Шкала електромагнітних випромінювань

Енергія електричного поля

Потенціальна енергія електричного поля зарядженого конденсатора може перетво­рюватися на інші види енергії. Наприклад, під час підключення виводів зарядженого конденсатора до електричної лампи елект­ричне поле створює електричний струм, нитка лампи нагрівається й випромінює світло.

 

6. Електричним струмом називають впорядкований (напрямлений рух вільних зарядів в провіднику під дією сил електричного поля)

Умови існування струму: 1. Умовний(пов'язаний з напрямом електричного поля +>-)2. Справжній (->+)

Дії струму: теплова, хімічна, магнітна, механічна. Параметр струму – сила струму(дорівнює відношенню заряду що пройшов через переріз провідника до часу його проходження) I =q/t (дельта) I =1A

A

R

Електричне коло явл.є собою електричні прилади, споживачі, джерела енергії, з’єднані за допомогою дротів. 1827 р експериментально відкрито закон Ома. Закон Ома – сила струму прямо пропорційна до напруги і обернено пропорційна до опору.

V

Опір – протидія електричному струму; фізична величина яка обумовлена внутрішньою будовою провідника і хаотичн-

им рухом його пластинок R = Om =1B/1A

 

8.замкнуте Електричне коло складається з резисторів та джерел електричної енер гії, інших приладів які утворюють замкнуте з’єднання. Резистори(опори) називають споживачем(навантаження)і являють собою зовнішню ділянку кола, а джерела енергії являють собою внутрішню ділянку кола на якій діють сторонні сили. ЕРС – це енергетична характеристика джерела струму; це фіз. Величина що дорівнює відношенню роботи сторонніх сил по перенесенню заряду величини цього заряду ЕРС = А ст/q. {E}=1Дж/1Кл=1В

 

9.Закон Ома для повного електричного кола. В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де — електрорушійна сила, — опір навантаження, -внутрішній опір джерела струму.

Робота струму на ділянці кола A=IUt=(U²/R)*t, де т – час. При проходженні струму провідником виділяється кількість теплоти, що дорівнює роботі струму. Потужність струму P=A/t=IU=U^2/R=I^2R. {P}=ДЖ/сек = 1 Вт.

11.Напівпровідники – речовини, які за своєю електропровідністю займають провідне місце між провідниками та діалектриками. Чисті напівпровідники мають власну провідність за певних умов(нагрівання,опромінювання), відбувається розрив ковалентних зв’язків і з’являються вільні заряди і дірки та електрони. Провідність напівпровідників, зумовлена домішками, називається домішковою провідністю, а самі напівпровідники – домішковими напівпровідниками. Домішкова провідність буває двох типів: n-типу та p-типу. Власними напівпровідниками є хімічно чисті напівпровідники, їх провідність називається власною провідністю.

12. p-n перехід — область контакту напівпровідників p- та n-типу, яка характеризується одностороннім пропусканням електричного струму. – напівпровідниковий діод. Напівпровідниковий діод – напівпровідниковий прилад з одним випрямленим електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Аипрямленим електричним переходом в напівпровідникових діодах може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівровідник. Напівпровідникові діоди застосовують для випрямлення електричного струму в радіосхемах; також застосовують у всіх електронних схемах та в багатьох електронних.

 

13. Магнітне поле – це особливий вид матерії. Властивості МП: 1)існує навколо електричних зарядів; 2)діє тільки на рухомі заряди; 3)з віддаленням від зарядів послаблюється. 1820р Ампер - струми однакового напряму притягуються, а протилежного – відштовхуються. Г.Ерстед – рухомі заряди створюють навколо себе в просторі магнітне поле. Для графічного зображення МП застосовують силові лінії індукції МП. Властивості силових ліній: 1) неперервні; 2)не перетинаються; 3) розташовані густіше там, де поле сильніше; 4) завжди замкнуті. Магнітне поле є вихровим.

14.Сила Ампера – це сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі. Сила Ампера залежить від сили струму , елемента (частини) довжини провідника , кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля тамагнітної індукції , і задається формулою . Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки: лінії індукції МП – в долонь, чотири випрямлені пальці - струм, 5-ий відігнутий палець – напрям сили Ампера. Використання сили Ампера: електровимірювальні прилади, електродвигуни.

15. Силова характеристика МП – магнітна індукція (В). Напрям визначається за правилом правої руки.

, де S – площа рамки, М – магнітний момент, дельта l – ділянка провідника, на яку діє МП, F_max – максимальна сила, з якою МП діє на провідник. M = 1 Н·м. {M} - тесла (Тл).

 

16. Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на площу поверхні S та косинус кута між вектором і вектором нормалі до поверхні (рис.4.4.13).

Ф = BS cosa.Добуток B cosa = B_n - проекція вектора магнітної індукції на нормаль до площини контуру, тому Ф = B_nS. Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1 Тл через площу 1 м², перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м².

