Kinematyka. Punkt materialny i absolutnie sztywny korpus. Kinematyka punktu materialnego i ruch postępowy ciała sztywnego. Trajektoria, ścieżka, ruch, prędkość, przyspieszenie. ruch mechaniczny. Trajektoria punktu materialnego 1 punktu materialnego

Uwzględnia się ruch mechaniczny punkt materialny i dla ciało stałe.

Ruch punktu materialnego

ruch translacyjny ciała absolutnie sztywnego jest ruchem mechanicznym, podczas którego dowolny odcinek linii związany z tym ciałem jest zawsze równoległy do ​​siebie w dowolnym momencie.

Jeśli połączysz w myślach dowolne dwa punkty sztywnego ciała linią prostą, to powstały segment zawsze będzie do siebie równoległy w procesie ruchu translacyjnego.

W ruchu translacyjnym wszystkie punkty ciała poruszają się w ten sam sposób. Oznacza to, że pokonują tę samą odległość w tych samych odstępach czasu i poruszają się w tym samym kierunku.

Przykłady ruchu translacyjnego: ruch windy, kubki wagi mechanicznej, zjazd sań, pedały rowerowe, platforma kolejowa, tłoki silnika względem cylindrów.

ruch obrotowy

W ruchu obrotowym wszystkie punkty ciała fizycznego poruszają się po okręgu. Wszystkie te kręgi leżą w płaszczyznach równoległych do siebie. A środki obrotu wszystkich punktów znajdują się na jednej ustalonej linii prostej, która nazywa się oś obrotu. Okręgi opisane przez punkty leżą na równoległych płaszczyznach. A te płaszczyzny są prostopadłe do osi obrotu.

Ruch obrotowy jest bardzo powszechny. Zatem ruch punktów na obręczy koła jest przykładem ruchu obrotowego. Ruch obrotowy opisuje śmigło wentylatora itp.

Ruch obrotowy charakteryzują następujące wielkości fizyczne: prędkość kątowa obrotu, okres obrotu, częstotliwość obrotu, prędkość liniowa punktu.

prędkość kątowa ciało o równomiernym obrocie nazywamy wartością równą stosunkowi kąta obrotu do przedziału czasu, w którym nastąpił ten obrót.

Czas, jaki zajmuje ciału wykonanie jednego obrotu, nazywa się okres rotacji (T).

Nazywa się liczbę obrotów, jakie ciało wykonuje w jednostce czasu prędkość (f).

Częstotliwość rotacji i okres są powiązane zależnością T = 1/f.

Jeżeli punkt znajduje się w odległości R od środka obrotu, to jego prędkość liniową określa wzór:

Pojęcie punktu materialnego. Trajektoria. Ścieżka i ruch. System odniesienia. Prędkość i przyspieszenie w ruchu krzywoliniowym. Przyspieszenia normalne i styczne. Klasyfikacja ruchów mechanicznych.

Temat mechaniki . Mechanika to dział fizyki poświęcony badaniu praw najprostszej formy ruchu materii - ruchu mechanicznego.

Mechanika składa się z trzech podrozdziałów: kinematyki, dynamiki i statyki.

Kinematyka bada ruch ciał bez uwzględniania przyczyn, które go powodują. Działa z takimi wielkościami jak przemieszczenie, przebyta odległość, czas, prędkość i przyspieszenie.

Dynamika bada prawa i przyczyny, które powodują ruch ciał, tj. bada ruch ciał materialnych pod wpływem przyłożonych do nich sił. Do wielkości kinematycznych dodawane są wielkości - siła i masa.

Wstatyczny zbadać warunki równowagi dla układu ciał.

Ruch mechaniczny ciało to zmiana jego położenia w przestrzeni w stosunku do innych ciał w czasie.

Punkt materialny - ciało, którego wielkość i kształt można pominąć w danych warunkach ruchu, biorąc pod uwagę masę ciała skupioną w danym punkcie. Model punktu materialnego jest najprostszym modelem ruchu ciała w fizyce. Ciało można uznać za punkt materialny, gdy jego wymiary są znacznie mniejsze niż charakterystyczne odległości w zadaniu.

Aby opisać ruch mechaniczny, konieczne jest wskazanie ciała, względem którego ruch jest rozważany. Dowolnie wybrane ciało nieruchome, w stosunku do którego rozpatrywany jest ruch tego ciała, nazywa się ciało odniesienia .

System odniesienia - ciało odniesienia wraz z układem współrzędnych i powiązanym z nim zegarem.

Rozważ ruch punktu materialnego M w prostokątnym układzie współrzędnych, umieszczając początek w punkcie O.

Położenie punktu M względem układu odniesienia można ustalić nie tylko za pomocą trzech współrzędnych kartezjańskich, ale także za pomocą jednej wielkości wektorowej - wektora promienia punktu M narysowanego do tego punktu od początku układ współrzędnych (ryc. 1.1). Jeżeli są wektorami jednostkowymi (ortami) osi prostokątnego kartezjańskiego układu współrzędnych, to

lub zależność od czasu wektora promienia tego punktu

Nazywa się trzy równania skalarne (1.2) lub jedno równanie wektorowe (1.3) równoważne im kinematyczne równania ruchu punktu materialnego .

trajektoria punkt materialny to linia opisana w przestrzeni przez ten punkt podczas jej ruchu (miejsce położenia końców wektora promienia cząstki). W zależności od kształtu trajektorii rozróżnia się ruchy prostoliniowe i krzywoliniowe punktu. Jeśli wszystkie części trajektorii punktu leżą na tej samej płaszczyźnie, wówczas ruch punktu nazywa się płaskim.

Równania (1.2) i (1.3) definiują trajektorię punktu w tzw. postaci parametrycznej. Rolę parametru odgrywa czas t. Rozwiązując te równania łącznie i wyłączając z nich czas t, znajdujemy równanie trajektorii.

długa droga punkt materialny to suma długości wszystkich odcinków trajektorii przebytych przez punkt w rozpatrywanym okresie czasu.

Wektor przemieszczenia punkt materialny to wektor łączący początkową i końcową pozycję punktu materialnego, tj. przyrost promienia-wektora punktu dla rozważanego przedziału czasu

Przy ruchu prostoliniowym wektor przemieszczenia pokrywa się z odpowiednim odcinkiem trajektorii. Z faktu, że przemieszczenie jest wektorem, wynika, potwierdzone doświadczeniem, prawo niezależności ruchów: if punkt materialny uczestniczy w kilku ruchach, wówczas wynikowe przemieszczenie punktu jest równe sumie wektorowej jego przemieszczeń wykonywanych przez niego w tym samym czasie w każdym z ruchów oddzielnie

Aby scharakteryzować ruch punktu materialnego, wprowadza się wektorową wielkość fizyczną - prędkość , wielkość, która określa zarówno prędkość ruchu, jak i kierunek ruchu w danym momencie.

Niech punkt materialny porusza się po trajektorii krzywoliniowej MN tak, aby w chwili t znajdował się w punkcie M, aw czasie w punkcie N. Wektory promieni odpowiednio punktów M i N są równe, a długość łuku MN wynosi (Rys. 1.3 ).

Wektor średniej prędkości punkty w przedziale czasowym od t zanim t+Δ t nazywamy stosunkiem przyrostu promienia-wektora punktu w tym okresie czasu do jego wartości:

Wektor średniej prędkości jest skierowany w taki sam sposób jak wektor przemieszczenia, tj. wzdłuż akordu MN.

Prędkość chwilowa lub prędkość w danym czasie . Jeśli w wyrażeniu (1.5) przejdziemy do granicy, dążąc do zera, to otrzymamy wyrażenie na wektor prędkości m.t. w czasie t jego przejścia przez trajektorię t.M.

W procesie zmniejszania wartości punkt N zbliża się do t.M, a cięciwa MN obracając się wokół t.M, w granicy pokrywa się w kierunku ze styczną do trajektorii w punkcie M. Dlatego wektori szybkośćvruchomy punkt skierowany wzdłuż stycznej trajektorii w kierunku ruchu. Wektor prędkości v punktu materialnego można rozłożyć na trzy składowe skierowane wzdłuż osi prostokątnego kartezjańskiego układu współrzędnych.

Z porównania wyrażeń (1.7) i (1.8) wynika, że ​​rzuty prędkości punktu materialnego na osie prostokątnego kartezjańskiego układu współrzędnych są równe pierwszym pochodnym czasowym odpowiednich współrzędnych punktu:

Ruch, w którym kierunek prędkości punktu materialnego się nie zmienia, nazywamy ruchem prostoliniowym. Jeżeli wartość liczbowa prędkości chwilowej punktu pozostaje niezmieniona podczas ruchu, to taki ruch nazywamy jednostajnym.

Jeżeli w dowolnych równych odstępach czasu punkt pokonuje ścieżki o różnych długościach, to wartość liczbowa jego prędkości chwilowej zmienia się w czasie. Taki ruch nazywa się nierównym.

W tym przypadku często stosuje się wartość skalarną, zwaną średnią prędkością jazdy nierównomiernego ruchu na danym odcinku trajektorii. Jest on równy wartości liczbowej prędkości takiego ruchu jednostajnego, przy którym taki sam czas spędza się na przejściu ścieżki, jak przy danym ruchu nierównym:

Dlatego tylko w przypadku ruchu prostoliniowego ze stałą prędkością w kierunku, to w przypadku ogólnym:

Wartość drogi przebytej przez punkt można przedstawić graficznie za pomocą obszaru figury krzywej ograniczonej v = f (t), bezpośredni t = t 1 oraz t = t 1 a oś czasu na wykresie prędkości.

Prawo dodawania prędkości . Jeżeli punkt materialny uczestniczy jednocześnie w kilku ruchach, to wynikowe przemieszczenie, zgodnie z zasadą niezależności ruchu, jest równe sumie wektorowej (geometrycznej) przemieszczeń elementarnych spowodowanych każdym z tych ruchów z osobna:

Zgodnie z definicją (1.6):

Zatem prędkość powstałego ruchu jest równa geometrycznej sumie prędkości wszystkich ruchów, w których uczestniczy punkt materialny (przepis ten nazywa się prawem dodawania prędkości).

Gdy punkt się porusza, prędkość chwilowa może zmieniać się zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku. Przyśpieszenie charakteryzuje szybkość zmian modułu i kierunek wektora prędkości, tj. zmiana wielkości wektora prędkości na jednostkę czasu.

Średni wektor przyspieszenia . Stosunek przyrostu prędkości do przedziału czasu, w którym ten przyrost wystąpił, wyraża średnie przyspieszenie:

Wektor średniego przyspieszenia pokrywa się w kierunku z wektorem.

Przyspieszenie lub przyspieszenie chwilowe jest równy granicy średniego przyspieszenia, gdy przedział czasu dąży do zera:

W rzutach na odpowiednie współrzędne osi:

W ruchu prostoliniowym wektory prędkości i przyspieszenia pokrywają się z kierunkiem trajektorii. Rozważ ruch punktu materialnego wzdłuż krzywoliniowej trajektorii płaszczyzny. Wektor prędkości w dowolnym punkcie trajektorii jest do niego skierowany stycznie. Załóżmy, że w t.M trajektorii prędkość wynosiła , aw t.M 1 stała . Jednocześnie zakładamy, że odstęp czasu podczas przejścia punktu na drodze z M do M 1 jest tak mały, że można pominąć zmianę przyspieszenia w wielkości i kierunku. Aby znaleźć wektor zmiany prędkości , konieczne jest wyznaczenie różnicy wektorów:

Aby to zrobić, przesuwamy go równolegle do siebie, wyrównując jego początek z punktem M. Różnica dwóch wektorów jest równa wektorowi łączącemu ich końce jest równe boku AC MAC, zbudowanego na wektorach prędkości, jak na strony. Rozkładamy wektor na dwie składowe AB i AD oraz odpowiednio obie przez i . Zatem wektor zmiany prędkości jest równy sumie wektorowej dwóch wektorów:

Zatem przyspieszenie punktu materialnego można przedstawić jako sumę wektorów przyspieszeń normalnych i stycznych tego punktu

Zgodnie z definicją:

gdzie - prędkość względem ziemi wzdłuż trajektorii, pokrywająca się z bezwzględną wartością prędkości chwilowej w danej chwili. Wektor przyspieszenia stycznego jest skierowany stycznie do trajektorii ciała.

Ruch mechaniczny ciała to zmiana jego położenia w przestrzeni względem innych ciał w czasie. Zajmuje się badaniem ruchu ciał mechanika. Ruch ciała absolutnie sztywnego (nie odkształcającego się podczas ruchu i interakcji), w którym wszystkie jego punkty w danej chwili poruszają się w ten sam sposób, nazywamy ruchem translacyjnym, do jego opisu konieczne i wystarczające jest opisanie ruch jednego punktu ciała. Ruch, w którym trajektorie wszystkich punktów ciała są okręgami o środku jednej prostej, a wszystkie płaszczyzny okręgów są prostopadłe do tej prostej, nazywamy ruchem obrotowym. Ciało, którego kształt i wymiary można pominąć w danych warunkach nazywamy punktem materialnym. To jest zaniedbanie

Dopuszcza się dokonanie redukcji, gdy wymiary ciała są małe w stosunku do przebytej odległości lub odległości danego ciała od innych ciał. Aby opisać ruch ciała, w każdej chwili musisz znać jego współrzędne. To jest główne zadanie mechaniki.

2. Względność ruchu. System odniesienia. Jednostki.

Aby określić współrzędne punktu materialnego, konieczne jest wybranie obiektu odniesienia i skojarzenie z nim układu współrzędnych oraz ustalenie początku odniesienia czasu. Układ współrzędnych i wskazanie początku odniesienia czasu tworzą układ odniesienia, względem którego rozpatrywany jest ruch ciała. System musi poruszać się ze stałą prędkością (lub znajdować się w spoczynku, co ogólnie oznacza to samo). Trajektoria ciała, przebyta odległość i przemieszczenie zależą od wyboru układu odniesienia, tj. ruch mechaniczny jest względny. Jednostką długości jest metr, czyli odległość przebyta przez światło w próżni w sekundach. Sekunda to jednostka czasu równa okresom promieniowania atomu cezu-133.

