи одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

Вокруг любого проводника с током имеется поле, отличное от электрического, поскольку оно не действует на неподвижные заряды.

Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции. Линия магнитной индукции – это линия, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.

Магнитное поле прямолинейного проводника, витка, соленоида.

Правилом правого винта: если поступательное движение винта происходит по направлению тока в проводнике, то направление вращение головки винта показывает направление линий индукции магнитного поля.

Правило правого винта для кругового тока можно использовать и по-другому: если вращать головку винта по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта укажет направление линий индукции внутри контура.

№15. Характеристики магнитного поля.

Величину В, являющуюся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке, называют магнитной индукцией.

Напряжённость магни́тного по́ля — (стандартное обозначение Н) это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе.

Магни́тный пото́к — поток как интеграл вектора магнитной индукции через конечную поверхность.

№16. Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током,

находящийся в нем.

Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.

Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле, так как на проводник с током в магнитном поле действуют силы, то, очевидно, при перемещении этого проводника будет совершаться работа. Работа при перемещение проводника с током в магнитном поле выражается формулой

А=I ∆Ф

 

№18. ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД

Сила Лоренца

- сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

где q - заряд частицы;
V - скорость заряда;
B - индукции магнитного поля;
a - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

 

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0, и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной
и создает центростремительное ускорение равное

 

В этом случае частица движется по окружности.

.

Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равнв произведению массы частицы на центростремительное ускорение

тогда радиус окружности

а период обращения заряда в магнитном поле

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

 

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца.

 

№19.МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Магнитные свойства вещества объясняются согласно гипотезе Ампера циркулирующими внутри любого вещества замкнутыми токами:

внутри атомов, вследствие движения электронов по орбитам, существуют элементарные электрические токи, которые создают элементарные магнитные поля.
Поэтому:
1. если вещество не обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля не сориентированы (из-за теплового движения);

2. если вещество обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля одинаково направлены (сориентированы) и образуется собственное внутреннее магнитное поле вещества.

 

Намагничевание вещества

- появление собственного внутреннего магнитного поля.

Все вещества, помещенные во внешнее магнитное поле, создают собственное внутреннее магнитное поле.

По своим магнитным свойствам все вещества подразделяются на:

парамагнетики	диамагнетики	ферромагнетики
----------------------------------	-----------------------------------	-----------------------------
слабомагнитные вещества	слабомагнитные вещества	сильномагнитные вещества
O2, Al, Pb и др.	гелий, аргон, Au, Zn, Cu, вода, стекло и др.	Неболшая группа кристаллич. тел: Fe, Ni, Co и сплавы
внутреннее магнитное поле направлено также, как и внешнее магнитное поле	внутреннее магнитное поле направлено противоположно внешнему магнитному полю, но слабо выражено	внутреннее магнитное поле в 100-1000 раз больше внешнего магнитного поля

Ферромагнетики сохраняют сильную намагниченность и после удаления внешнего магнитного поля и называются постоянными магнитами. Сильное внутреннее магнитное поле ферромагнетиков объясняется не только обращением электронов по орбитам, но, в основном, вращением их вокруг собственной оси. Чтобы полностью размагнитить ферромагнетик, надо поместить его во внешнее магнитное поле противоположно направленное. Существуют ферромагнетики, не проводящие электрический ток - ферриты.

 

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках.

№20. Электромагнитная индукция.

В 1831 г. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает электрический ток. Этот ток назвали индукционным током.
Индукционный ток в катушке из металлической проволоки возникает при вдвигании магнита внутрь катушки и при выдвигании магнита из катушки (рис. 192),

а также при изменении силы тока во второй катушке, магнитное поле которой пронизывает первую катушку (рис. 193).

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.
Появление электрического тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил не электростатической природы или о возникновении ЭДС индукции. Количественное описание явления электромагнитной индукции дается на основе установления связи между ЭДС индукции и физической величиной, называемой магнитным потоком.

Квантовая теория Планка

М. Планк выдвинул гипотезу, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями).

Внешний фотоэффект

Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

Катод через кварцевое стекло освещается светом. Под действием света из катода вырываются электроны (называемые фотоэлектронами), которые летят к аноду (положительно заряженному электроду) и образуют фототок, регистрируемый миллиамперметром

Опыты Столетова.

А. Г. Столетов использовал в своей установке металлический диск, который освещался через второй диск в виде сетки светом от электрической дуги. Металлическая пластина и сетка включались в цепь с гальваническим элементом и гальванометром. На сетку подавалось положительное напряжение, а на пластину – отрицательное. В этом случае в цепи возникал электрический ток.

Опыты лебедева.

Следующей работой ученого было получение очень коротких электромагнитных волн, близких по длине к волнам света. Для получения таких волн Лебедев сконструировал вибратор, излучавший волны, длина которых доходила до 6 мм. Пользуясь такими волнами, ученый повторил все опыты Герца и, кроме того, показал, что такие электромагнитные волны, как и световые, дают явление двойного лучепреломления в исландском шпате.

Опыт резерфорда по рассеиванию альфа- частиц. Планетарная модель атома.

А). Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц – порядка 10⁷ м/с)

α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия.

От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. вспышки на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Б) планетарную модель атома. - в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

№46. Постулаты Бора. Уровни энергии в атоме

 

А) Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Нильсом Бором в 1913 году для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода и водородоподобных ионов (формула Бальмера-Ридберга) и квантового характера испускания и поглощения света

Постулаты:

§ Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

§ Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам, для которых момент импульса квантуется: , где — натуральные числа, а — постоянная Планка. Пребывание электрона на орбите определяет энергию этих стационарных состояний.

§ При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии , где — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.

§ Для получения энергетических уровней в атоме водорода, в рамках модели Бора, записывается второй закон Ньютона для движения электрона по круговой орбите в поле кулоновской силы притяжения:

§

§ где m — масса электрона, e — его заряд, Z — заряд ядра и k - кулоновская константа, зависящая от выбора системы единиц. Это соотношение позволяет выразить скорость электрона через радиус его орбиты:

§

§ Энергия электрона равна сумме кинетической энергии движения и его потенциальной энергии:

§

§ Используя правило квантования Бора, можно записать:

§

§ откуда радиус орбиты выражается через квантовое число n. Подстановка радиуса в выражение для энергии даёт:

§

§ Комбинация констант

§ эВ

§ называется постоянной Ридберга.

№47. Квантовые генераторы.

Квантовый генератор — общее название источников электромагнитного излучения, работающих на основе вынужденного излучения атомов и молекул.(могут называться лазер, мазер, разер, газер в зависимости от длинны волны излучаемой генератором)

Квантовый генератор основан на принципе вынужденного излучения, предложенного А. Эйнштейном: когда квантовая система возбуждена и одновременно присутствует излучение соответствующей квантовому переходу частоты, вероятность скачка системы на более низкий энергетический уровень повышается пропорционально плотности уже присутствующих фотонов излучения.

№48. Методы регистрации заряженных частиц.

Счетчик Гейгера - служит для подсчета количества радиоактивных частиц (в основном электронов).
Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока.

Камера Вильсона - служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).
Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии:
при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуетсяперенасыщенный пар.
По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след.
При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, массу и заряд частицы.

Пузырьковая камера - вариант камеры Вильсона.

При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара, т.е. жидкость закипает, виден трек.

Изопроцесс – процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа остаётся постоянным.

Изотермический процесс — процесс изменения состояния газа определённой массы при постоянной температуре.

При изотермическом процессе T=const, m= const. При этих условиях из уравнения Клапейрона – Менделеева следует закон Бойля – Мариотта:

pV= m/M*RT.