 

 

17. Силу, яка діє на кожен рухомий заряд з боку магнітного поля, називають силою Лоренца. Її можна знайти за допомогою сили Ампера:

де N - кількість вільних носіїв заряду в провіднику.Розглянемо ділянку провідника зі струмом (рис.4.4.6). Нехай його довжина D l і площа поперечного перерізу S настільки малі, що індукцію магнітного поля можна вважати незмінною в межах провідника. Сила струму в провіднику згідно з формулою (4.2.1)

З урахуванням рівняння (4.4.2) сила Ампера:

де nS D l = N - кількість вільних носіїв заряду, q – заряд, v- швидкість дрейфу B- модуль вектора магнітної індукції, α – кут між напрямом В і напрямом руху частини. Підставивши вираз для сили Ампера (4.4.3) у формулу (4.4.1), знаходимо вираз для сили Лоренца:

де a - кут між векторами швидкості вільних носіїв заряду і магнітної індукції.

Напрям сили Лоренца, як і напрям сили Ампера визначається за допомогою правила лівої руки (рис.4.4.7). Якщо ліву руку розмістити так, щоб складова магнітної індукції, перпендикулярна до швидкості заряду, входила у долоню, а чотири пальці були напрямлені за рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90? великий палець покаже напрям сили Лоренца F _л, що діє на заряд.

Сила Лоренца в природі і техніці: 1) кінескопи; 2) прискорювачі;3) динамічні гучномовці;мас-спектографи;полярні сяйва та магнітні бурі.

 

18. Матеріали, які в зовнішньому магнітному полі намагнічуються (тобто в них з'являється власне магнітне поле), називають магнетиками. Величина , що дорівнює відношенню модуля магнітної індукції B поля в довільному середовищі до модуля магнітної індукції B ₀ цього ж поля у вакуумі, характеризує магнітні властивості цього середовища, і її називають магнітною проникністю. За магнітною проникністю і характером взаємодій з магнітним полем магнетики поділяють на діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Речовини, у яких m < 1, називають діамагнетиками. До діамагнетиків належить більшість газів (крім кисню), вода, вісмут, цинк, свинець, мідь, срібло, золото, сірка, віск, алмаз, багато органічних сполук Парамагнітні речовини втягуються магнітним полем; їх магнітна проникність більша за одиницю. Атоми парамагнетиків мають відмінні від нуля магнітні моменти. Парамагнетики підсилюють зовнішнє магнітне поле. До парамагнетиків належать кисень, марганець, хром, платина, алюміній, вольфрам, усі лужні й лужноземельні метали. До феромагнетиків належать матеріали, які сильно взаємодіють з магнітним полем і магнітна проникність яких у певному температурному інтервалі значно більша за одиницю. Феромагнітні властивості мають тільки кристалічні тіла. У рідкому, або газоподібному стані феромагнетики стають парамагнітними.

Використання магнітних матеріалів: Різні електротехнічні прилади: електромагнітні крани, реле, електродвигуни, трансформатори, у радіотехніці, у сучасних методах запису інформації

 

19. Магнітне поле – складова частина, „електромагнітного поля”, що є окремим видом матерії. Магнітні сили підвищують урожай. Так, помідори, вирощені в штучному магнітному полі, дозрівають швидше і дають більше плодів. Ученим треба ще багато зробити, щоб добре вивчити загадки взаємодії магнітного поля і рослин. У результаті багаторічних спостережень канадські вчені –біологи прийшли до висновку, що пшениця, посіяна в напрямі схід-захід росте краще і дає більший врожай, ніж посіяна в напрямі північ-південь. Це явище канадські вчені пояснюють чутливість рослин до магнітного поля Землі. Поле електромагнітів використовують для очищення насіння культурних сільськогосподарських рослин від насіння бур’янів. Також магнітне поле використовується на металургійних заводах, у медицині, для лікування ряду захворювань, такі апарати, як ВЧ, УВЧ створюють магнітне поле.

20. Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінномумагнітному полі.

Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметравідхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

де

— електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Якщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися зазаконом Ома формулою

,

де R — опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

Правило Ленца — закон, за яким можна визначити напрям індукційного струму.

Згідно з правилом Ленца індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує даний струм. Формулювання: Індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм. Його встановив російський фізик Е. Х. Ленц 1833року.

21. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканніелектричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

,де — е.р.с., — сила струму, L — індуктивність.

Індуктивність — фізична величина, що характеризує здатність провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.

Позначається здебільшого латинською літерою L, в системі СІ вимірюється в Генрі.

Дорівнює відношенню магнітного потоку Φ через контур, визначений електричним колом, до величини струму І в колі, тобто

.

Енергія магнітного поля, створеного електричним струмом у колі, визначається формулою

Індуктивність залежить від форми контура.

22. Вимушеними вважають коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили. Наприклад, ви можете взяти в руку книжку і здійснювати нею вимушені коливання. На книжку з боку руки діє зовнішня періодична сила. Якщо тіло в момент початку дії змушувальної сили було нерухомим, то спочатку амплітуда його коливань поступово зростає, через певний час досягає максимального значення і далі не збільшується.

Змінний струм – це струм, який періодично змінюється за величиною і за напрямом.

Коливання – періодично повторюваний рух або зміна енергії. Параметри: 1)період – час одного повного коливання; 2)частота – кількість коливань за одиницю часу; 3) амплітуда – максимальне відхилення від положення рівноваги. T = 1/V=t/N; V = 1/T; (A)=1м.

23. Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) іротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції.

Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою пари (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС).

 

 

24. Трансформа́тор — пристрій, що використовується для змінинапруги й сили змінного струму.