3. Trajektoria. Ścieżka i ruch. Natychmiastowa prędkość.

Trajektoria ciała to linia opisana w przestrzeni przez poruszający się punkt materialny. Ścieżka — długość odcinka trajektorii od początkowego do końcowego przemieszczenia punktu materialnego. Wektor promieniowy - wektor łączący początek i punkt w przestrzeni. Przemieszczenie to wektor, który łączy punkt początkowy i końcowy odcinka trajektorii przebytej w czasie. Prędkość- wielkość fizyczna, który charakteryzuje prędkość i kierunek ruchu w danym momencie. Średnia prędkość jest zdefiniowana jako. Średnia prędkość jazdy jest równa stosunkowi drogi przebytej przez ciało w czasie do tego przedziału. . Prędkość chwilowa (wektor) jest pierwszą pochodną wektora promienia poruszającego się punktu. . Prędkość chwilowa jest skierowana stycznie do trajektorii, prędkość średnia jest skierowana wzdłuż siecznej. Chwilowa prędkość względem ziemi (skalarna) - pierwsza pochodna toru względem czasu, równa pod względem wielkości prędkości chwilowej

4. Mundur ruch prostoliniowy. Wykresy zależności wielkości kinematycznych od czasu w ruchu jednostajnym. Dodawanie prędkości.

Ruch ze stałą prędkością modulo i kierunkową nazywamy ruchem jednostajnym prostoliniowym. W jednostajnym ruchu prostoliniowym ciało pokonuje równe odległości w dowolnych równych odstępach czasu. Jeśli prędkość jest stała, przebytą odległość oblicza się jako. Klasyczne prawo dodawania prędkości jest sformułowane w następujący sposób: prędkość ruchu punktu materialnego względem układu odniesienia, przyjęta jako stała, jest równa sumie wektorowej prędkości punktu w poruszającym się układzie i prędkość ruchu system mobilny stosunkowo nieruchomy.

5. Przyspieszenie. Ruch prostoliniowy jednostajnie przyspieszony. Wykresy zależności wielkości kinematycznych od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym.

Ruch, w którym ciało wykonuje nierówne ruchy w równych odstępach czasu, nazywany jest ruchem nierównomiernym. Przy nierównomiernym ruchu translacyjnym prędkość ciała zmienia się w czasie. Przyspieszenie (wektor) to wielkość fizyczna charakteryzująca szybkość zmiany prędkości w wartości bezwzględnej i kierunku. Przyspieszenie chwilowe (wektorowe) - pierwsza pochodna prędkości względem czasu. Jednostajnie przyspieszony to ruch z przyspieszeniem, o stałej wielkości i kierunku. Prędkość podczas ruchu jednostajnie przyspieszonego oblicza się jako.

Stąd wzór na tor z ruchem jednostajnie przyspieszonym jest wyprowadzany jako

Obowiązują również wzory wyprowadzone z równań prędkości i drogi dla ruchu jednostajnie przyspieszonego.

6. Swobodny spadek ciał. Przyśpieszenie grawitacyjne.

Upadek ciała to jego ruch w polu grawitacyjnym (???) . Upadek ciał w próżni nazywany jest upadkiem swobodnym. Udowodniono eksperymentalnie, że ciała podczas swobodnego spadania poruszają się w ten sam sposób, niezależnie od ich cech fizycznych. Przyspieszenie, z jakim ciała spadają na Ziemię w próżni nazywamy przyspieszeniem swobodnego spadania i oznaczamy

7. Ruch równomierny po okręgu. Przyspieszenie podczas ruchu jednostajnego ciała po okręgu (przyspieszenie dośrodkowe)

Każdy ruch na wystarczająco małym odcinku trajektorii można w przybliżeniu uznać za ruch jednostajny po okręgu. W procesie ruchu jednostajnego po okręgu wartość prędkości pozostaje stała, a kierunek wektora prędkości zmienia się.<рисунок>.. Wektor przyspieszenia podczas poruszania się po okręgu jest skierowany prostopadle do wektora prędkości (stycznie skierowany), do środka okręgu. Przedział czasu, w którym ciało wykonuje pełny obrót w kółko, nazywa się okresem. . Odwrotność okresu, pokazująca liczbę obrotów na jednostkę czasu, nazywa się częstotliwością. Stosując te formuły, możemy wywnioskować, że , lub . Prędkość kątowa (prędkość obrotowa) jest zdefiniowana jako . Prędkość kątowa wszystkich punktów ciała jest taka sama i charakteryzuje ruch wirującego ciała jako całości. W tym przypadku prędkość liniowa ciała jest wyrażona jako , a przyspieszenie - jako .

Zasada niezależności ruchów traktuje ruch dowolnego punktu ciała jako sumę dwóch ruchów - translacyjnego i obrotowego.

8. Pierwsze prawo Newtona. Inercyjny układ odniesienia.

Zjawisko utrzymywania prędkości ciała przy braku wpływów zewnętrznych nazywa się bezwładnością. Pierwsze prawo Newtona, znane również jako prawo bezwładności, mówi: „Istnieją takie układy odniesienia, względem których progresywnie poruszające się ciała utrzymują stałą prędkość, jeśli żadne inne ciała na nie nie działają”. Układy odniesienia, względem których ciała przy braku wpływów zewnętrznych poruszają się po linii prostej i jednostajnie, nazywamy inercjalnymi układami odniesienia. Układy odniesienia związane z ziemią są uważane za bezwładnościowe, pod warunkiem, że pomija się obrót ziemi.

9. Msza św. Wytrzymałość. Drugie prawo Newtona. Skład sił. Środek ciężkości.

Powodem zmiany prędkości ciała jest zawsze jego interakcja z innymi ciałami. Kiedy dwa ciała wchodzą w interakcję, prędkości zawsze się zmieniają, tj. akceleratory są nabywane. Stosunek przyspieszeń dwóch ciał jest taki sam dla każdej interakcji. Właściwość ciała, od której zależy jego przyspieszenie podczas interakcji z innymi ciałami, nazywa się bezwładnością. Ilościową miarą bezwładności jest masa ciała. Stosunek mas oddziałujących ciał jest równy odwrotnemu stosunkowi modułów przyspieszenia. Drugie prawo Newtona ustala związek między kinematyczną charakterystyką ruchu – przyspieszenie, a dynamiczną charakterystyką oddziaływania – siły. , a dokładniej , tj. szybkość zmiany pędu punktu materialnego jest równa działającej na niego sile. Przy jednoczesnym działaniu kilku sił na jedno ciało, ciało porusza się z przyspieszeniem, które jest sumą wektorów przyspieszeń, które powstałyby pod wpływem każdej z tych sił z osobna. Siły działające na ciało, przyłożone do jednego punktu, dodaje się zgodnie z zasadą dodawania wektorów. Przepis ten nazywany jest zasadą samodzielności działania sił. Środek masy to taki punkt bryły sztywnej lub układu ciał sztywnych, który porusza się w taki sam sposób jak punkt materialny o masie równej sumie mas całego układu jako całości, na który oddziałuje taka sama siła wypadkowa jak ciało. . Całkując to wyrażenie w czasie, można otrzymać wyrażenia na współrzędne środka masy. Środek ciężkości jest punktem przyłożenia wypadkowej wszystkich sił grawitacyjnych działających na cząstki tego ciała w dowolnym położeniu w przestrzeni. Jeżeli wymiary liniowe ciała są małe w porównaniu z wielkością Ziemi, to środek masy pokrywa się ze środkiem ciężkości. Suma momentów wszystkich elementarnych sił grawitacyjnych wokół dowolnej osi przechodzącej przez środek ciężkości jest równa zeru.

10. Trzecie prawo Newtona.

W każdej interakcji dwóch ciał stosunek modułów uzyskanych przyspieszeń jest stały i równy odwrotnemu stosunkowi mas. Dlatego kiedy ciała oddziałują, wektory przyspieszenia mają przeciwny kierunek, możemy napisać, że . Zgodnie z drugim prawem Newtona siła działająca na pierwsze ciało wynosi , a na drugie. W ten sposób, . Trzecie prawo Newtona dotyczy sił, z którymi ciała oddziałują na siebie. Jeśli dwa ciała oddziałują na siebie, to siły powstające między nimi są przykładane do różnych ciał, są równe co do wielkości, przeciwnie skierowane, działają wzdłuż tej samej linii prostej i mają tę samą naturę.

11. Siły sprężystości. Prawo Hooke'a.

Siła wynikająca z deformacji ciała i skierowana w kierunku przeciwnym do ruchu cząstek ciała podczas tej deformacji nazywana jest siłą sprężystości. Eksperymenty z prętem wykazały, że dla małych odkształceń w stosunku do wymiarów ciała, moduł siły sprężystości jest wprost proporcjonalny do modułu wektora przemieszczenia wolnego końca pręta, który w rzucie wygląda jak . To połączenie ustalił R. Hooke, jego prawo jest sformułowane w następujący sposób: siła sprężystości powstająca w wyniku odkształcenia ciała jest proporcjonalna do wydłużenia ciała w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu cząstek ciała podczas odkształcenie. Współczynnik k zwany sztywnością ciała i zależy od kształtu i materiału ciała. Wyrażana jest w niutonach na metr. Siły sprężyste wynikają z oddziaływań elektromagnetycznych.

12. Siły tarcia, współczynnik tarcia ślizgowego. Tarcie lepkie (???)

Siła powstająca na granicy wzajemnego oddziaływania ciał przy braku ruchu względnego ciał nazywana jest siłą tarcia statycznego. Siła tarcia statycznego jest równa w wartości bezwzględnej sile zewnętrznej skierowanej stycznie do powierzchni styku ciał i przeciwnie do niej w kierunku. Gdy jedno ciało porusza się jednostajnie po powierzchni drugiego, pod wpływem siły zewnętrznej, na ciało działa siła o wartości bezwzględnej równej sile napędowej i przeciwna. Siła ta nazywana jest siłą tarcia ślizgowego. Wektor siły tarcia ślizgowego jest skierowany przeciwko wektorowi prędkości, więc siła ta zawsze prowadzi do zmniejszenia prędkość względna ciało. Siły tarcia, a także siła sprężystości mają charakter elektromagnetyczny i powstają w wyniku oddziaływania między ładunkami elektrycznymi atomów stykających się ciał. Eksperymentalnie ustalono, że maksymalna wartość modułu siły tarcia statycznego jest proporcjonalna do siły nacisku. Również maksymalna wartość siły tarcia statycznego i siły tarcia ślizgowego są w przybliżeniu równe, podobnie jak współczynniki proporcjonalności między siłami tarcia a naciskiem ciała na powierzchnię.

13. Siły grawitacyjne. Prawo powszechnego ciążenia. Powaga. Masy ciała.

Z faktu, że ciała, niezależnie od ich masy, spadają z tym samym przyspieszeniem wynika, że ​​działająca na nie siła jest proporcjonalna do masy ciała. Ta siła przyciągania działająca na wszystkie ciała od strony Ziemi nazywana jest grawitacją. Siła grawitacji działa w dowolnej odległości między ciałami. Wszystkie ciała są przyciągane do siebie, siła powszechnego ciążenia jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Wektory sił ciążenia powszechnego skierowane są wzdłuż linii prostej łączącej środki mas ciał. , G – stała grawitacyjna równa . Ciężar ciała to siła, z jaką ciało pod wpływem grawitacji działa na podporę lub rozciąga zawieszenie. Ciężar ciała jest równy w wartości bezwzględnej i przeciwny w kierunku siły sprężystości podpory zgodnie z trzecim prawem Newtona. Zgodnie z drugim prawem Newtona, jeśli na ciało nie działa żadna inna siła, to siła grawitacji ciała jest równoważona siłą sprężystości. W rezultacie ciężar ciała na stałym lub równomiernie poruszającym się wsporniku poziomym jest równy sile grawitacji. Jeśli podpora porusza się z przyspieszeniem, to zgodnie z drugim prawem Newtona , z którego pochodzi. Oznacza to, że ciężar ciała, którego kierunek przyspieszenia pokrywa się z kierunkiem przyspieszenia swobodnego spadania, jest mniejszy niż ciężar ciała w spoczynku.

14. Ruch ciała pod wpływem grawitacji wzdłuż pionu. Ruch drogowy sztuczne satelity. Nieważkość. Pierwsza kosmiczna prędkość.

Podczas rzucania ciałem równolegle do powierzchni ziemi zasięg lotu będzie tym większy, im więcej prędkość początkowa. Przy dużych prędkościach konieczne jest również uwzględnienie kulistości ziemi, co znajduje odzwierciedlenie w zmianie kierunku wektora grawitacji. Przy określonej wartości prędkości ciało może poruszać się wokół Ziemi pod wpływem uniwersalnej siły grawitacji. Prędkość tę, zwaną pierwszą prędkością kosmiczną, można wyznaczyć z równania ruchu ciała po okręgu. Z drugiej strony z drugiego prawa Newtona i prawa powszechnego ciążenia wynika to. Tak więc na odległość R od centrum ciało niebieskie waga M pierwsza kosmiczna prędkość jest równa. Kiedy zmienia się prędkość ciała, kształt jego orbity zmienia się z koła w elipsę. Po osiągnięciu drugiej prędkości kosmicznej, równej orbicie, staje się paraboliczna.

