نکته در تعریف فیزیک چیست. حرکت مکانیکی

نقطه مادی- یک مفهوم مدل (انتزاع) از مکانیک کلاسیک، که نشان دهنده جسمی با ابعاد بسیار کوچک است، اما دارای یک جرم خاص است.

از یک طرف، یک نقطه مادی ساده ترین شی مکانیک است، زیرا موقعیت آن در فضا تنها با سه عدد تعیین می شود. به عنوان مثال، سه مختصات دکارتی از نقطه ای در فضا که نقطه مادی ما در آن قرار دارد.

از سوی دیگر، یک نقطه مادی موضوع مرجع اصلی مکانیک است، زیرا برای آن است که قوانین اساسی مکانیک تدوین می شود. تمام اشیاء دیگر مکانیک - اجسام و محیط‌های مادی - را می‌توان به‌عنوان مجموعه‌ای از نقاط مادی نشان داد. به عنوان مثال، هر جسمی را می توان به قطعات کوچک "برش" داد و هر یک از آنها را به عنوان یک نقطه مادی با جرم مربوطه در نظر گرفت.

وقتی می‌توان یک جسم واقعی را با یک نقطه مادی در هنگام طرح مسئله حرکت جسم «جایگزین» کرد، بستگی به سؤالاتی دارد که راه‌حل مسئله فرمول‌بندی شده باید به آنها پاسخ دهد.

رویکردهای مختلفی برای مسئله استفاده از مدل نقطه مادی وجود دارد.

یکی از آنها تجربی است. اعتقاد بر این است که مدل نقطه مادی زمانی قابل اجرا است که ابعاد اجسام متحرک در مقایسه با بزرگی جابجایی های نسبی این اجسام ناچیز باشد. یک تصویر منظومه شمسی است. اگر خورشید را یک نقطه مادی ثابت فرض کنیم و در نظر بگیریم که بر اساس قانون گرانش جهانی بر روی نقطه-سیاره مادی دیگری عمل می کند، مشکل حرکت نقطه-سیاره راه حل مشخصی دارد. در میان مسیرهای احتمالی حرکت نقطه، مواردی وجود دارد که قوانین کپلر، که به طور تجربی برای سیارات منظومه شمسی ایجاد شده است، بر اساس آنها انجام می شود.

بنابراین، هنگام توصیف حرکات مداری سیارات، مدل نقطه مادی کاملا رضایت بخش است. (با این حال، ساخت یک مدل ریاضی از پدیده هایی مانند خورشید گرفتگی و ماه گرفتگی مستلزم در نظر گرفتن اندازه های واقعی خورشید، زمین و ماه است، اگرچه این پدیده ها آشکارا با حرکات مداری مرتبط هستند).

نسبت قطر خورشید به قطر مدار نزدیکترین سیاره - عطارد - ~ 1 10 - 2 است و نسبت قطر سیارات نزدیک به خورشید به قطر مدار آنها ~ 1 است. ÷ 2 10 -4 . آیا این اعداد می توانند به عنوان معیاری رسمی برای نادیده گرفتن ابعاد بدن در سایر مشکلات و در نتیجه برای مقبولیت مدل نقطه مادی باشند؟ تمرین نشان می دهد که اینطور نیست.

مثلا یک گلوله کوچک ل= 1 ÷ 2 سانتی متر فاصله پرواز L= 1 ÷ 2 کیلومتر، یعنی. با این حال، مسیر پرواز (و برد) به طور قابل توجهی نه تنها به جرم گلوله، بلکه به شکل آن و به چرخش آن نیز بستگی دارد. بنابراین، حتی یک گلوله کوچک، به طور دقیق، نمی تواند یک نقطه مادی در نظر گرفته شود. اگر در مسائل بالستیک خارجی، یک بدنه پرتابه اغلب به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفته می شود، در این صورت این با تعدادی شرایط اضافی همراه است که، به عنوان یک قاعده، به طور تجربی ویژگی های واقعی بدن را در نظر می گیرند.

اگر به فضانوردی روی بیاوریم، هنگامی که یک فضاپیما (SC) به یک مدار کاری پرتاب می شود، در محاسبات بیشتر از مسیر پرواز آن، یک نقطه مادی در نظر گرفته می شود، زیرا هیچ تغییری در شکل SC هیچ تأثیر قابل توجهی بر مدار زمین ندارد. خط سیر فقط گاهی اوقات، هنگام اصلاح مسیر، اطمینان از جهت گیری دقیق موتورهای جت در فضا ضروری می شود.

هنگامی که محفظه فرود در فاصله 100 کیلومتری به سطح زمین نزدیک می شود، فوراً به یک جسم تبدیل می شود، زیرا "کنار" که وارد لایه های متراکم جو می شود تعیین می کند که آیا محفظه فضانوردان و مواد برگشتی را به زمین تحویل می دهد یا خیر. نقطه مورد نظر روی زمین . .

مدل یک نقطه مادی عملاً برای توصیف حرکات اجسام فیزیکی ریز جهان مانند ذرات بنیادی، هسته‌های اتمی، یک الکترون و غیره غیرقابل قبول است.