Трансформатор (від лат. Transformo - перетворювати) - електричний апарат, що має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму без зміни частоти систем (системи) змінного струму.

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, врозподільних та побутових пристроях. Передача електроенергіївідбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму. Тому зазвичай лінії електропередач високовольтні. Водночас побутові й промислові машини вимагають високої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну.

Трансформатори характеризуються дуже високим коефіцієнтом корисної дії.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році^[1], хоча ще в 1876 році Яблочковвикористовував аналогічний пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова»^{[2] [3]}. Винахід трансформатора був важливим фактором у так званій війні струмів — конкурентній боротьбі за те, який електричний струм, постійний чи змінний ефективніший для масового користування.

25. З усіх видів енергії найчастіше використовується електромагнітна, яку на практиці називають електричною. Широке використання електричної енергії зумовлює можливістю ефективного перетворення її в інші види енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну). До традиційних джерел виробництва електроенергії прийнято відносити виробництво електроенергії на ТЕС, ГЕС і АЕС. Єдиним недоліком електричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалий час. Запаси електроенергії в акумуляторах, гальванічних елементах і конденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок, причому термін зберігання цих запасів обмежені. Тому електроенергія повинна бути вироблена в такій кількості, яка потрібна споживачам. Для передачі та розподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі, кабельні лінії, у цехах промислових підприємств – шинопроводи та електропроводки, які виконують металевими проводами з алюмінію, сталі та міді. У проводах установлюються електромагнітне поле, яке несе енергію.Її широко використовують у промисловості, на транспорті, у зв’язку, в медицині й мистецтві. Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали, яких немає в природі.

26.Коливання – це періодично повторюваний рух або зміна енергії. Параметри: 1)період – час одного повного коливання; 2)частота – кількість коливань за одиницю часу; 3) амплітуда – максимальне відхилення від положення рівноваги. Коливання, які відбуваються лише під дією внутрішніх сил, називають вільними. Виникла потреба в коливаннях під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється, такі коливання називають вимушеними. Ці коливання здійснюють поршні в циліндрах двигунів, голка швацької машини тощо.Гармонічні коливання – це коливання під час яких характеристики змінюються з часом за гармонічним законом(законом синуса чи косинуса)

X=Asinwt Y=Acoswt

wt – фаза, u₀=0, φ = wt +u_o. Швидкість і прискорення гармонічних коливань:

Де А – амплітуда, х,у – координати; t- час. X=Acoswt;

W=2πυ – колова частота. (W)=1рад/сек. 1)V = x’(t); V=(Acoswt)’=-Asinwt=-wAsinwt

W=2πυ – колова частота. (W)=1рад/сек. 2) a = V’(t)=x’’(t); a=-w²Acoswt; a=-w²x

Математичний маятник – це фізична модель в якій матеріальна точка підвішена на довгій нерозтяжній і невагомій нитці.

, де Т – період коливань, l- довжина нитки, g=9.8 м/с²

– формула для пружинного маятника. Де m- маса; k- коефіцієнт жорсткості пружини.

 

 

27. Механічна хвилі поширюються у пружних, суцільних середовищах незважаючи на те, що речовини складаються з молекул і мають переривчату структуру, між молекулами існують сили притягання і відштовхування. Процес поширення коливань всередині будь-якого середовища називається хвилею. Хвиля переносить коливальний рух, який передається від однієї частини середовища до іншої. Хвилі бувають двох типів: Якщо частинки пружного середовища коливаються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі y, то таку хвилю називають поперечною (рис.5.1.7). Ця хвиля може поширюватися в твердих тілах або на поверхні рідин. Якщо частинки середовища коливаються в тій самій площині, в якій поширюється і сама хвиля, то хвилю називають поздовжньою (рис.5.1.8). Така хвиля поширюється в твердих тілах, рідинах і газах.

Довжиною хвилі називається найкоротша відстань, на яку поширюються коливання за час Т. (λ)=1м.

 

28.Електромагнітні коливання – це періодичні перетворення енергії електричного поля на енергію МП і навпаки, що супроводжується повторюваною зміною параметрів електричного кола(заряду, напруги, силу струму). Електричне коло в якому можуть відбуватись такі перетворення енергії, називається коливальним контуром, найпростіший контур складається з’єднаних між собою конденсатора і дротяної котушки. Власна частота коливання: υ=1/T=1/2π де L-індуктивність, C- ємність. Резонанс – явище сильного зростання амплітуди вимушеного коливання у разі, коли частота зовнішньої сили збільшується з власною частотою коливань. <=резонанс

 

29. Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називають електромагн і тним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних імагнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія. Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагн і тною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c 3·10⁸ м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість E, магнітна індукція B ішвидкість поширення цих хвиль V взаємно перпендикулярні (рис.5.2.16). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість V поширення електромагнітної хвилі у речовині визначається за формулою

де c - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі; e - діелектрична проникність; m - магнітна проникність середовища.

Основні принципи радіозв'язку показано на рис.5.2.21. Радіозв'язок здійснюється на довгих (10 000 - 1 000 м), середніх (1 000 - 100 м), коротких (100 - 10 м) та ультракоротких (менше 10 м) хвилях. Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі. За допомогою радіохвиль передаються на відстань не тільки звукові сигнали, але і зображення предмета.