15. Pęd ciała. Prawo zachowania pędu. Napęd odrzutowy.

Zgodnie z drugim prawem Newtona, niezależnie od tego, czy ciało było w spoczynku, czy poruszało się, zmiana jego prędkości może nastąpić tylko podczas interakcji z innymi ciałami. Jeśli na ciele masy m po raz t działa siła i prędkość jej ruchu zmienia się z na , wtedy przyspieszenie ciała jest równe . Na podstawie drugiego prawa Newtona siłę można zapisać jako . Wielkość fizyczna, równy produktowi siła na czas jej działania nazywana jest impulsem siły. Impuls siły pokazuje, że istnieje wielkość, która zmienia się jednakowo dla wszystkich ciał pod wpływem tych samych sił, jeśli czas trwania siły jest taki sam. Ta wartość, równa iloczynowi masy ciała i prędkości jego ruchu, nazywana jest pędem ciała. Zmiana pędu ciała jest równa pędowi siły, która spowodowała tę zmianę.Weźmy dwa ciała, masy i , poruszające się z prędkościami i . Zgodnie z trzecim prawem Newtona siły działające na ciała podczas ich oddziaływania są równe co do wartości i przeciwne w kierunku, tj. mogą być oznaczone jako . Dla zmian momentu podczas interakcji możemy napisać . Z tych wyrażeń otrzymujemy, że , to znaczy suma wektorowa impulsów dwóch ciał przed interakcją jest równa sumie wektorowej impulsów po interakcji. Więcej ogólna perspektywa prawo zachowania pędu brzmi tak: Jeśli, to.

16. Prace mechaniczne. Moc. Energia kinetyczna i potencjalna.

praca ALE siła stała jest wielkością fizyczną równą iloczynowi modułów siły i przemieszczenia pomnożonego przez cosinus kąta między wektorami i. . Praca jest wielkością skalarną i może być ujemna, jeśli kąt między wektorem przemieszczenia i siły jest większy niż . Jednostką pracy jest dżul, 1 dżul jest równy pracy wykonanej przez siłę 1 niutona, gdy punkt jej przyłożenia przesunie się o 1 metr. Moc jest wielkością fizyczną równą stosunkowi pracy do czasu, w którym ta praca została wykonana. . Jednostką mocy jest wat, 1 wat jest równy mocy, przy której praca 1 dżula jest wykonywana w ciągu 1 sekundy. Załóżmy, że na ciele masy m działa siła (która na ogół może być wypadkową kilku sił), pod wpływem której ciało porusza się w kierunku wektora . Moduł siły zgodnie z drugim prawem Newtona to mama, a moduł wektora przemieszczenia jest powiązany z przyspieszeniem oraz prędkością początkową i końcową jako. Stąd otrzymujemy formułę do pracy . Wielkość fizyczna równa połowie iloczynu masy ciała i kwadratu prędkości nazywana jest energią kinetyczną. Praca sił wypadkowych przyłożonych do ciała jest równa zmianie energii kinetycznej. Wielkość fizyczna równa iloczynowi masy ciała przez moduł przyspieszenia swobodnego spadania i wysokość, na jaką ciało jest uniesione nad powierzchnię o zerowym potencjale, nazywana jest energią potencjalną ciała. Zmiana energii potencjalnej charakteryzuje pracę grawitacji w ruchu ciała. Ta praca jest równa zmianie energii potencjalnej, przyjmowanej z przeciwnym znakiem. Ciało pod powierzchnią ziemi ma ujemną energię potencjalną. Nie tylko podniesione ciała mają energię potencjalną. Rozważ pracę wykonaną przez siłę sprężystości, gdy sprężyna jest odkształcona. Siła sprężystości jest wprost proporcjonalna do odkształcenia, a jej średnia wartość będzie równa , praca jest równa iloczynowi siły i odkształcenia , lub . Wielkość fizyczna równa połowie iloczynu sztywności ciała i kwadratu odkształcenia nazywana jest energią potencjalną zdeformowanego ciała. Ważną cechą energii potencjalnej jest to, że ciało nie może jej posiadać bez interakcji z innymi ciałami.

17. Zasady zachowania energii w mechanice.

Energia potencjalna charakteryzuje ciała oddziałujące, kinetycznie - poruszające się. Zarówno to, jak i inne powstają w wyniku interakcji ciał. Jeżeli kilka ciał oddziałuje na siebie tylko siłami grawitacyjnymi i siłami sprężystymi i nie działają na nie żadne siły zewnętrzne (lub ich wypadkowa wynosi zero), to dla dowolnych oddziaływań ciał praca sił sprężystych lub grawitacyjnych jest równa zmianie w energii potencjalnej, wziętej z przeciwnym znakiem . Jednocześnie zgodnie z twierdzeniem o energii kinetycznej (zmiana energii kinetycznej ciała jest równa działaniu sił zewnętrznych) praca tych samych sił jest równa zmianie energii kinetycznej. . Z tej równości wynika, że ​​suma energii kinetycznej i potencjalnej ciał tworzących układ zamknięty i oddziałujących na siebie siłami grawitacji i sprężystości pozostaje stała. Suma energii kinetycznej i potencjalnej ciał nazywana jest całkowitą energią mechaniczną. Całkowita energia mechaniczna zamkniętego układu ciał oddziałujących ze sobą siłami grawitacyjnymi i sprężystymi pozostaje niezmieniona. Praca sił grawitacji i sprężystości jest z jednej strony równa wzrostowi energii kinetycznej, a z drugiej spadkowi energii potencjalnej, czyli praca jest równa energii, która się obróciła. z jednej formy do drugiej.

18. Proste mechanizmy (płaszczyzna pochyła, dźwignia, blokada) ich zastosowanie.

Stosuje się pochyloną płaszczyznę, aby ciało o dużej masie mogło być poruszane siłą znacznie mniejszą niż ciężar ciała. Jeżeli kąt pochyłej płaszczyzny jest równy a, to aby przesunąć ciało wzdłuż płaszczyzny, należy przyłożyć siłę równą . Stosunek tej siły do ​​ciężaru ciała, pomijając siłę tarcia, jest równy sinusowi kąta nachylenia płaszczyzny. Ale przy wzroście siły nie ma zysku w pracy, ponieważ ścieżka jest mnożona. Wynik ten jest konsekwencją prawa zachowania energii, ponieważ praca grawitacji nie zależy od trajektorii podnoszenia ciała.

Dźwignia jest w równowadze, jeśli moment sił, który obraca ją zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jest równy momentowi, który obraca dźwignię w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Jeżeli kierunki wektorów sił przyłożonych do dźwigni są prostopadłe do najkrótszych linii prostych łączących punkty przyłożenia sił z osią obrotu, to warunki równowagi przyjmują postać. Jeśli , to dźwignia zapewnia wzrost siły . Przyrost siły nie daje przyrostu w pracy, ponieważ gdy zostanie obrócony o kąt a, siła działa i siła działa. Dlatego zgodnie z warunkiem , to .

Blok pozwala na zmianę kierunku siły. Ramiona sił przyłożonych do różnych punktów nieruchomego bloku są takie same, a zatem nieruchomy blok nie daje przyrostu siły. Podczas podnoszenia ładunku za pomocą ruchomego bloku uzyskuje się dwukrotny wzrost siły, ponieważ. ramię grawitacji jest połową ramienia napięcia kabla. Ale kiedy ciągniesz kabel na długość ja obciążenie rośnie l/2, dlatego stały blok również nie daje korzyści w pracy.

19. Ciśnienie. Prawo Pascala dla cieczy i gazów.

Wielkość fizyczna równa stosunkowi modułu siły działającej prostopadle do powierzchni do powierzchni tej powierzchni nazywa się ciśnieniem. Jednostką ciśnienia jest paskal, który jest równy ciśnieniu wywieranemu siłą 1 niutona na powierzchnię 1 metra kwadratowego. Wszystkie ciecze i gazy przenoszą wytwarzane na nich ciśnienie we wszystkich kierunkach.

20. Statki komunikacyjne. Prasa hydrauliczna. Ciśnienie atmosferyczne. Równanie Bernoulliego.

W naczyniu cylindrycznym siła nacisku na dno naczynia jest równa ciężarowi słupa cieczy. Ciśnienie na dnie naczynia wynosi , skąd ciśnienie na głębokości h równa się . To samo ciśnienie działa na ściany naczynia. Równość ciśnień płynu na tej samej wysokości prowadzi do tego, że w naczyniach łączących o dowolnym kształcie swobodne powierzchnie płynu jednorodnego w spoczynku są na tym samym poziomie (w przypadku pomijalnie małych sił kapilarnych). W przypadku cieczy niejednorodnej wysokość słupa cieczy gęstszej będzie mniejsza niż wysokość cieczy mniej gęstej. Maszyna hydrauliczna działa w oparciu o prawo Pascala. Składa się z dwóch połączonych naczyń zamkniętych tłokami o różnych obszarach. Ciśnienie wytwarzane przez siłę zewnętrzną na jeden tłok jest przenoszone zgodnie z prawem Pascala na drugi tłok. . Maszyna hydrauliczna daje przyrost mocy tyle razy, ile powierzchnia jej dużego tłoka jest większa niż powierzchnia małego.

W ruchu stacjonarnym płynu nieściśliwego obowiązuje równanie ciągłości. Dla płynu idealnego, w którym można pominąć lepkość (tj. tarcie między jego cząstkami), matematycznym wyrażeniem prawa zachowania energii jest równanie Bernoulliego .

21. Doświadczenie Torricellego. Zmiana ciśnienia atmosferycznego wraz z wysokością.

Pod wpływem grawitacji górne warstwy atmosfery wywierają nacisk na leżące poniżej. Ta presja, zgodnie z prawem Pascala, rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Najwyższa wartość ciśnienie to występuje na powierzchni Ziemi i jest spowodowane ciężarem słupa powietrza od powierzchni do granicy atmosfery. Wraz ze wzrostem wysokości masa warstw atmosfery, która naciska na powierzchnię, maleje, dlatego ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością. Na poziomie morza ciśnienie atmosferyczne wynosi 101 kPa. To ciśnienie wywiera kolumna rtęciowa o wysokości 760 mm. Jeżeli rura zostanie opuszczona do ciekłej rtęci, w której powstaje próżnia, to pod działaniem ciśnienia atmosferycznego rtęć unosi się w niej do takiej wysokości, że ciśnienie słupa cieczy staje się równe zewnętrznemu ciśnieniu atmosferycznemu na otwartej przestrzeni powierzchnia rtęci. Gdy zmienia się ciśnienie atmosferyczne, zmienia się również wysokość słupa cieczy w rurce.

22. Siła Archimedesa doby cieczy i gazów. Warunki żeglugi

Zależność ciśnienia w cieczy i gazie od głębokości prowadzi do powstania siły wyporu działającej na dowolne ciało zanurzone w cieczy lub gazie. Siła ta nazywana jest siłą Archimedesa. Jeżeli ciało zanurzone jest w cieczy, wówczas ciśnienia na ścianach bocznych naczynia są ze sobą zrównoważone, a wypadkową ciśnień od dołu i od góry jest siła Archimedesa. , tj. Siła popychająca ciało zanurzone w cieczy (gaz) jest równa ciężarowi cieczy (gazu) wypartego przez ciało. Siła Archimedesa jest skierowana przeciwnie do siły grawitacji, dlatego podczas ważenia w cieczy ciężar ciała jest mniejszy niż w próżni. Na ciało w cieczy działa grawitacja i siła Archimedesa. Jeśli siła grawitacji jest większa w module - ciało tonie, jeśli jest mniejsza - unosi się, jest równa - może być w równowadze na każdej głębokości. Te stosunki sił są równe stosunkom gęstości ciała i cieczy (gazu).

23. Podstawowe postanowienia teorii kinetyki molekularnej i ich uzasadnienie doświadczalne. Ruch Browna. Waga i rozmiar Cząsteczki.

Teoria molekularno-kinetyczna to badanie struktury i właściwości materii, wykorzystujące koncepcję istnienia atomów i cząsteczek jako najmniejszych cząstek materii. Główne przepisy MKT: substancja składa się z atomów i cząsteczek, cząstki te poruszają się losowo, cząstki oddziałują ze sobą. Ruch atomów i cząsteczek oraz ich wzajemne oddziaływanie podlega prawom mechaniki. Początkowo w interakcji cząsteczek, gdy zbliżają się do siebie, przeważają siły przyciągania. W pewnej odległości między nimi powstają siły odpychające, przekraczające siłę przyciągania w wartości bezwzględnej. Cząsteczki i atomy wywołują losowe drgania w miejscach, w których siły przyciągania i odpychania równoważą się. W cieczy cząsteczki nie tylko oscylują, ale także przeskakują z jednej pozycji równowagi do drugiej (płynność). W gazach odległości między atomami są znacznie większe niż wymiary cząsteczek (ściśliwość i rozciągliwość). R. Brown na początku XIX wieku odkrył, że cząstki stałe poruszają się losowo w cieczy. Zjawisko to mogło być wyjaśnione tylko przez MKT. Losowo poruszające się molekuły cieczy lub gazu zderzają się z cząsteczką ciała stałego i zmieniają kierunek i moduł prędkości jej ruchu (zmieniając oczywiście zarówno kierunek, jak i prędkość). Im mniejszy rozmiar cząstek, tym bardziej zauważalna staje się zmiana pędu. Każda substancja składa się z cząstek, dlatego ilość substancji uważa się za proporcjonalną do liczby cząstek. Jednostka ilości substancji nazywana jest molem. Mol jest równy ilości substancji zawierającej tyle atomów, ile jest w 0,012 kg węgla 12 C. Stosunek liczby cząsteczek do ilości substancji nazywa się stałą Avogadra: . Ilość substancji można znaleźć jako stosunek liczby cząsteczek do stałej Avogadro. masa cząsteczkowa M nazywana jest ilością równą stosunkowi masy substancji m do ilości substancji. Masę molową wyraża się w kilogramach na mol. Masę molową można wyrazić w postaci masy cząsteczki m0 : .