 

Шкала електромагнітних випромінювань

Частота, Гц	Довжина хвилі, м	Назва діапазону	Основні джерела збудження
10-3 – 103	3 · 1011 – 3 · 105	Низькочастотні (наддовгі) хвилі	Генератори спеціальних конструкцій; промислові частоти 50–60 Гц; генератори звукових частот до 20 кГц
103 – 1012	3 · 105 – 3 · 10-4	Радіохвилі	Генератори радіочастот до 300 МГц; генератори надвисоких частот
1012 – 4 · 1014	3 · 10-4 – 8 · 10-7	Інфрачервоне випромінювання
4 · 1014 – 8 · 1014	8 · 10-7 – 4 · 10-7	Видиме випромінювання (з довжинами хвиль 800 – 400 нм)	Випромінювання молекул та атомів під час теплових та електричних впливах
8 · 1014 – 3 · 1017	4 · 10-7 – 10-9	Ультрафіолетове випромінювання, м’яке рентгенівське випромінювання	Випромінювання атомів під час опромінення речовини електронами з енергіями до 15 кеВ
3 · 1017 – 3 · 1020	10-9 – 10-12	Рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання	Атомні процеси, що збуджуються електронами з енергіями від 20 кеВ до декількох сотень МеВ
3 · 1020 – 1023	10-12 – 3 · 10-15	Гамма-випромінювання	Ядерні процеси, радіоак-тивні розпади

31.Світло має енергію і переносить її у просторі.1.У 17ст. Ньбтон запропонував корпускулярну теорію світла(світло складається з різних частинок).2.У 18ст Крістіан Гююйгенс стверджував, що світло має хвильову теорію світла).3.Початок 19ст О.Френель і Ж.Руко віддали перевагу хвильовій теорії світла і говорили, що світлове випромінювання є поперечними, механічними хвилями, тобто для передачі світла мі Сонцем і Землею повинна бути речовина(ефір). 4. Джеймс Максвелл звернув увагу на те, що швидкість проходження світла у вакуумі = швидкості поширення електричних хвиль) електромагнітна теорія світла. До світлового випромінювання належать хвилі з частотою (υ=>4*10¹⁴÷7.5*10¹⁴Гц). Кожній частоті відповідає певний колір: λ =400нм – фіолетовий…760нм – червоний; λ=c/υ. С=3*10⁸м/с.Джерела світла: 1.Температурні(світіння за допомогою збудження атомів і молекул при високій температурі(внутрішньо-потенціальна енергія)).2.Люмінесцентні джерела світла(збудження зумовлено потоком рухомих частинок(електронів) або хімічною реакцією) – енергія зовнішніх джерел.

32. Швидкість поширення світла у вакуумі (дослід Майкельсона) с=299792 + - 0.5 км/с. В середовищі швидкість світла, тобто швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль, змінюється через процеси поляризації атомів та молекул речовини. Відношення швидкості світла в середовищі й у вакуумі називають абсолютним показником заломлення у цьому середовищі

де c_m — швидкість світла в середовищі.

Оптична густина середовища або показник заломдленнч середовища визначає оптичні властивості даної речовини. N= , де µ - магнітна проникність середовища, - діелектрична проникність середовища. Тоді швидкість світла у речовині V = c/n=>n=c/v. Оптична густина середовища показує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більша ніж в данному середовищі n_води=1.33, n_{повітря}=1.003, n_пов = n_{вакууму.} Світлова хвиля за жодних обставин не змінює своєї частоти.

33. Принцип Гюйгенца – в однорідному, прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно.

Закони відбивання світла: 1. W= W _{відбитого пр.} + W_{заломленого пр.} Промінь падаючий і промінь відбитий лежать в одній площ ині з нормаллю до відбитої поверхні, проведеній у точці падання променя. 2. Кут відбивання променя дорівнює куту його падіння Lα = Li, де α – кут падіння, і – кут відбивання.

Прилад для відбивання світла – дзеркало. Падаючий і відбитий промені – оборотні. Плоска дзеркальна поверхня є плоским дзеркалом. Зображення у дзеркалі є: 1)уявним; 2) дзеркальним.

 

34. Заломлення світла зумовлене зміною швидкості поширення світла при переході випромінювання з одного середовища в інше.

Закони заломлення:
1) Відношення стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря): .
2) Заломлений промінь, падаючий промінь і нормаль до поверхні поділу середовищ знаходяться в одній площині.

Прилад для заломлення світла – лінза чи призма. Падаючі і заломлений промені мають оборотність. Лінза – оптичний прилад, що являє собою прозоре тіло обмежене двома гладенькими опуклими чи угнутими поверхнями. Опукла лінза є збиральною, а угнута – розсіювальною. Складові лінзи: 1.головна фокусна відстань; 2. Головна оптична вісь проходить через центр лінзи;

3.Оптична сила лінзи. D=1/F, де F- фокусна відстань. (Д)=1/1м=1дптр(діоптрій); 4. Д збиральних лінз – додатна, а розсіювальних – від’ємна.

35. Електрична хвиля має дві складові: електричну і магнітну.