24. Gaz doskonały. Podstawowe równanie teorii molekularno-kinetycznej gazu doskonałego.

Model gazu doskonałego służy do wyjaśnienia właściwości materii w stanie gazowym. Model ten zakłada, że: cząsteczki gazu są nieistotne w porównaniu z objętością naczynia, nie ma między cząsteczkami sił przyciągania, a zderzają się ze sobą i ścianami naczynia działają siły odpychające. Jakościowym wyjaśnieniem zjawiska ciśnienia gazu jest to, że cząsteczki gazu doskonałego, zderzając się ze ściankami naczynia, oddziałują z nimi jako ciała elastyczne. Kiedy cząsteczka zderza się ze ścianą naczynia, rzut wektora prędkości na oś prostopadłą do ścianki zmienia się na przeciwny. Dlatego podczas zderzenia rzut prędkości zmienia się z –mv x zanim mv x, a zmiana pędu jest . Podczas zderzenia cząsteczka działa na ścianę z siłą równą, zgodnie z trzecim prawem Newtona, sile przeciwnej do kierunku. Cząsteczek jest dużo, a średnia wartość sumy geometrycznej sił działających na poszczególne cząsteczki tworzy siłę ciśnienia gazu na ściankach naczynia. Ciśnienie gazu jest równe stosunkowi modułu siły nacisku do powierzchni ścianki naczynia: p=F/S. Załóżmy, że gaz znajduje się w naczyniu sześciennym. Pęd jednej cząsteczki to 2 mv, jedna cząsteczka działa na ścianę średnio z siłą 2mv/Dt. Czas D t ruch od jednej ściany naczynia do drugiej 2l/v, W konsekwencji, . Siła nacisku na ścianę naczynia wszystkich cząsteczek jest proporcjonalna do ich liczby, tj. . Ze względu na całkowitą losowość ruchu molekuł, ich ruch w każdym z kierunków jest jednakowo prawdopodobny i równy 1/3 całkowitej liczby molekuł. W ten sposób, . Ponieważ nacisk wywierany jest na powierzchnię sześcianu o powierzchni l 2, wtedy ciśnienie będzie takie samo. Równanie to nazywa się podstawowym równaniem teorii kinetyki molekularnej. Oznaczając średnią energię kinetyczną cząsteczek, otrzymujemy.

25. Temperatura, jej pomiar. Bezwzględna skala temperatury. Prędkość cząsteczek gazu.

Podstawowe równanie MKT dla gazu doskonałego określa zależność między parametrami mikroskopowymi i makroskopowymi. Gdy dwa ciała stykają się ze sobą, zmieniają się ich parametry makroskopowe. Kiedy ta zmiana ustała, mówi się, że nastała równowaga termiczna. Parametr fizyczny, który jest taki sam we wszystkich częściach układu ciał w stanie równowagi termicznej, nazywa się temperaturą ciała. Eksperymenty wykazały, że dla dowolnego gazu w stanie równowagi termicznej stosunek iloczynu ciśnienia i objętości do liczby cząsteczek jest taki sam . Pozwala to na przyjęcie tej wartości jako miary temperatury. Dlatego n=N/V, a następnie, biorąc pod uwagę podstawowe równanie MKT, wartość jest równa dwóm trzecim średniej energii kinetycznej cząsteczek. , gdzie k– współczynnik proporcjonalności w zależności od skali. Parametry po lewej stronie tego równania są nieujemne. Stąd temperatura gazu, przy której jego ciśnienie przy stałej objętości wynosi zero, nazywana jest temperaturą zera absolutnego. Wartość tego współczynnika można znaleźć na podstawie dwóch znanych stanów skupienia materii o znanym ciśnieniu, objętości, liczbie cząsteczek i temperaturze. . Współczynnik k, zwana stałą Boltzmanna, jest równa . Wynika to z równań zależności temperatury od średniej energii kinetycznej, tj. średnia energia kinetyczna losowego ruchu cząsteczek jest proporcjonalna do temperatury bezwzględnej. ,. To równanie pokazuje, że przy tej samej temperaturze i stężeniu cząsteczek ciśnienie wszystkich gazów jest takie samo.

26. Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Mendelejewa-Clapeyrona). Procesy izotermiczne, izochoryczne i izobaryczne.

Wykorzystując zależność ciśnienia od stężenia i temperatury można znaleźć zależność między makroskopowymi parametrami gazu - objętością, ciśnieniem i temperaturą. . To równanie nazywa się równaniem stanu gazu doskonałego (równanie Mendelejewa-Clapeyrona).

Proces izotermiczny to proces przebiegający w stałej temperaturze. Z równania stanu gazu doskonałego wynika, że ​​przy stałej temperaturze, masie i składzie gazu iloczyn ciśnienia i objętości powinien pozostać stały. Wykres izotermy (krzywa procesu izotermicznego) to hiperbola. Równanie nazywa się prawem Boyle'a-Mariotte'a.

Proces izochoryczny to proces, który zachodzi przy stałej objętości, masie i składzie gazu. Pod tymi warunkami , gdzie jest współczynnikiem temperaturowym ciśnienia gazu. To równanie nazywa się prawem Karola. Wykres równania procesu izochorycznego nazywa się izochorem i jest linią prostą przechodzącą przez początek.

Proces izobaryczny to proces, który zachodzi przy stałym ciśnieniu, masie i składzie gazu. W taki sam sposób jak dla procesu izochorycznego możemy otrzymać równanie dla procesu izobarycznego . Równanie opisujące ten proces nazywa się prawem Gay-Lussaca. Wykres równania procesu izobarycznego nazywa się izobarem i jest linią prostą przechodzącą przez początek.

27. Energia wewnętrzna. Praca w termodynamice.

Jeżeli energia potencjalna oddziaływania cząsteczek wynosi zero, to energia wewnętrzna jest równa sumie energii kinetycznych ruchu wszystkich cząsteczek gazu . Dlatego wraz ze zmianą temperatury zmienia się również energia wewnętrzna gazu. Podstawiając równanie stanu gazu doskonałego do równania energii otrzymujemy, że energia wewnętrzna jest wprost proporcjonalna do iloczynu ciśnienia gazu i objętości. . Energia wewnętrzna ciała może się zmieniać tylko podczas interakcji z innymi ciałami. W przypadku mechanicznego oddziaływania ciał (oddziaływania makroskopowego) miarą przekazywanej energii jest praca ALE. W przenoszeniu ciepła (oddziaływanie mikroskopowe) miarą przekazywanej energii jest ilość ciepła Q. W nieizolowanym układzie termodynamicznym zmiana energii wewnętrznej D U równa sumie przekazanej ilości ciepła Q i praca sił zewnętrznych ALE. Zamiast pracy ALE wykonywane przez siły zewnętrzne, wygodniej jest rozważyć pracę A` wykonywane przez system na organy zewnętrzne. A=-A`. Wtedy pierwsza zasada termodynamiki jest wyrażona jako lub. Oznacza to, że każda maszyna może pracować na ciałach zewnętrznych tylko odbierając ciepło z zewnątrz. Q lub spadek energii wewnętrznej D U. Prawo to wyklucza stworzenie perpetuum mobile pierwszego rodzaju.

28. Ilość ciepła. Ciepło właściwe substancji. Zasada zachowania energii w procesach cieplnych (pierwsza zasada termodynamiki).

Proces przenoszenia ciepła z jednego ciała do drugiego bez wykonywania pracy nazywa się przenoszeniem ciepła. Energia przekazana ciału w wyniku wymiany ciepła nazywana jest ilością ciepła. Jeżeli procesowi wymiany ciepła nie towarzyszy praca, to na podstawie pierwszej zasady termodynamiki. Energia wewnętrzna ciała jest zatem proporcjonalna do masy ciała i jego temperatury . Wartość Z nazywana jest specyficzną pojemnością cieplną, jednostką jest . Właściwa pojemność cieplna pokazuje, ile ciepła należy przekazać, aby ogrzać 1 kg substancji o 1 stopień. Ciepło właściwe nie jest cechą jednoznaczną i zależy od pracy wykonanej przez organizm podczas wymiany ciepła.

W realizacji wymiany ciepła między dwoma ciałami w warunkach równości do zera pracy sił zewnętrznych oraz w izolacji termicznej od innych ciał, zgodnie z prawem zachowania energii . Jeżeli zmianie energii wewnętrznej nie towarzyszy praca, to , lub , skąd . To równanie nazywa się równaniem bilansu cieplnego.

29. Zastosowanie I zasady termodynamiki do izoprocesów. proces adiabatyczny. Nieodwracalność procesów termicznych.

Jednym z głównych procesów, które działają w większości maszyn, jest rozprężanie gazu do pracy. Jeśli podczas izobarycznej ekspansji gazu z objętości V 1 do głośności V 2 przemieszczenie tłoka cylindra było ja, to praca A gaz doskonały jest równy , lub . Porównując obszary pod izobarem i izotermą, które są pracami, możemy stwierdzić, że przy takim samym rozprężaniu gazu przy tym samym ciśnieniu początkowym, w przypadku procesu izotermicznego, zostanie wykonane mniej pracy. Oprócz procesów izobarycznych, izochorycznych i izotermicznych istnieje tzw. proces adiabatyczny. Mówi się, że proces jest adiabatyczny, jeśli nie ma wymiany ciepła. Proces szybkiego rozprężania lub sprężania gazu można uznać za bliski adiabatycznej. W tym procesie praca jest wykonywana ze względu na zmianę energii wewnętrznej, tj. dlatego podczas procesu adiabatycznego temperatura spada. Ponieważ temperatura gazu wzrasta podczas adiabatycznego sprężania gazu, ciśnienie gazu rośnie szybciej wraz ze spadkiem objętości niż podczas procesu izotermicznego.

Procesy wymiany ciepła zachodzą spontanicznie tylko w jednym kierunku. Ciepło jest zawsze przekazywane do chłodniejszego ciała. Druga zasada termodynamiki mówi, że nie jest możliwy proces termodynamiczny, w wyniku którego ciepło byłoby przenoszone z jednego ciała do drugiego, gorętszego, bez żadnych innych zmian. Prawo to wyklucza tworzenie perpetuum mobile drugiego rodzaju.

30. Zasada działania silników cieplnych. sprawność silnika cieplnego.

W silnikach cieplnych praca jest zwykle wykonywana przez rozprężający się gaz. Gaz, który działa podczas rozprężania, nazywany jest płynem roboczym. Ekspansja gazu następuje w wyniku wzrostu jego temperatury i ciśnienia po podgrzaniu. Urządzenie, z którego płyn roboczy otrzymuje pewną ilość ciepła Q zwany grzejnikiem. Urządzenie, do którego maszyna oddaje ciepło po skoku roboczym, nazywa się lodówką. Po pierwsze, ciśnienie rośnie izochorycznie, rozszerza się izobarycznie, ochładza się izochorycznie, kurczy się izobarycznie.<рисунок с подъемником>. W wyniku cyklu pracy gaz powraca do stanu początkowego, jego energia wewnętrzna przyjmuje swoją pierwotną wartość. To znaczy, że . Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki . Praca wykonana przez organizm na cykl jest równa Q. Ilość ciepła odbieranego przez organizm na cykl jest równa różnicy między ciepłem odbieranym z grzejnika a oddanym do lodówki. W konsekwencji, . Sprawność maszyny to stosunek użytej energii zużytej do zużytej energii. .

31. Parowanie i kondensacja. Pary nasycone i nienasycone. Wilgotność powietrza.

Prowadzi do tego nierównomierny rozkład energii kinetycznej ruchu termicznego. Że w każdej temperaturze energia kinetyczna niektórych cząsteczek może przekroczyć potencjalną energię wiązania z resztą. Parowanie to proces, w którym cząsteczki uciekają z powierzchni cieczy lub ciała stałego. Parowaniu towarzyszy chłodzenie, ponieważ szybciej cząsteczki opuszczają ciecz. Parowanie cieczy w zamkniętym naczyniu w stałej temperaturze prowadzi do wzrostu stężenia cząsteczek w stanie gazowym. Po pewnym czasie następuje równowaga między liczbą cząsteczek odparowujących i powracających do cieczy. Substancja gazowa w dynamicznej równowadze z cieczą nazywana jest parą nasyconą. Para pod ciśnieniem poniżej ciśnienia pary nasyconej nazywana jest nienasyconą. Prężność pary nasyconej nie zależy od objętości (od ) w stałej temperaturze. Przy stałym stężeniu cząsteczek ciśnienie pary nasyconej wzrasta szybciej niż ciśnienie gazu doskonałego, ponieważ liczba cząsteczek wzrasta wraz z temperaturą. Stosunek prężności pary wodnej w danej temperaturze do prężności pary nasyconej w tej samej temperaturze, wyrażony w procentach, nazywamy wilgotnością względną. Im niższa temperatura, tym niższe ciśnienie pary nasyconej, więc po schłodzeniu do określonej temperatury para staje się nasycona. Ta temperatura nazywana jest punktem rosy. tp.

32. Ciała krystaliczne i amorficzne. Właściwości mechaniczne ciał stałych. Odkształcenia sprężyste.

Ciała amorficzne to takie, których właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach (ciała izotropowe). Izotropię właściwości fizycznych tłumaczy losowy układ cząsteczek. Ciała stałe, w których uporządkowane są cząsteczki, nazywane są kryształami. Właściwości fizyczne ciała krystaliczne nie są takie same w różnych kierunkach (ciała anizotropowe). Anizotropię właściwości kryształów tłumaczy się tym, że przy uporządkowanej strukturze siły oddziaływania nie są takie same w różnych kierunkach. Zewnętrzne działanie mechaniczne na ciało powoduje przemieszczenie atomów z położenia równowagi, co prowadzi do zmiany kształtu i objętości ciała - deformacji. Odkształcenie można scharakteryzować wydłużeniem bezwzględnym, równym różnicy między długościami przed i po odkształceniu, albo wydłużeniem względnym. Kiedy ciało jest zdeformowane, powstają siły sprężyste. Fizyczna wielkość równa stosunkowi modułu sprężystości do pola przekroju ciała nazywana jest naprężeniem mechanicznym. Przy małych odkształceniach naprężenie jest wprost proporcjonalne do wydłużenia względnego. Współczynnik proporcjonalności mi w równaniu nazywany jest modułem sprężystości (moduł Younga). Moduł sprężystości jest stały dla danego materiału , gdzie . Energia potencjalna zdeformowanego ciała jest równa pracy poniesionej na rozciąganie lub ściskanie. Stąd .

Prawo Hooke'a jest spełnione tylko dla małych odkształceń. Maksymalne napięcie, przy którym jest nadal wykonywane, nazywa się granicą proporcjonalności. Powyżej tej granicy napięcie przestaje rosnąć proporcjonalnie. Aż do pewnego poziomu naprężenia zdeformowane ciało przywróci swoje wymiary po usunięciu obciążenia. Ten punkt nazywa się elastyczną granicą ciała. Po przekroczeniu granicy sprężystości rozpoczyna się odkształcenie plastyczne, w którym ciało nie przywraca swojego poprzedniego kształtu. W obszarze odkształcenia plastycznego naprężenie prawie nie wzrasta. Zjawisko to nazywa się przepływem materiału. Powyżej granicy plastyczności naprężenie wzrasta do punktu zwanego wytrzymałością ostateczną, po czym naprężenie maleje aż do pęknięcia ciała.