Висновок: E﬩B﬩V. Світлові хвилі — це електромагнітні хвилі, до яких, крім ви­димого (неозброєним оком), належать також інфрачервоне і ультрафіолетове проміння (частоти коливань від 10¹²до З • 10¹⁶ Гц і довжини хвиль від 0,3 мм до 10 ² мкм). Видиме проміння має частоти від 4 • 10^й Гц до 7,7 • 10^й Гц (довжи­на хвиль від 0,4 до 0,77 мкм). Світлові хвилі мають усі властивості електромагнітних хвиль, у тому числі з певною швидкістю переносять енергію.

Інтерференція — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум). Умова інтерференції: вона можлива тільки для когерентних променів – це промені з постійною різницею фаз і однаковою частотою υ₁ = υ₂ 1) ∆=const(різниця фаз). Когерентними можуть бути лише ті промені, які створюються тим самим джерелом світла.

Використаємо біпризму Френеля. Картина інтерференції – розподіл світлової енергії у просторі. Це почергові, світлі(максимуми) і темні(мінімуми) смуги; відстань між ними приблизно однакова. Інтерференція променів залежить від їх різниці ходу(для відбитих променів)

1)Умова максимального підсилення ∆ = 2k λ/2, де k – ціле, ∆- різниця ходу фаз, λ – довжина хвилі.

2)Умова максимального послаблення ∆ = (2k+1)λ/2.

У порядку зростання довжин хвиль кольори розміщуються так: фіолетовий, синій, голубий, зелений,жовтий, оранжевий,червоний.

Застосування: для визначення якості обробки поверхонь і вимірювання довжин світлових хвиль з високою точністю(до 7-8 знаків після коми); У природі – забарвлення тонких плівок нафти і олії на воді, крил деяких комах, метеликів.

36. Дифракція світла – це явища огинання хвилями перешкод. Умова дифракції: розмір перешкоди повинен бути сумірним із довжиною хвилі.

Картина дифракції вузької щілини виглядає як світла смуга(максимум) посередині і симетрично від неї в обидва боки менш яскраві максимуми. Прилад для спостереження явища дифракції називається дифракційна решітка вона являє собою систему паралельних, близько розташованих вузьких щілин, які пропускають або відбивають світло(скло або дзеркало). Формула дифракційної решітки(застосовується для визначення довжин світлових хвиль) k λ = d sinφ, де k- порядок максимуму, d- стала решітки(період решітки) d =а +b; φ – кут відхилення променя.

 

 

37. Третя ознака хвильової природи світла – це явище поляризації, яке можливе тільки в поперечних хвиль. Поперечна хвиля називається плоскополяризованою, якщо коливання в усіх точках, розміщених на одному промені відбуваються в одній площині.

Поляризатори для світлового випромінювання можна зробити з природного мінералу(турмаліну). Причина того, що кристали є поляризаторами пояснює явище анізотропії.

Дисперсія світла – це явище розкладання білого світла на складові хвилі різних частот;

Причини дисперсії: залежність швидкості поширення хвиль у середовищі від їх довжини(частоти) із збільшенням довини хвилі, показник заломлення зменшується.

Спектри(розкладання білого світла по кольорам) називають суцільним або неперервним, якщо промені неперервно переходять з одного кольору в інший. З точки зору техніки експерименту ми отримали призматичний спектр білого кольору. Можна отримати спектр також за допомогою дифракційної решітки, це буде відповідно дифракційних спектр. В природі явищу дисперсії спостерігається при виникненні райдуги. Інфрачервоні – невидимі промені, які в спектрі розміщуються за червоними променями. Ультрафіолетові – невидимі промені, які в спектрі розміщуються за фіолетовою частиною спектра. Види спектрів: 1)суцільні; 2)лінійні; 3)смугасті;

38. Німецький фізик Макс План – світло випромінюється не у вигляді хвиль, а дискретно. У вигляді певних неподільних порцій енергії(кванти або фотони). Зв’язок між хвильовою і корпускулярною теорією світла Планк записав у вигляді формули, енергії кванта. E=h/υ – показує, що хвиля є певною частотою (υ), і одночасно є потік квантів(Е), де h – стала Планка = 6.62*10^-34Дж*с. Корпускулярно-хвильовий дуалізм – це своєрідна подвійність природи світла. З одного боку світло – електромагнітна хвиля, а з другого – потік світлових частинок фотонів чи квантів. За сучасними уявленнями світло випромінюється і поглинається порціями, а тому і поширюється порціями. Фотон зберігає свою індивідуальність протягом всього свого існування. Водночас світлу властиві явища інтерференції, дифракції, поляризації та інші хвильові властивості. Ці факти дозволили зробити припущення, що світлу властивий дуалізм (подвійність). Під час поширення світло виявляє електромагнітні властивості, а під час поглинання - корпускулярні.

Властивості фотона: фотон існує доти, доки він рухається; у момент зустрічі з речовиною фотон поглинається і зникає; його енергія цілком переходить до речовини; фотон не має маси спокою.

1. Енергію фотона можна виразити через циклічну частоту коливань w:

E = h n = w де - зведена стала Планка.

Відповідно до теорії відносності енергія завжди пов'язана з масою відношенням E = mc ².

Прирівнявши обидва рівняння для енергії фотона отримаємо

2. h n = mc ² - маса фотона

3. За відомою масою і швидкістю можна визначити імпульс фотона:

Імпульс фотона направлений вздовж променя світла. Фотон має імпульс і якщо на його шляху виникає перешкода, він передає його їй.