33. Właściwości cieczy. Napięcie powierzchniowe. zjawiska kapilarne.

Możliwość swobodnego ruchu cząsteczek w cieczy decyduje o płynności cieczy. Ciało w stanie płynnym nie ma stałego kształtu. O kształcie cieczy decyduje kształt naczynia i siły napięcia powierzchniowego. Wewnątrz cieczy siły przyciągania cząsteczek są kompensowane, ale nie w pobliżu powierzchni. Każda cząsteczka w pobliżu powierzchni jest przyciągana przez cząsteczki znajdujące się w cieczy. Pod wpływem tych sił cząsteczki są wciągane w powierzchnię, aż wolna powierzchnia stanie się minimum ze wszystkich możliwych. Dlatego Jeżeli kula ma minimalną powierzchnię dla danej objętości, to przy niewielkim działaniu innych sił powierzchnia ta przybiera postać odcinka kulistego. Powierzchnia cieczy na krawędzi naczynia nazywana jest meniskiem. Zjawisko zwilżania charakteryzuje się kątem kontaktu powierzchni z łąkotką w punkcie przecięcia. Wielkość siły napięcia powierzchniowego na odcinku o długości D ja jest równe . Krzywizna powierzchni wytwarza nadciśnienie na ciecz, równe znanemu kątowi zwilżania i promieniowi . Współczynnik s nazywany jest współczynnikiem napięcia powierzchniowego. Kapilara to rurka z małym średnica wewnętrzna. Przy całkowitym zwilżeniu siła napięcia powierzchniowego jest kierowana wzdłuż powierzchni ciała. W tym przypadku wzrost cieczy przez kapilarę jest kontynuowany pod działaniem tej siły, dopóki siła grawitacji nie zrównoważy siły napięcia powierzchniowego, tk. , następnie .

34. Ładunek elektryczny. Interakcja naładowanych ciał. Prawo Coulomba. Prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Ani mechanika, ani MKT nie są w stanie wyjaśnić natury sił wiążących atomy. Prawa oddziaływania atomów i cząsteczek można wyjaśnić na podstawie pojęcia ładunków elektrycznych.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Oddziaływanie ciał znalezionych w tym eksperymencie nazywa się elektromagnetycznymi i jest określane przez ładunki elektryczne. Zdolność ładunków do przyciągania i odpychania tłumaczy się założeniem, że istnieją dwa rodzaje ładunków - dodatnie i ujemne. Ciała o tym samym ładunku odpychają się nawzajem, a przedmioty o różnych ładunkach przyciągają. Jednostką ładunku jest zawieszka - ładunek przechodzący przez przekrój przewodnika w ciągu 1 sekundy przy natężeniu prądu 1 ampera. W układzie zamkniętym, w którym ładunki elektryczne nie wchodzą z zewnątrz iz którego nie wychodzą podczas jakichkolwiek oddziaływań, suma algebraiczna ładunków wszystkich ciał jest stała. Podstawowe prawo elektrostatyki, znane również jako prawo Coulomba, mówi, że moduł siły oddziaływania między dwoma ładunkami jest wprost proporcjonalny do iloczynu modułów ładunków i odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości między nimi. Siła jest kierowana wzdłuż linii prostej łączącej naładowane ciała. Jest siłą odpychania lub przyciągania, w zależności od znaku opłat. Stały k w wyrażeniu prawa Coulomba jest równe . Zamiast tego współczynnika tzw. stała elektryczna związana ze współczynnikiem k wyrażenie skąd. Oddziaływanie stałych ładunków elektrycznych nazywa się elektrostatycznym.

35. Pole elektryczne. Siła pola elektrycznego. Zasada superpozycji pól elektrycznych.

Wokół każdego ładunku, w oparciu o teorię działania bliskiego zasięgu, znajduje się pole elektryczne. Pole elektryczne to obiekt materialny, który stale istnieje w przestrzeni i może oddziaływać na inne ładunki. Pole elektryczne rozchodzi się w przestrzeni z prędkością światła. Wielkość fizyczna równa stosunkowi siły, z jaką pole elektryczne działa na ładunek testowy (punktowy mały ładunek dodatni, który nie wpływa na konfigurację pola) do wartości tego ładunku nazywa się natężeniem pola elektrycznego. Korzystając z prawa Coulomba, można uzyskać wzór na natężenie pola wytworzonego przez ładunek q na odległość r od opłaty . Siła pola nie zależy od ładunku, na który działa. Jeśli za opłatą q pola elektryczne kilku ładunków działają jednocześnie, a wynikowa siła jest równa geometrycznej sumie sił działających z każdego pola osobno. Nazywa się to zasadą superpozycji pól elektrycznych. Linia natężenia pola elektrycznego to linia, do której styczna w każdym punkcie pokrywa się z wektorem natężenia. Linie napięcia zaczynają się na ładunkach dodatnich i kończą na ładunkach ujemnych lub idą w nieskończoność. Pole elektryczne, którego intensywność jest taka sama dla wszystkich w dowolnym punkcie przestrzeni, nazywamy jednolitym polem elektrycznym. Można rozważyć w przybliżeniu jednorodne pole pomiędzy dwiema równoległymi przeciwnie naładowanymi płytami metalowymi. Z równomiernym rozkładem ładunku q na powierzchni terenu S gęstość ładunku powierzchniowego wynosi . Dla płaszczyzny nieskończonej o gęstości ładunku powierzchniowego s natężenie pola jest takie samo we wszystkich punktach przestrzeni i równe .

36. Praca pola elektrostatycznego podczas przemieszczania ładunku. Potencjalna różnica.

Gdy ładunek zostanie przesunięty przez pole elektryczne na odległość, wykonana praca jest równa . Podobnie jak w przypadku pracy grawitacji, praca siły Coulomba nie zależy od trajektorii ładunku. Gdy kierunek wektora przemieszczenia zmienia się o 180 0, praca sił pola zmienia znak na przeciwny. Zatem praca sił pola elektrostatycznego podczas przemieszczania ładunku po obwodzie zamkniętym jest równa zeru. Pole, którego praca sił wzdłuż zamkniętej trajektorii jest równa zeru, nazywamy polem potencjalnym.

Jak ciało z masy m w polu grawitacyjnym ma energię potencjalną proporcjonalną do masy ciała, ładunek elektryczny w polu elektrostatycznym ma energię potencjalną Wp, proporcjonalna do opłaty. Praca sił pola elektrostatycznego jest równa zmianie energii potencjalnej ładunku, przyjmowanej z przeciwnym znakiem. W jednym punkcie pola elektrostatycznego różne ładunki mogą mieć różne energie potencjalne. Ale stosunek energii potencjalnej do ładunku dla danego punktu jest wartością stałą. Ta wielkość fizyczna nazywana jest potencjałem pola elektrycznego, gdzie energia potencjalna ładunku jest równa iloczynowi potencjału w danym punkcie i ładunku. Potencjał - wartość skalarna, potencjał kilku pól jest równa sumie potencjały tych pól. Miarą zmiany energii podczas interakcji ciał jest praca. Kiedy ładunek się porusza, praca sił pola elektrostatycznego jest zatem równa zmianie energii o przeciwnym znaku. Dlatego praca zależy od różnicy potencjałów i nie zależy od trajektorii między nimi, wówczas różnicę potencjałów można uznać za charakterystykę energetyczną pola elektrostatycznego. Jeśli potencjał w nieskończonej odległości od ładunku jest równy zeru, to w odległości r z ładunku określa go wzór .

Stosunek pracy wykonanej przez dowolne pole elektryczne podczas ruchu ładunek dodatni z jednego punktu pola do drugiego, do wartości ładunku nazywa się napięcie między tymi punktami, z którego praca. W polu elektrostatycznym napięcie między dowolnymi dwoma punktami jest równe różnicy potencjałów między tymi punktami. Jednostką napięcia (i różnicy potencjałów) jest wolt, . 1 wolt to napięcie, przy którym pole wykonuje pracę o wartości 1 dżula, aby przesunąć ładunek o wartości 1 kulomba. Z jednej strony praca przemieszczania ładunku jest równa iloczynowi siły i przemieszczenia. Z drugiej strony można go znaleźć na podstawie znanego napięcia między odcinkami toru. Stąd. Jednostką natężenia pola elektrycznego jest wolt na metr ( Jestem).

Kondensator - układ dwóch przewodników oddzielonych warstwą dielektryczną, których grubość jest niewielka w porównaniu do wymiarów przewodników. Pomiędzy płytami natężenie pola jest równe dwukrotności natężenia każdej z płytek, poza płytami jest równe zeru. Fizyczna wielkość równa stosunkowi ładunku jednej z płytek do napięcia między płytami nazywana jest pojemnością kondensatora. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad, kondensator ma pojemność 1 farada, między płytami których napięcie wynosi 1 wolt, gdy płytki są ładowane za pomocą 1 wisiorka. Natężenie pola między płytami stałego kondensatora jest równe sumie siły jego płyt. , a ponieważ ponieważ jednorodne pole jest spełnione, to , tj. pojemność jest wprost proporcjonalna do powierzchni płytek i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi. Po wprowadzeniu dielektryka pomiędzy płytki, jego pojemność wzrasta o współczynnik e, gdzie e jest stałą dielektryczną wprowadzonego materiału.

38. Stała dielektryczna. Energia pola elektrycznego.

Przenikalność dielektryczna to wielkość fizyczna charakteryzująca stosunek modułu pola elektrycznego w próżni do modułu pola elektrycznego w jednorodnym dielektryku. Praca pola elektrycznego jest równa, ale gdy kondensator jest ładowany, jego napięcie wzrasta z 0 zanim U, dlatego . Dlatego energia potencjalna kondensatora jest równa .

39. Prąd elektryczny. Aktualna siła. Warunki istnienia prądu elektrycznego.

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Za kierunek prądu przyjmuje się ruch ładunków dodatnich. Ładunki elektryczne mogą poruszać się w uporządkowany sposób pod wpływem pola elektrycznego. Dlatego wystarczającym warunkiem istnienia prądu jest obecność nośników pola i bezpłatnych ładunków. Pole elektryczne może być wytworzone przez dwa połączone przeciwnie naładowane ciała. Stosunek ładowania D q, przeniesiony przez przekrój przewodu dla przedziału czasu D t do tego przedziału nazywana jest aktualna siła. Jeśli siła prądu nie zmienia się z czasem, prąd nazywa się stałym. Aby prąd istniał w przewodniku przez długi czas, konieczne jest, aby warunki powodujące prąd pozostały niezmienione.<схема с один резистором и батареей>. Siły, które powodują przemieszczanie się ładunku wewnątrz źródła prądu, nazywane są siłami zewnętrznymi. W ogniwie galwanicznym (i jakąkolwiek baterię - np.???) są to siły reakcji chemicznej, w maszynie prądu stałego - siła Lorentza.

40. Prawo Ohma dla odcinka łańcucha. rezystancja przewodu. Zależność rezystancji przewodników od temperatury. Nadprzewodnictwo. Szeregowe i równoległe połączenie przewodów.

Stosunek napięcia między końcami odcinka obwodu elektrycznego do natężenia prądu jest wartością stałą i nazywa się rezystancją. Jednostką rezystancji jest 0 om, rezystancja 1 om ma taki odcinek obwodu, w którym przy natężeniu prądu 1 amper napięcie wynosi 1 wolt. Rezystancja jest wprost proporcjonalna do długości i odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju, gdzie r jest opornością elektryczną, stałą wartością dla danej substancji w danych warunkach. Po podgrzaniu rezystywność metali wzrasta zgodnie z zasadą liniową, gdzie r 0 jest opornością przy 0 0 С, a jest współczynnikiem temperaturowym rezystancji specyficznym dla każdego metalu. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnego opór substancji gwałtownie spada do zera. Zjawisko to nazywa się nadprzewodnictwem. Przepływ prądu w materiałach nadprzewodzących odbywa się bez strat w wyniku nagrzewania przewodnika.

Prawo Ohma dla odcinka obwodu nazywa się równaniem. Gdy przewody są połączone szeregowo, siła prądu jest taka sama we wszystkich przewodach, a napięcie na końcach obwodu jest równe sumie napięć na wszystkich przewodach połączonych szeregowo. . Gdy przewody są połączone szeregowo, całkowita rezystancja jest równa sumie rezystancji elementów. Przy połączeniu równoległym napięcie na końcach każdej sekcji obwodu jest takie samo, a natężenie prądu rozgałęzia się na oddzielne części. Stąd. Gdy przewody są połączone równolegle, odwrotność całkowitego oporu jest równa sumie odwrotności rezystancji wszystkich równolegle połączonych przewodów.

41. Praca i aktualna moc. Siła elektromotoryczna. Prawo Ohma dla pełnego obwodu.

Praca sił pola elektrycznego, które tworzy Elektryczność, nazywana jest pracą prądu. Praca ALE prąd w obszarze z rezystancją R w czasie D t jest równe . Moc prądu elektrycznego jest równa stosunkowi pracy do czasu zakończenia, tj. . Praca jest jak zwykle wyrażona w dżulach, moc - w watach. Jeżeli na odcinku obwodu pod wpływem pola elektrycznego nie są wykonywane żadne prace i nie zachodzą reakcje chemiczne, to praca prowadzi do nagrzewania się przewodnika. W tym przypadku praca jest równa ilości ciepła uwalnianego przez przewodnik przewodzący prąd (prawo Joule-Lenza).

W obwodzie elektrycznym praca odbywa się nie tylko w części zewnętrznej, ale także w akumulatorze. Rezystancja elektryczna źródła prądu nazywana jest rezystancją wewnętrzną r. W wewnętrznej części obwodu uwalniana jest ilość ciepła równa. Całkowita praca sił pola elektrostatycznego podczas poruszania się po obwodzie zamkniętym wynosi zero, więc cała praca jest wykonywana dzięki siłom zewnętrznym, które utrzymują stałe napięcie. Stosunek pracy sił zewnętrznych do przenoszonego ładunku nazywamy siłą elektromotoryczną źródła, gdzie D q- opłata zbywalna. Jeżeli w wyniku przepływu prądu stałego nastąpiło tylko nagrzanie przewodów, to zgodnie z zasadą zachowania energii , tj. . Prąd w obwodzie elektrycznym jest wprost proporcjonalny do pola elektromagnetycznego i odwrotnie proporcjonalny do impedancji obwodu.

42. Półprzewodniki. Przewodnictwo elektryczne półprzewodników i jego zależność od temperatury. Przewodnictwo samoistne i domieszkowe półprzewodników.

Wiele substancji nie przewodzi prądu tak dobrze jak metale, ale jednocześnie nie są dielektrykami. Jedną z różnic między półprzewodnikami jest to, że po podgrzaniu lub oświetleniu ich rezystywność nie wzrasta, ale maleje. Ale ich główną, praktycznie stosowaną właściwością okazała się przewodność jednostronna. Ze względu na nierównomierny rozkład energii ruchu termicznego w krysztale półprzewodnikowym niektóre atomy ulegają jonizacji. Uwolnione elektrony nie mogą zostać wychwycone przez otaczające atomy, ponieważ ich wiązania walencyjne są nasycone. Te wolne elektrony mogą poruszać się w metalu, tworząc prąd przewodzenia elektronów. Jednocześnie atom, z którego powłoki uciekł elektron, staje się jonem. Jon ten jest neutralizowany przez wychwytywanie atomu sąsiada. W wyniku takiego chaotycznego ruchu następuje ruch miejsca z brakującym jonem, który jest widoczny na zewnątrz jako ruch ładunku dodatniego. Nazywa się to prądem przewodzenia dziury. W idealnym krysztale półprzewodnikowym prąd jest generowany przez ruch kwota równa wolne elektrony i dziury. Ten rodzaj przewodzenia nazywa się przewodnictwem samoistnym. Wraz ze spadkiem temperatury liczba wolnych elektronów, która jest proporcjonalna do średniej energii atomów, maleje i półprzewodnik staje się podobny do dielektryka. Zanieczyszczenia są czasami dodawane do półprzewodnika w celu poprawy przewodnictwa, które są donorem (zwiększają liczbę elektronów bez zwiększania liczby dziur) i akceptorem (zwiększają liczbę dziur bez zwiększania liczby elektronów). Półprzewodniki, w których liczba elektronów przekracza liczbę dziur, nazywane są półprzewodnikami elektronicznymi lub półprzewodnikami typu n. Półprzewodniki, w których liczba dziur przekracza liczbę elektronów, nazywane są półprzewodnikami dziurowymi lub półprzewodnikami typu p.

43. Dioda półprzewodnikowa. Tranzystor.

Dioda półprzewodnikowa składa się z pn przejście, czyli z dwóch połączonych półprzewodników o różnych typach przewodnictwa. Po połączeniu elektrony dyfundują do R-półprzewodnik. Prowadzi to do pojawienia się w półprzewodniku elektronicznym nieskompensowanych dodatnich jonów zanieczyszczenia dawcy oraz w otworze jony ujemne zanieczyszczenie akceptorowe, które wychwyciło rozproszone elektrony. Między dwiema warstwami powstaje pole elektryczne. Jeśli ładunek dodatni zostanie przyłożony do obszaru z przewodnością elektronową, a ładunek ujemny zostanie przyłożony do obszaru o przewodności dziury, wówczas pole blokujące wzrośnie, natężenie prądu gwałtownie spadnie i jest prawie niezależne od napięcia. Ta metoda włączania nazywa się blokowaniem, a prąd płynący w diodzie nazywa się odwrotnym. Jeśli ładunek dodatni zostanie przyłożony do obszaru z przewodnością dziury, a ładunek ujemny zostanie przyłożony do obszaru z elektroniką, wówczas pole blokujące osłabnie, prąd płynący przez diodę w tym przypadku zależy tylko od rezystancji obwodu zewnętrznego. Ta metoda włączania nazywa się przepustowością, a prąd płynący w diodzie nazywa się bezpośrednim.

Tranzystor, znany również jako trioda półprzewodnikowa, składa się z dwóch pn(lub n-p) przejścia. Środkowa część kryształu nazywana jest podstawą, skrajne to emiter i kolektor. Tranzystory, w których podstawa ma przewodność otworową, nazywane są tranzystorami. p-n-p przemiana. Aby sterować tranzystorem p-n-p-typ, do kolektora przykładane jest napięcie o ujemnej polaryzacji w stosunku do emitera. Napięcie bazowe może być dodatnie lub ujemne. Dlatego jest więcej dziur, to główny prąd przez złącze będzie strumieniem dyfuzji dziur z R- obszary. Jeśli do emitera zostanie przyłożone małe napięcie przewodzenia, przepłynie przez niego prąd dziury, dyfundując z R-obszary w n-powierzchnia (podstawa). Lecz odkąd podstawa jest wąska, a następnie przelatują przez nią, przyspieszane przez pole, otwory do kolektora. (???, coś tutaj źle zrozumiałem ...). Tranzystor jest w stanie rozprowadzić prąd, wzmacniając go w ten sposób. Stosunek zmiany prądu w obwodzie kolektora do zmiany prądu w obwodzie podstawowym, przy wszystkich innych czynnikach równych, jest wartością stałą, zwaną integralnym współczynnikiem przenoszenia prądu podstawowego. Dlatego zmieniając prąd w obwodzie podstawowym można uzyskać zmiany prądu w obwodzie kolektora. (???)

44. Prąd elektryczny w gazach. Rodzaje wyładowań gazowych i ich zastosowanie. Pojęcie plazmy.

Gaz pod wpływem światła lub ciepła może stać się przewodnikiem prądu. Zjawisko przepływu prądu przez gaz pod wpływem oddziaływania zewnętrznego nazywamy niesamodzielnym wyładowaniem elektrycznym. Proces powstawania jonów gazu pod wpływem temperatury nazywa się jonizacją termiczną. Pojawienie się jonów pod wpływem promieniowania świetlnego to fotojonizacja. Gaz, w którym znaczna część cząsteczek jest zjonizowana, nazywa się plazmą. Temperatura plazmy sięga kilku tysięcy stopni. Elektrony i jony plazmy mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego. Wraz ze wzrostem natężenia pola, w zależności od ciśnienia i charakteru gazu, następuje w nim wyładowanie bez wpływu zewnętrznych jonizatorów. Zjawisko to nazywane jest samopodtrzymującym się wyładowaniem elektrycznym. Aby elektron zjonizował atom, kiedy w niego uderzy, musi mieć energię nie mniejszą niż praca jonizacji. Energia ta może być pozyskiwana przez elektron pod wpływem sił zewnętrznego pola elektrycznego w gazie na jego swobodnej drodze, tj. . Dlatego średnia droga swobodna jest mała, samorozładowanie jest możliwe tylko przy dużych natężeniach pola. Przy niskim ciśnieniu gazu powstaje wyładowanie jarzeniowe, co tłumaczy się wzrostem przewodności gazu podczas rozrzedzania (wzrost średniej swobodnej ścieżki). Jeśli natężenie prądu podczas samorozładowania jest bardzo wysokie, uderzenia elektronów mogą spowodować nagrzewanie się katody i anody. Elektrony są emitowane z powierzchni katody w wysokiej temperaturze, która utrzymuje wyładowanie w gazie. Ten rodzaj wyładowania nazywa się łukiem.

45. Prąd elektryczny w próżni. Emisja termionowa. Kineskop.

W próżni nie ma wolnych nośników ładunku, dlatego bez wpływu zewnętrznego w próżni nie ma prądu. Może się to zdarzyć, jeśli jedna z elektrod zostanie podgrzana do wysoka temperatura. Rozgrzana katoda emituje elektrony ze swojej powierzchni. Zjawisko emisji swobodnych elektronów z powierzchni nagrzanych ciał nazywamy emisją termionową. Najprostszym urządzeniem wykorzystującym emisję termionową jest dioda elektropróżniowa. Anoda składa się z metalowej płytki, katoda z cienkiego zwiniętego drutu. Gdy katoda jest podgrzewana, wokół katody tworzy się chmura elektronów. Jeśli podłączysz katodę do dodatniego zacisku akumulatora, a anodę do ujemnego zacisku, wówczas pole wewnątrz diody przesunie elektrony w kierunku katody i nie będzie prądu. Jeśli połączysz odwrotnie - anodę z plusem, a katodę z minusem - wtedy pole elektryczne przesunie elektrony w kierunku anody. Wyjaśnia to właściwość jednostronnego przewodzenia diody. Przepływ elektronów przemieszczających się od katody do anody można kontrolować za pomocą pola elektromagnetycznego. W tym celu modyfikuje się diodę i dodaje siatkę między anodą a katodą. Powstałe urządzenie nazywa się triodą. Jeśli do siatki zostanie przyłożony ujemny potencjał, wówczas pole między siatką a katodą uniemożliwi ruch elektronu. Jeśli zastosujesz dodatni, to pole uniemożliwi ruch elektronów. Elektrony emitowane przez katodę można rozproszyć za pomocą pól elektrycznych do wysokie prędkości. W CRT wykorzystuje się zdolność wiązek elektronów do odchylania się pod wpływem pól elektromagnetycznych.

46. ​​​​Magnetyczne oddziaływanie prądów. Pole magnetyczne. Siła działająca na przewodnik z prądem w polu magnetycznym. Indukcja pola magnetycznego.

Jeśli prąd przepływa przez przewodniki w tym samym kierunku, przyciągają się, a jeśli są równe, odpychają. W konsekwencji istnieje pewna interakcja między przewodnikami, której nie można wytłumaczyć obecnością pola elektrycznego, ponieważ. Generalnie przewodniki są elektrycznie obojętne. Pole magnetyczne powstaje przez poruszające się ładunki elektryczne i działa tylko na poruszające się ładunki. Pole magnetyczne jest szczególnym rodzajem materii i jest ciągłe w przestrzeni. Przepływowi prądu elektrycznego przez przewodnik towarzyszy wytwarzanie pola magnetycznego, niezależnie od medium. Oddziaływanie magnetyczne przewodników służy do określenia wielkości natężenia prądu. 1 amper - siła prądu przepływającego przez dwa równoległe przewodniki ¥ długości i małym przekroju, znajdujące się w odległości 1 metra od siebie, przy której strumień magnetyczny wywołuje siłę oddziaływania w dół równą każdemu metrze długości . Siła, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem, nazywana jest siłą amperową. Aby scharakteryzować zdolność pola magnetycznego do oddziaływania na przewodnik z prądem, istnieje wielkość zwana indukcją magnetyczną. Moduł indukcji magnetycznej jest równy stosunkowi maksymalnej wartości siły Ampera działającej na przewodnik z prądem do natężenia prądu w przewodniku i jego długości. Kierunek wektora indukcyjnego określa reguła lewej ręki (na dłoni jest przewodnik, na kciuku siła, w dłoni indukcja). Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla, która jest równa indukcji takiego strumienia magnetycznego, w którym maksymalna siła ampera 1 Newtona działa na 1 metr przewodnika z prądem 1 ampera. Linia w dowolnym punkcie, w którym wektor indukcji magnetycznej jest skierowany stycznie, nazywana jest linią indukcji magnetycznej. Jeżeli we wszystkich punktach pewnej przestrzeni wektor indukcyjny ma ta sama wartość modulo i tym samym kierunku, wtedy pole w tej części nazywa się jednorodnym. W zależności od kąta nachylenia przewodnika z prądem względem wektora indukcji magnetycznej siła Ampère'a zmienia się proporcjonalnie do sinusa kąta.

47. Prawo Ampera. Działanie pola magnetycznego na poruszający się ładunek. Siła Lorentza.

Działanie pola magnetycznego na prąd w przewodniku wskazuje, że działa ono na poruszające się ładunki. Aktualna siła I w dyrygentze jest związane z koncentracją n wolne naładowane cząstki, prędkość v ich uporządkowany ruch i obszar S przekrój dyrygenta przez wyrażenie , gdzie q to ładunek jednej cząstki. Podstawiając to wyrażenie do wzoru na siłę Ampère'a, otrzymujemy . Dlatego nSl jest równa liczbie cząstek swobodnych w przewodniku o długości ja, to siła działająca od strony pola na jedną naładowaną cząstkę poruszającą się z prędkością v pod kątem a do wektora indukcji magnetycznej B jest równe . Siła ta nazywana jest siłą Lorentza. Kierunek siły Lorentza dla ładunku dodatniego jest określony przez regułę lewej ręki. W jednolitym polu magnetycznym cząstka poruszająca się prostopadle do linii indukcji pola magnetycznego uzyskuje przyspieszenie dośrodkowe pod działaniem siły Lorentza i porusza się po okręgu. Promień okręgu i okres rewolucji określają wyrażenia . Niezależność okresu obrotu od promienia i prędkości wykorzystywana jest w akceleratorze cząstek naładowanych – cyklotronie.