39. Явище фотоефекту: під дією випромінювання з металу вилітають електрони. Пояснення фотоефекту: електрон може вийти з металу тільки тоді, коли його кінетична енергія дорівнює або більша за роботу виходу. Електрони розміщені недалеко від поверхні металу поглинають фотони: один електрон поглинає повністю один квант енергії; частина енергії кванта втрачається на роботу виходу, а решта становитиме кінетичну енергію електрона.

Висновок: якщо енергія фотона менша за роботу виходу, то електрони з металу не вилітатимуть.

Рівняння Ейнштейна

Застосування фотоефекту: створено звукову кіно, створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленням вулиць, рахують готову продукцію та інші; перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів. Промисловість виготовляє фотоелементи двох типів – вакуумні та напівпровідники.

 

40. Лазери(квантові генератори)

Ла́зер — пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання при фокусуванні (108 Вт/см² для високоенергетичних лазерів).Також він називається – квантовим генератором.. Будова лазера: Активне середовище(серце лазера), система накачки(джерело енергії), оптичний резонатор (система дзеркал). Види лазерів: Рубіновий(працює в імпульсному режимі), неперервної дії, газові лазери(робоча речовина є газ, її атоми збуджуються електричним розрядом), напівпровідникові лазери безперервної дії, газодинамічні лазери неперервної дії на сотні кіловатів. Робота лазера: Збуджений атом може мимовільно (спонтанно) перейти на один з нижчих рівнів енергії, випромінивши при цьому квант світла. Світлові хвилі, випромінювані нагрітими тілами, формуються саме в результаті таких спонтанних переходів атомів і молекул. Спонтанне випромінювання різних атомів некогерентне. Однак, крім спонтанного випромінювання, існують випромінювальні акти іншого роду.

 

 

41. Історія вивчення атома. Ядерна модель атома. Квантові постулати Н.Бора

Історія: Перше явище з області ядерної фізики було відкрите в 1896 р. Анрі Беккерелем. Це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в мимовільному випусканні невидимого проміння, здатного викликати іонізацію повітря і почорніння фотоемульсій. Через два роки П'єр Кюрі і Марія Склодовска-Кюрі відкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони раз сильніша радіоактивності урану і торію. Ядерна природа радіоактивності стала зрозуміла Резерфорду після того, як в 1911 він запропонував планетарну модель атома і встановив, що радіоактивні випромінювання виникають в результаті процесів, що відбуваються всередині атомного ядра. Ядерна модель атома: Маса електрона є приблизно в 2000 разів меншою за масу одного з найлегших атомів - атома водню - і дорівнює m_e = 9,1·10^-31 кг. Виходячи з цих даних, Томсон запропонував модель атома, згідно якою атом є зарядженою кулею радіусом R 10 ^-8 см, всередині якої знаходяться електрони. Більш складні атоми в додатно зарядженій кулі мають декілька електронів. Таким чином, атом подібний пиріжка, роль родзинок при цьому відіграють електрони. Однак модель атома Томсона виявилась повністю відмінною від моделі, яку запропонував Резерфорд у результаті своїх досліджень. Резерфорд 1906 року запропонував модель, згідно з якою будова атома дуже схожа на будову сонячної системи..Він зондував атоми золота швидкорухомими ядрами гелію (a частинками).І назвав планетарною моделлю атома.

Квантові поступали:

1) В атомі існують стаціонарні орбіти, рух електронів по яких не супроводжується зміною енергії

2) При переході електрона з однією такої орбіти на іншу його енергію змінюється стрибком.

Переходи електронів з ближніх орбіт на віддалені- результат поглинання фотонів, а при зворотніх переходах відбувається випускання фотонів.

42. Випромінювання та поглинання атомами. Атомні та молекулярні спектри. Випромінювання та поглинання атомами:Виходячи з постулатів Бора, можна пояснити процес поглинання і випромінювання енергії атомами. Якщо атом поглинає енергію, то при цьому він переходить у збуджений стан. Його електрон може підніматися на вищу орбіту. Якщо існують вакансії для електрона ближче до ядра, то з часом електрон займає їх, переходячи на більш низький енергетичний рівень. Енергія, яка при цьому вивільняється, випромінюється атомом у вигляді кванта світла. Атомні та молекулярні спектри: 1)А́томні спе́ктри — оптичні спектри, що утворюються при випромінюванні атомарної пари або газу. На відміну від суцільних спектрів твердих та рідких тіл і смугастих молекулярних спектрів атомні спектри складаються з окремих ліній, тобто є лінійчатими.Випромінювання атомів зумовлене переходами атомів із стану з більшою енергією E2 у стан з меншою енергією E1.Частота випромінювання ν визначається з формули hν = E2— E1, де h — стала Планка. 2) Молекулярні спектри - спектри поглинання, випущення або розсіювання, що виникають при квантових переходах молекул з одного енергетичних. стану в інший. M. с. визначаються складом молекули, її структурою, характером хім. зв'язку та взаємодією з зовн. полями (і, отже, з оточуючими її атомами і молекулами). Наїб. характерними виходять M. с. розріджених молекулярних газів, коли відсутня розширення спектральних ліній тиском: такий спектр складається з вузьких ліній з доп-леровской шириною.