48. Magnetyczne właściwości materii. Ferromagnesy.

Oddziaływanie elektromagnetyczne zależy od ośrodka, w którym znajdują się ładunki. Jeśli powiesisz małą cewkę w pobliżu dużej cewki, odbiegnie. Jeśli żelazny rdzeń zostanie włożony do dużego, odchylenie wzrośnie. Ta zmiana pokazuje, że indukcja zmienia się wraz z wprowadzeniem rdzenia. Substancje, które znacznie zwiększają zewnętrzne pole magnetyczne, nazywane są ferromagnetykami. Wielkość fizyczna pokazująca, ile razy indukcyjność pola magnetycznego w ośrodku różni się od indukcyjności pola w próżni, nazywana jest przepuszczalnością magnetyczną. Nie wszystkie substancje wzmacniają pole magnetyczne. Paramagnesy wytwarzają słabe pole, które pokrywa się w kierunku z polem zewnętrznym. Diamagnesy osłabiają pole zewnętrzne swoim polem. Ferromagnetyzm tłumaczy się właściwościami magnetycznymi elektronu. Elektron jest poruszającym się ładunkiem i dlatego ma własne pole magnetyczne. W niektórych kryształach istnieją warunki do równoległej orientacji pól magnetycznych elektronów. W wyniku tego wewnątrz kryształu ferromagnesu pojawiają się namagnesowane regiony, zwane domenami. Wraz ze wzrostem zewnętrznego pola magnetycznego domeny porządkują swoją orientację. Przy określonej wartości indukcji następuje całkowite uporządkowanie orientacji domen i następuje nasycenie magnetyczne. Kiedy ferromagnes jest usuwany z zewnętrznego pola magnetycznego, nie wszystkie domeny tracą swoją orientację, a ciało staje się magnesem trwałym. Porządek orientacji domen może być zakłócony przez drgania termiczne atomów. Temperatura, w której substancja przestaje być ferromagnesem, nazywana jest temperaturą Curie.

49. Indukcja elektromagnetyczna. strumień magnetyczny. Prawo indukcji elektromagnetycznej. Zasada Lenza.

W obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się pole magnetyczne, powstaje prąd elektryczny. Ten prąd nazywa się prądem indukcyjnym. Zjawisko występowania prądu w obwodzie zamkniętym ze zmianami pola magnetycznego penetrującego obwód nazywamy indukcją elektromagnetyczną. Pojawienie się prądu w obwodzie zamkniętym wskazuje na obecność sił zewnętrznych o charakterze nieelektrostatycznym lub występowanie indukcyjnego pola elektromagnetycznego. Opis ilościowy Zjawisko indukcji elektromagnetycznej podano na podstawie ustalenia związku między sem indukcji a strumieniem magnetycznym. strumień magnetyczny F przez powierzchnię nazywana jest wielkością fizyczną równą iloczynowi pola powierzchni S na moduł wektora indukcji magnetycznej B oraz przez cosinus kąta a między nim a normalną do powierzchni . Jednostką strumienia magnetycznego jest weber, równy strumieniowi, który równomiernie zmniejszając się do zera w ciągu 1 sekundy, powoduje emf o wartości 1 wolta. Kierunek prądu indukcyjnego zależy od tego, czy strumień przenikający przez obwód wzrasta czy maleje, a także od kierunku pola względem obwodu. Ogólne sformułowanie reguły Lenza: prąd indukcyjny powstający w obwodzie zamkniętym ma taki kierunek, że wytworzony przez niego strumień magnetyczny przez obszar ograniczony przez obwód ma tendencję do kompensowania zmiany strumienia magnetycznego, która powoduje ten prąd. Prawo indukcji elektromagnetycznej: SEM indukcji w obwodzie zamkniętym jest wprost proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód i jest równa szybkości zmiany tego strumienia, biorąc pod uwagę Lenza reguła. Podczas zmiany pola elektromagnetycznego w cewce składającej się z n identyczne obroty, całkowity emf w n razy więcej pola elektromagnetycznego w jednej cewce. Dla jednorodnego pola magnetycznego, w oparciu o definicję strumienia magnetycznego, wynika, że ​​indukcja wynosi 1 tesla, jeśli strumień w obwodzie o powierzchni 1 metra kwadratowego wynosi 1 webera. Wystąpienie prądu elektrycznego w nieruchomym przewodniku nie jest wyjaśnione oddziaływaniem magnetycznym, ponieważ Pole magnetyczne działa tylko na poruszające się ładunki. Pole elektryczne, które występuje, gdy zmienia się pole magnetyczne, nazywa się polem elektrycznym wiru. Praca sił pola wirowego na ruch ładunków to EMF indukcji. Pole wirowe nie jest połączone z ładunkami i jest linią zamkniętą. Praca sił tego pola wzdłuż zamkniętego konturu może być różna od zera. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej występuje również wtedy, gdy źródło strumienia magnetycznego znajduje się w spoczynku, a przewodnik się porusza. W tym przypadku przyczyną indukcyjnego pola elektromagnetycznego jest równa , to siła Lorentza.

50. Zjawisko samoindukcji. Indukcyjność. Energia pola magnetycznego.

Prąd elektryczny przepływający przez przewodnik wytwarza wokół niego pole magnetyczne. strumień magnetyczny F przez kontur jest proporcjonalna do wektora indukcji magnetycznej W, a indukcja z kolei siła prądu w przewodniku. Dlatego dla strumienia magnetycznego możemy napisać . Współczynnik proporcjonalności nazywany jest indukcyjnością i zależy od właściwości przewodnika, jego wymiarów i środowiska, w którym się znajduje. Jednostką indukcyjności jest henryk, indukcyjność to 1 henryk, jeśli przy natężeniu 1 ampera strumień magnetyczny wynosi 1 webera. Kiedy zmienia się natężenie prądu w cewce, zmienia się strumień magnetyczny wytworzony przez ten prąd. Zmiana strumienia magnetycznego powoduje pojawienie się w cewce indukcji EMF. Zjawisko pojawienia się indukcji pola elektromagnetycznego w cewce w wyniku zmiany natężenia prądu w tym obwodzie nazywa się samoindukcją. Zgodnie z zasadą Lenza, EMF samoindukcji zapobiega wzrostowi, gdy obwód jest włączony, i zmniejszeniu, gdy obwód jest wyłączony. SEM samoindukcji powstającej w cewce z indukcyjnością L, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej jest równa . Załóżmy, że gdy sieć jest odłączona od źródła, prąd maleje zgodnie z prawem liniowym. Wtedy EMF samoindukcji ma stałą wartość równą . W trakcie t w liniowym spadku obwodu ładunek przejdzie. W tym przypadku praca prądu elektrycznego jest równa . Ta praca jest wykonywana dla światła energii W m pole magnetyczne cewki.

51. Wibracje harmoniczne. Amplituda, okres, częstotliwość i faza oscylacji.

Wibracje mechaniczne to ruchy ciał, które w regularnych odstępach czasu powtarzają się dokładnie lub w przybliżeniu. Siły działające między ciałami w rozpatrywanym układzie ciał nazywane są siłami wewnętrznymi. Siły działające na ciała układu z innych ciał nazywane są siłami zewnętrznymi. Drgania swobodne nazywane są drganiami, które powstały pod wpływem siły wewnętrzne, na przykład - wahadło na nitce. Oscylacje pod działaniem sił zewnętrznych to oscylacje wymuszone, na przykład tłok w silniku. Wspólną cechą wszystkich rodzajów oscylacji jest powtarzalność procesu ruchu po określonym przedziale czasu. Oscylacje opisane przez równanie nazywane są harmonicznymi. . W szczególności drgania występujące w układzie z jedną siłą przywracającą proporcjonalną do odkształcenia są harmoniczne. Minimalny interwał, przez który powtarza się ruch ciała, nazywa się okresem oscylacji. T. Wielkość fizyczna, która jest odwrotnością okresu oscylacji i charakteryzuje liczbę drgań w jednostce czasu, nazywa się częstotliwością. Częstotliwość jest mierzona w hercach, 1 Hz = 1 s -1. Stosowane jest również pojęcie częstotliwości cyklicznej, która określa liczbę oscylacji w 2p sekundach. Moduł maksymalnego przemieszczenia od położenia równowagi nazywamy amplitudą. Wartość pod znakiem cosinusa to faza oscylacji, j 0 to początkowa faza oscylacji. Pochodne zmieniają się również harmonicznie i , a całkowita energia mechaniczna z dowolnym odchyleniem X(kąt, współrzędna itp.) to , gdzie ALE oraz W to stałe określone przez parametry systemu. Rozróżniając to wyrażenie i biorąc pod uwagę brak sił zewnętrznych, można zapisać co , skąd .

52. Wahadło matematyczne. Wibracje obciążenia sprężyny. Okres drgań wahadła matematycznego i ciężarka na sprężynie.

Ciało o niewielkich rozmiarach, zawieszone na nierozciągliwej nici, której masa jest znikoma w porównaniu z masą ciała, nazywa się wahadłem matematycznym. Pozycja pionowa to pozycja równowagi, w której siła grawitacji jest równoważona siłą sprężystości. Przy niewielkich odchyleniach wahadła od położenia równowagi powstaje siła wypadkowa skierowana w stronę położenia równowagi, której oscylacje są harmoniczne. Okres drgania harmoniczne wahadło matematyczne o małym kącie wychylenia jest równe . Aby wyprowadzić ten wzór, piszemy drugie prawo Newtona dla wahadła. Na wahadło działa siła grawitacji i napięcie struny. Ich wypadkowa przy małym kącie ugięcia to . W konsekwencji, , gdzie .

Przy drganiach harmonicznych ciała zawieszonego na sprężynie siła sprężystości jest równa zgodnie z prawem Hooke'a. Zgodnie z drugim prawem Newtona.

53. Konwersja energii podczas drgań harmonicznych. Wibracje wymuszone. Rezonans.

Kiedy wahadło matematyczne odchyla się od położenia równowagi, jego energia potencjalna wzrasta, ponieważ zwiększa się odległość od ziemi. Podczas przechodzenia do położenia równowagi prędkość wahadła wzrasta, a energia kinetyczna wzrasta, ze względu na spadek potencjalnej rezerwy. W pozycji równowagi energia kinetyczna jest maksymalna, energia potencjalna minimalna. W pozycji maksymalnego odchylenia - odwrotnie. Ze sprężyną - ta sama, ale nie energia potencjalna w polu grawitacyjnym Ziemi, ale energia potencjalna sprężyny. Wibracje swobodne okazują się zawsze tłumione, tj. o malejącej amplitudzie, ponieważ energia jest zużywana na interakcję z otaczającymi ciałami. Strata energii w tym przypadku jest równa pracy sił zewnętrznych w tym samym czasie. Amplituda zależy od częstotliwości zmiany siły. Swoją maksymalną amplitudę osiąga przy częstotliwości drgań siły zewnętrznej, która pokrywa się z częstotliwością drgań własnych układu. Zjawisko wzrostu amplitudy drgań wymuszonych w opisanych warunkach nazywamy rezonansem. Ponieważ w rezonansie siła zewnętrzna wykonuje maksymalną dodatnią pracę przez okres, warunek rezonansu można zdefiniować jako warunek maksymalnego transferu energii do układu.

54. Propagacja drgań w ośrodkach sprężystych. Fale poprzeczne i podłużne. Długość fali. Zależność długości fali od prędkości jej propagacji. Fale dźwiękowe. Prędkość dźwięku. Ultradźwięk

Wzbudzenie oscylacji w jednym miejscu ośrodka powoduje wymuszone oscylacje sąsiednich cząstek. Proces propagacji drgań w przestrzeni nazywany jest falą. Fale, w których drgania występują prostopadle do kierunku propagacji, nazywane są falami poprzecznymi. Fale, w których drgania występują wzdłuż kierunku propagacji fali, nazywane są falami podłużnymi. Fale podłużne mogą występować we wszystkich ośrodkach, poprzeczne - in ciała stałe pod działaniem sił sprężystych podczas deformacji lub sił napięcia powierzchniowego i grawitacji. Prędkość propagacji oscylacji v w przestrzeni nazywana jest prędkością fali. Odległość l pomiędzy najbliższymi sobie punktami, oscylującymi w tych samych fazach, nazywana jest długością fali. Zależność długości fali od prędkości i okresu wyraża się jako , lub . Kiedy pojawiają się fale, ich częstotliwość jest określana przez częstotliwość drgań źródła, a prędkość jest określana przez ośrodek, w którym się rozchodzą, dlatego fale o tej samej częstotliwości mogą mieć różną długość w różnych ośrodkach. Procesy kompresji i rozrzedzenia w powietrzu rozchodzą się we wszystkich kierunkach i nazywane są falami dźwiękowymi. Fale dźwiękowe są podłużne. Prędkość dźwięku, podobnie jak prędkość każdej fali, zależy od medium. W powietrzu prędkość dźwięku wynosi 331 m/s, w wodzie 1500 m/s, w stali 6000 m/s. Ciśnienie akustyczne to dodatkowe ciśnienie w gazie lub cieczy spowodowane falą dźwiękową. Intensywność dźwięku mierzy się energią przenoszoną przez fale dźwiękowe na jednostkę czasu przez jednostkę powierzchni odcinka prostopadłego do kierunku propagacji fali i jest mierzona w watach na metr kwadratowy. Intensywność dźwięku określa jego głośność. Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości drgań. Ultradźwięki i infradźwięki nazywane są drganiami dźwiękowymi, które leżą poza granicami słyszenia o częstotliwościach odpowiednio 20 kiloherców i 20 herców.

55. Swobodne drgania elektromagnetyczne w obwodzie. Konwersja energii w obwodzie oscylacyjnym. Częstotliwość drgań własnych w obwodzie.

Elektryczny obwód oscylacyjny to układ składający się z kondensatora i cewki połączonych w obwodzie zamkniętym. Gdy cewka jest połączona z kondensatorem, w cewce generowany jest prąd, a energia pola elektrycznego jest przekształcana w energię pola magnetycznego. Kondensator nie rozładowuje się natychmiast, ponieważ. zapobiega temu pole elektromagnetyczne samoindukcji w cewce. Gdy kondensator zostanie całkowicie rozładowany, samoindukcyjne pole elektromagnetyczne zapobiegnie spadkowi prądu, a energia pola magnetycznego zamieni się w energię elektryczną. Prąd powstający w tym przypadku ładuje kondensator, a znak ładunku na płytkach będzie przeciwny do oryginału. Następnie proces jest powtarzany, aż cała energia zostanie wydana na ogrzewanie elementów obwodu. W ten sposób energia pola magnetycznego w obwodzie oscylacyjnym jest zamieniana na energię elektryczną i odwrotnie. Dla całkowitej energii układu można zapisać zależności: , skąd na dowolny moment czasu . Jak wiadomo, dla kompletnego łańcucha . Zakładając, że w idealnym przypadku R"0, w końcu otrzymujemy , lub . Rozwiązaniem tego równania różniczkowego jest funkcja , gdzie . Wartość w nazywana jest własną kołową (cykliczną) częstotliwością oscylacji w obwodzie.