43. Спектральний аналіз та його застосування. Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дис­персії світла. Традиційно розмежовують: атомарний та молекулярний спектральний аналіз,«емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання, «мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів. Най­важливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випроміню­вання. Дістати найцінніші й найрізноманітніші відомості про тіла дає змогу спектральний аналіз їхнього випромінювання. За допо­могою цього методу можна встановити якісний і кількісний хіміч­ний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого. Вивчення спектрів дає змогу аналізувати хімічний склад га­зів, що випромінюють або поглинають світло. Кількість атомів або молекул, які випромінюють чи поглинають енергію, визначає­ться інтенсивністю ліній. Чим помітніша лінія певного елемента у спектрі випромінювання або поглинання, тим більше таких ато­мів (молекул) на шляху променя світла.

 

44. Рентгенівське випромінювання. Рентге́нівське випромі́нювання, пулюївське випромінювання або Х— короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10 нм до 0.01 нм. В електромагнітному спектрі діапазон частот рентгенівського випромінювання лежить між ультрафіолетом та гамма-променями. Рентгенівське випромінювання виникає від різкого гальмування руху швидких електронів у речовині, при енергетичних переходах внутрішніх електронів атома. Воно використовується у науці, техніці, медицині. Рентгенівське випромінювання змінює деякі характеристики гірських порід, наприклад, підвищує їх електропровідність. Короткочасне опромінення кристалів кам’яної солі знижує їхнє внутрішнє тертя. Характеристичне випромінювання виникає в тому випадку, коли внаслідок зіткнення зі швидким електроном, один із внутрішніх електронів покидає атом. Переходячи на незайняту орбіту, зовнішній електрон випромінює в рентгенівській області спектру, й частота цього випромінювання залежить від типу атома й тих орбіталей, між якими відбувається перехід.

,

де ν — частота, а h — стала Планка.

Частоти E_i визначені для кожного хімічного елемента й не залежать від типу хімічних зв'язків, утворених атомом, бо в утворенні хімічних зв'язків беруть участь лише зовнішні електрони.

Ці факти лежать в основі рентгенівського аналізу хімічного складу речовин.

45. Атомне ядро. Протонно-нейтронна модель ядерного ядра. Ядерні сили. Енергії зв*язку атомного ядра. Ядро́ — центральна частина атома. В ядрі зосереджені позитивний електричний заряд та основна частина маси атома. Ядра всіх атомів складаються з протонів і нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, з яких лише протони несуть електричний заряд. Повне число протонів називаєтся атомним номером Z атома і збігається з числом електронів в нейтральному атомі. Протони і нейтрони, їх ще називають нуклонами, утримуються разом дуже великими силами. За своєю природою ці сили не можуть бути ні електричними, ні гравітаційними, а за величиною вони на багато порядків перевищують сили, які пов'язують електрони з ядром. Ця взаємодія отримала назву сильної взаємодії. Протонно-нейтронная модель ядра атома - модель атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Число протонов равно зарядовому числу, а общее число нейтронов таково, что общее число нуклонов равно массовому числу. Массовое число = Зарядовое число + Число нейтронов. Ядерні сили - вони складаються з двох видів нуклонів: протонів і нейтронів. Тим нуклонами діють величезні сили тяжіння, так звані ядерні. Ці сили неймовірно великі, однак діють вони не зовсім невеликих відстанях - тільки всередині ядра між безпосередньо сусідять нуклонами. Ядерні сили завжди породжують тяжіння - між нейтронами і протонами і навіть позитивно зарядженими протонами. Енергія зв'язку ядра атома — це та мінімальна енергія, яку треба затратити, щоб роз'єднати ядро на окремі нуклони, що входять до його складу. Природно, що енергія зв'язку різних ядер може бути різною. Проте якщо віднести її до числа нуклонів, то спостерігається певна іалежність питомої енергії зв'язку нуклона в ядрі від масового числа атома А.

46. Класифікація елементарних частинок. Кварки. Космічне випромінювання. За величиною спіну всі елементарні частинки поділяють на два класи: ферміони — частинки з напівцілим спіном; бозони — частинки з цілим спином.За видами взаємодій елементарні частинки поділяють на такі групи: адрони — частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, у свою чергу, на: мезони; баріони.До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, — протон і нейтрон. лептони — ферміони, які мають вид точкових частинок аж до масштабів порядку 10−18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів і не спостерігалася для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів. кварки — дробовозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, діляться на 6 типів і є безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії. калібрувальні бозони — частинки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії: фотон — частинка, що переносить електромагнітну взаємодію; вісім глюонів — частинок, що переносять сильну взаємодію; три проміжні векторні бозони W+, W- і Z0, що переносять слабку взаємодію;гравітон — частинка, що переносить гравітаційну взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено експериментально, у зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком імовірним. Кварки (від англ. quark - квак, кряк) — фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів (їх прийнято називати «ароматами») кварків: d,u,s,c,b і t. Кварки мають спін 1/2ħ де ħ - зведена стала Планка, та дробовий електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів (ще одне квантове число, подібно до спіну чи аромату). Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка - антикварк.Процес взаємодії ядер первинного космічного випромінювання з атмосферою супроводжується виникненням нейтронів. Потік нейтронів, що йде від Землі (нейтрони альбедо), безперешкодно проходить крізь магнітне поле Землі. Оскільки нейтрони нестабільні (середній час розпаду приблизно 900 с), частина з них розпадається в зонах, недоступних для заряджених частинок малих енергій. Таким чином, продукти розпаду нейтронів (протони й електрони) народжуються прямо в зонах захоплення. Залежно від енергії та пітч-кутів ці протони й електрони можуть або виявитися захопленими, або покинути цю область