56. Wymuszone oscylacje elektryczne. Zmienny prąd elektryczny. Generator prąd przemienny. Zasilanie prądem zmiennym.

Prąd przemienny w obwodach elektrycznych jest wynikiem wzbudzenia wymuszonego oscylacje elektromagnetyczne. Niech płaska cewka ma powierzchnię S i wektor indukcyjny B tworzy kąt j z prostopadłą do płaszczyzny cewki. strumień magnetyczny F przez obszar cewki w tym przypadku określa się wyrażenie . Gdy cewka obraca się z częstotliwością n, kąt j zmienia się zgodnie z prawem ., wtedy wyrażenie na przepływ przyjmie postać. Zmiany strumienia magnetycznego tworzą emf indukcyjny równy minus szybkości zmiany strumienia. Dlatego zmiana pola elektromagnetycznego indukcji nastąpi zgodnie z prawem harmonicznym. Napięcie pobierane z wyjścia generatora jest proporcjonalne do liczby zwojów uzwojenia. Gdy napięcie zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym natężenie pola w przewodniku zmienia się zgodnie z tym samym prawem. Pod działaniem pola powstaje coś, czego częstotliwość i faza pokrywają się z częstotliwością i fazą oscylacji napięcia. Wahania prądu w obwodzie są wymuszone, powstające pod wpływem przyłożonego napięcia przemiennego. Jeżeli fazy prądu i napięcia pokrywają się, moc prądu przemiennego jest równa lub . Średnia wartość kwadratu cosinusa w okresie wynosi 0,5, więc . Efektywną wartością natężenia prądu jest natężenie prądu stałego, który uwalnia taką samą ilość ciepła w przewodniku jak prąd przemienny. Przy amplitudzie Imax oscylacje harmoniczne prądu, skuteczne napięcie jest równe. Aktualna wartość napięcia jest również kilkakrotnie mniejsza od jego wartości amplitudy.Średnia moc prądu przy pokrywaniu się faz drgań określana jest poprzez efektywną siłę napięcia i prądu.

5 7. Rezystancja czynna, indukcyjna i pojemnościowa.

aktywny opór R nazywana wielkością fizyczną równą stosunkowi mocy do kwadratu prądu, którą otrzymuje się z wyrażenia na moc. Przy niskich częstotliwościach praktycznie nie zależy od częstotliwości i pokrywa się z oporem elektrycznym przewodnika.

Niech cewka zostanie podłączona do obwodu prądu przemiennego. Następnie, gdy siła prądu zmienia się zgodnie z prawem, w cewce pojawia się samoindukcyjne emf. Dlatego rezystancja elektryczna cewki wynosi zero, to siła elektromotoryczna jest równa minusowi napięcia na końcach cewki, wytworzonego przez zewnętrzny generator (??? Jaki inny generator????). Dlatego zmiana prądu powoduje zmianę napięcia, ale z przesunięciem fazowym . Iloczynem jest amplituda wahań napięcia, tj. . Stosunek amplitudy wahań napięcia na cewce do amplitudy wahań prądu nazywamy reaktancją indukcyjną .

Niech w obwodzie będzie kondensator. Kiedy jest włączony, ładuje się przez jedną czwartą okresu, a następnie rozładowuje tę samą kwotę, potem to samo, ale ze zmianą polaryzacji. Gdy napięcie na kondensatorze zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym ładunek na jego płytkach jest równy . Prąd w obwodzie występuje, gdy zmienia się ładunek: podobnie jak w przypadku cewki amplituda oscylacji prądu jest równa . Wartość równa stosunkowi amplitudy do aktualnej siły nazywamy pojemnością .

58. Prawo Ohma dla prądu przemiennego.

Rozważ obwód składający się z rezystora, cewki i kondensatora połączonych szeregowo. W dowolnym momencie przyłożone napięcie jest równe sumie napięć na każdym elemencie. Wahania prądu we wszystkich elementach zachodzą zgodnie z prawem. Fluktuacje napięcia na rezystorze są w fazie z fluktuacjami prądu, fluktuacje napięcia na kondensatorze są opóźnione w stosunku do fluktuacji prądu, fluktuacje napięcia na cewce prowadzą do fluktuacji prądu w fazie o (dlaczego są w tyle?). Dlatego warunek równości sumy naprężeń do sumy można zapisać jako. Korzystając z wykresu wektorowego, możesz zobaczyć, że amplituda napięcia w obwodzie wynosi , lub , tj. . Oznaczono impedancję obwodu . Z wykresu widać, że napięcie również zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym . Początkową fazę j można znaleźć za pomocą wzoru . Moc chwilowa w obwodzie prądu przemiennego jest równa. Ponieważ średnia wartość kwadratu cosinusa w okresie wynosi 0,5, . Jeśli w obwodzie jest cewka i kondensator, to zgodnie z prawem Ohma dla prądu przemiennego. Wartość nazywana jest współczynnikiem mocy.

59. Rezonans w obwodzie elektrycznym.

Rezystancje pojemnościowe i indukcyjne zależą od częstotliwości przyłożonego napięcia. Dlatego przy stałej amplitudzie napięcia amplituda natężenia prądu zależy od częstotliwości. Przy takiej wartości częstotliwości, przy której suma napięć na cewce i kondensatorze staje się równa zeru, ponieważ ich oscylacje mają przeciwną fazę. W rezultacie napięcie na rezystancji czynnej przy rezonansie okazuje się równe pełnemu napięciu, a natężenie prądu osiąga wartość maksymalną. Rezystancję indukcyjną i pojemnościową wyrażamy w rezonansie: , W konsekwencji . To wyrażenie pokazuje, że w rezonansie amplituda wahań napięcia na cewce i kondensatorze może przekroczyć amplitudę przyłożonych wahań napięcia.

60. Transformator.

Transformator składa się z dwóch cewek o różnej liczbie zwojów. Po przyłożeniu napięcia do jednej z cewek generowany jest w niej prąd. Jeśli napięcie zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym, to prąd również zmieni się zgodnie z tym samym prawem. Strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę wynosi . Kiedy strumień magnetyczny zmienia się w każdym obrocie pierwszej cewki, powstaje emf samoindukcji. Iloczynem jest amplituda EMF w jednym obrocie, całkowita EMF w uzwojeniu pierwotnym. Dlatego cewka wtórna jest przebijana przez ten sam strumień magnetyczny. Dlatego strumienie magnetyczne są więc takie same. Aktywna rezystancja uzwojenia jest niewielka w porównaniu z reaktancją indukcyjną, więc napięcie jest w przybliżeniu równe EMF. Stąd. Współczynnik Do zwany współczynnikiem transformacji. Straty cieplne przewodów i rdzeni są więc niewielkie F1" F 2. Strumień magnetyczny jest proporcjonalny do prądu w uzwojeniu i liczby zwojów. Stąd tj. . Tych. transformator zwiększa napięcie w Do razy, zmniejszając prąd o tę samą kwotę. Obecna moc w obu obwodach, pomijając straty, jest taka sama.

61. Fale elektromagnetyczne. Szybkość ich rozprzestrzeniania się. Właściwości fal elektromagnetycznych.

Każda zmiana strumienia magnetycznego w obwodzie powoduje pojawienie się w nim prądu indukcyjnego. Jego pojawienie się tłumaczy pojawienie się wirowego pola elektrycznego przy każdej zmianie pola magnetycznego. Wirowe palenisko elektryczne ma taką samą właściwość jak zwykłe - do generowania pola magnetycznego. Tak więc raz rozpoczęty proces wzajemnego generowania pól magnetycznych i elektrycznych trwa nieprzerwanie. Elektryczne i pola magnetyczne, które tworzą fale elektromagnetyczne, mogą również istnieć w próżni, w przeciwieństwie do innych procesów falowych. Na podstawie eksperymentów z interferencją ustalono prędkość propagacji fal elektromagnetycznych, która wynosiła około . W ogólnym przypadku prędkość fali elektromagnetycznej w dowolnym ośrodku oblicza się ze wzoru . Gęstości energii elementów elektrycznych i magnetycznych są sobie równe: , gdzie . Właściwości fal elektromagnetycznych są podobne do właściwości innych procesów falowych. Przechodząc przez interfejs między dwoma mediami, są częściowo odbijane, częściowo załamywane. Nie odbijają się od powierzchni dielektryka, ale prawie całkowicie odbijają się od metali. Fale elektromagnetyczne mają właściwości interferencji (eksperyment Hertza), dyfrakcji (płyta aluminiowa), polaryzacji (siatka).

62. Zasady komunikacji radiowej. Najprostszy odbiornik radiowy.

Do realizacji komunikacji radiowej konieczne jest zapewnienie możliwości promieniowania fal elektromagnetycznych. Im większy kąt pomiędzy płytami kondensatora, tym swobodniej fale EM rozchodzą się w przestrzeni. W rzeczywistości obwód otwarty składa się z cewki i długiego drutu - anteny. Jeden koniec anteny jest uziemiony, drugi unosi się ponad powierzchnię Ziemi. Dlatego Ponieważ energia fal elektromagnetycznych jest proporcjonalna do czwartej potęgi częstotliwości, to podczas oscylacji prądu przemiennego częstotliwości dźwiękowych fale EM praktycznie nie występują. Dlatego stosowana jest zasada modulacji - częstotliwość, amplituda lub faza. Na rysunku pokazano najprostszy generator modulowanych oscylacji. Niech częstotliwość drgań obwodu zmienia się zgodnie z prawem. Niech zmienia się również częstotliwość modulowanych drgań dźwięku, gdy , i W<(co to do diabła dokładnie???)(G jest odwrotnością oporu). Podstawiając w tym wyrażeniu wartości naprężeń, gdzie , otrzymujemy . Dlatego w rezonansie odcinane są częstotliwości dalekie od częstotliwości rezonansowej, a następnie z wyrażenia na i drugi, trzeci i piąty wyraz znikają; .

Rozważ prosty odbiornik radiowy. Składa się z anteny, obwodu oscylacyjnego ze zmiennym kondensatorem, diody detekcyjnej, rezystora i telefonu. Częstotliwość obwodu oscylacyjnego dobierana jest w taki sposób, aby pokrywała się z częstotliwością nośną, natomiast amplituda oscylacji na kondensatorze staje się maksymalna. Pozwala to wybrać żądaną częstotliwość spośród wszystkich odebranych. Z obwodu do detektora docierają modulowane oscylacje o wysokiej częstotliwości. Po przejściu przez detektor prąd ładuje kondensator co pół cyklu, a w kolejnym pół cyklu, gdy przez diodę nie przepływa prąd, kondensator rozładowuje się przez rezystor. (Czy dobrze zrozumiałem???).

64. Analogia między drganiami mechanicznymi i elektrycznymi.

Analogie między drganiami mechanicznymi i elektrycznymi wyglądają tak:

Sekcja 1 MECHANIKA

Rozdział 1: Podstawy kinematyki

ruch mechaniczny. Trajektoria. Ścieżka i ruch. Dodawanie prędkości

mechaniczny ruch ciała, nazwał zmianę jego położenia w przestrzeni w stosunku do innych ciał w czasie.

Badania mechanicznego ruchu ciał Mechanika. Nazywa się dział mechaniki opisujący geometryczne właściwości ruchu bez uwzględnienia mas ciał i działających sił kinematyka .

Ruch mechaniczny jest względny. Aby określić położenie ciała w przestrzeni, musisz znać jego współrzędne. Aby określić współrzędne punktu materialnego, należy najpierw wybrać ciało odniesienia i skojarzyć z nim układ współrzędnych.

Organ referencyjnynazywa się ciało, w stosunku do którego określana jest pozycja innych ciał. Organ referencyjny jest wybierany arbitralnie. Może to być wszystko: ziemia, budynek, samochód, statek itp.

Układ współrzędnych, ciało odniesienia, z którym jest powiązany, oraz wskazanie formy odniesienia czasu system odniesienia , względem którego rozpatrywany jest ruch ciała (ryc. 1.1).

Nazywa się ciało, którego wymiary, kształt i budowę można pominąć podczas badania danego ruchu mechanicznego punkt materialny . Za punkt materialny można uznać ciało, którego wymiary są znacznie mniejsze niż odległości charakterystyczne dla ruchu rozpatrywanego w zadaniu.

Trajektoriato linia, wzdłuż której porusza się ciało.

W zależności od rodzaju trajektorii ruchu dzieli się je na prostoliniowe i krzywoliniowe.

Ścieżkato długość trajektorii ℓ(m) ( rys.1.2)

Wektor narysowany od początkowej pozycji cząstki do jej końcowej pozycji nazywa się poruszający tę cząsteczkę przez określony czas.

W przeciwieństwie do ścieżki, przemieszczenie nie jest skalarem, ale wielkością wektorową, ponieważ pokazuje nie tylko jak daleko, ale także w jakim kierunku przemieściło się ciało w określonym czasie.

Moduł przemieszczenia wektora(to znaczy długość odcinka, który łączy punkt początkowy i końcowy ruchu) może być równa przebytej odległości lub mniejsza niż przebyta odległość. Jednak moduł przemieszczenia nigdy nie może być większy niż przebyta odległość. Na przykład, jeśli samochód porusza się z punktu A do punktu B po zakrzywionej ścieżce, to wartość bezwzględna wektora przemieszczenia jest mniejsza niż przebyta odległość ℓ. Droga i moduł przemieszczenia są jednakowe tylko w jednym przypadku, gdy ciało porusza się w linii prostej.

Prędkośćjest wektorową charakterystyką ilościową ruchu ciała

Średnia prędkośćjest wielkością fizyczną równą stosunkowi wektora przemieszczenia punktu do przedziału czasu

Kierunek wektora średniej prędkości pokrywa się z kierunkiem wektora przemieszczenia.

natychmiastowa prędkość, to znaczy, że prędkość w danym momencie jest wektorową wielkością fizyczną równą granicy, do której dąży średnia prędkość z nieskończonym spadkiem przedziału czasu Δt.