48.Ланцюгова реакція. Поділ ядер урану. Ланцюгова реакція — реакція, продукти якої, своєю чергою, вступають у взаємодію з початковими продуктами. Це хімічні і ядерні реакції, у яких поява проміжної активної частки (радикала, атома або збудженої молекули — у хімічних, нейтрона — у ядерних процесах) викликає велику кількість (ланцюг) перетворень початкових молекул або ядер внаслідок регенерації активної частки в кожному елементарному акті реакції (у кожній ланці). У ядерній фізиці ланцюгові реакції виникають під час поділу ядра, зумовленому нейтроном. Поділ відбувається з вивільненням кількох, здебільшого 2-3 нейтронів, які в свою чергу можуть ініціювати поділ інших ядер. Ймовірність захоплення ядром нейтронів залежить від їхньої швидкості, тому для підтримання ланцюгової реакції нейтрони необхідно сповільнювати. Поділ ядер урану. Поглинувши нейтрон, ядро Урану видовжується, розпадається на два фрагменти(осколки, дочірні ядра), які випромінюють на 2 або 3 нейтрони. Деякі з них у свою чергу ділять інші ядра Урану і т.д(розв. Ланцюгова реакція). Приклади використання: атомні електростанція, двигуни криголамів і підводних човнів).

49. Ядерна енергетика. Термоядерний синтез. Я́дерна енерге́тика (атомна енергетика) — галузь енергетики, що використовує ядерну енергію для електрифікації і теплофікації; область науки і техніки, що розробляє методи і засоби перетворення ядерної енергії в електричну і теплову. Основа ядерної енергетики — атомні електростанції, які забезпечують близько 6 % світового виробництва енергії та 13-14 % електроенергії. Виробничий цикл ядерної енергетики включає в себе видобуток урану, його збагачення, виробництво тепловидільних елементів, їх використання в ядерному реакторі, переробку відпрацьованих елементів і захоронення. Термоядерний синтез. Реакція синтезу ядер із більш легких, оскільки для злиття ядер вихідні речовини треба нагріти настільки, щоб кінетична енергія ядер перевищувала енергію відштовхування їх протонів. Рекція синтезу- джерело енергії Сонця та іших зірок.

50. Радіоактивність. Види радіоактивного випромінювання. Отримання та застосування радіонуклідів. Дозиметрія. Радіоактивність - мимовільне (спонтанне) перетворення нестійкого ізотопу хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай - ізотоп іншого елемента). Сутність явища Р. полягає в мимовільному зміну складу атомного ядра, що знаходиться в основному стані або в збудженому довгоживучі (метастабільному) стані. Такі перетворення супроводжуються випусканням ядрами елементарних частинок або інших ядер, наприклад ядер 2He (a-частинок). Всі відомі типи радіоактивних перетворень є наслідком фундаментальних взаємодій мікросвіту: сильних взаємодій (ядерні сили) або слабких взаємодій. Під час ядерного вибуху утворюється велика кількість радіоактивних речовин, ядра атомів яких здатні розпадатись і перетворюватись у ядра інших елементів, випускаючи при цьому невидимі випромінювання. Вони уражають місцевість і людей, а також будівлі і різні предмети. Випромінювання радіоактивних речовин може бути трьох видів: a, b і g. g-промені: електро-магнітні хвилі, аналогічні рентгенівським. Здатні проникати через різноманітні матеріали. Становлять основну небезпеку для людей, бо іонізують клітини організму. b-промен і: потік електронів. Швидкість їх руху інколи досігає швидкості світла. Проникаюча здатність менша, ніж у g-променів, але іонізуюча дія у сотні разів більша. a-промені: потік ядер атомів гелію, характеризується дуже високою іонізуючою дією, і тому дуже небезпечні у разі проникнення всередину організму. Область розповсюдження у повітрі – 10 см, тому одяг та засоби індивідуального захисту їх повністю затримують. Радіонукліди утворюються в природних умовах, але також можуть бути отримані штучно при бомбардуванні стабільного елемента нейтронами в ядерному реакторі. Вони використовуються в атомній енергетиці, промисловості, медицині, сільському господарстві і грають важливу роль в дослідженнях з фізики, хімії та біології. Проте, вони можуть представляти собою значну небезпеку через руйнівний вплив іонізуючого випромінювання на живі організми. Дозиметрія - розділ прикладної ядерної фізики, в к-ром розглядаються фіз. величини, що характеризують розподіл іонізуючого випромінювання (його поле) і його взаємодію з речовиною, к-які можуть бути зіставлені з величиною радиац - індукованого ефекту в речовині. Таке зіставлення необхідно як для передбачення наслідків опромінення в об'єктах живої та неживої природи, так і для дослідження процесів, к-які призводять до цих наслідків.