رویکرد دیگر به موضوع استفاده از مدل نقطه مادی، عقلانی است. بر اساس قانون تغییر تکانه سیستم، که برای جسم جداگانه ای اعمال می شود، مرکز جرم C جسم شتابی برابر با نقطه مادی (بیایید آن را معادل بنامیم) دارد که تحت تأثیر نیروهای مشابه قرار می گیرد. بدن، یعنی

به طور کلی، نیروی حاصل را می توان به صورت مجموع نشان داد که در آن فقط به و (بردار شعاع و سرعت نقطه C) و - و به سرعت زاویه ای جسم و جهت آن بستگی دارد.

اگر یک اف 2 = 0، سپس رابطه فوق به معادله حرکت یک نقطه مادی معادل تبدیل می شود.

در این حالت، حرکت مرکز جرم جسم مستقل از حرکت دورانی جسم است. بنابراین، امکان استفاده از مدل نقطه مادی یک توجیه دقیق ریاضی (و نه فقط تجربی) دریافت می کند.

به طور طبیعی، در عمل شرایط اف 2 = 0 به ندرت و معمولا اف 2 شماره 0، اما ممکن است چنین شود اف 2 تا حدودی کوچک است افیکی . سپس می توان گفت که مدل یک نقطه مادی معادل مقداری تقریب در توصیف حرکت یک جسم است. تخمینی از دقت چنین تقریبی را می توان به صورت ریاضی به دست آورد و اگر این تخمین برای «مصرف کننده» قابل قبول باشد، جایگزینی بدنه با یک نقطه مادی معادل قابل قبول است، در غیر این صورت چنین جایگزینی منجر به خطاهای قابل توجه

این همچنین می تواند زمانی رخ دهد که بدن به سمت جلو حرکت می کند و از نقطه نظر سینماتیک می تواند با نقطه ای معادل "جایگزین" شود.

به طور طبیعی، مدل نقطه مادی برای پاسخ به سؤالاتی مانند "چرا ماه فقط با یک طرف خود رو به زمین است؟" مناسب نیست. پدیده های مشابه با حرکت چرخشی بدن همراه است.

ویتالی سامسونوف

تعریف

نقطه مادی یک جسم ماکروسکوپی است که ابعاد، شکل، چرخش و ساختار داخلی آن هنگام توصیف حرکت آن نادیده گرفته می شود.

این سؤال که آیا یک جسم معین را می توان به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، به اندازه این جسم بستگی ندارد، بلکه به شرایط مسئله در حال حل بستگی دارد. به عنوان مثال، شعاع زمین بسیار کمتر از فاصله زمین تا خورشید است و حرکت مداری آن را می توان به خوبی حرکت یک نقطه مادی با جرمی برابر با جرم زمین و واقع در آن توصیف کرد. مرکز با این حال، هنگام در نظر گرفتن حرکت روزانه زمین حول محور خود، جایگزینی آن با یک نقطه مادی منطقی نیست. کاربرد مدل نقطه مادی برای یک جسم خاص نه به اندازه خود جسم بلکه به شرایط حرکت آن بستگی دارد. به ویژه، مطابق با قضیه حرکت مرکز جرم یک سیستم در حین حرکت انتقالی، هر جسم صلب را می توان نقطه مادی در نظر گرفت که موقعیت آن با مرکز جرم جسم منطبق است.

جرم، موقعیت، سرعت و برخی دیگر از خواص فیزیکی یک نقطه مادی در هر لحظه خاص از زمان، رفتار آن را به طور کامل تعیین می کند.

موقعیت یک نقطه مادی در فضا به عنوان موقعیت یک نقطه هندسی تعریف می شود. در مکانیک کلاسیک، جرم یک نقطه مادی در زمان ثابت و مستقل از هر گونه ویژگی حرکت و تعامل آن با اجسام دیگر فرض می‌شود. در رویکرد بدیهی به ساخت مکانیک کلاسیک، موارد زیر به عنوان یکی از بدیهیات پذیرفته شده است:

اصل

نقطه مادی یک نقطه هندسی است که با مقیاسی به نام جرم همراه است: $(r,m)$، که در آن $r$ یک بردار در فضای اقلیدسی است که به برخی از سیستم مختصات دکارتی اشاره دارد. جرم ثابت فرض می شود، مستقل از موقعیت نقطه در فضا یا زمان.

انرژی مکانیکی می تواند توسط یک نقطه مادی فقط به صورت انرژی جنبشی حرکت آن در فضا و (یا) انرژی پتانسیل تعامل با میدان ذخیره شود. این به طور خودکار به این معنی است که یک نقطه مادی قادر به تغییر شکل نیست (فقط یک جسم کاملاً صلب را می توان نقطه مادی نامید) و چرخش حول محور خود و تغییر جهت این محور در فضا. در عین حال، مدل حرکت بدن توصیف شده توسط یک نقطه مادی، که شامل تغییر فاصله آن از یک مرکز چرخش آنی و دو زاویه اویلر است که جهت خط اتصال این نقطه را به مرکز تعیین می کند، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در بسیاری از شاخه های مکانیک

روش مطالعه قوانین حرکت اجسام واقعی با مطالعه حرکت یک مدل ایده آل - یک نقطه مادی - اصلی ترین روش در مکانیک است. هر جسم ماکروسکوپی را می توان به صورت مجموعه ای از نقاط مادی متقابل g با جرم هایی برابر با جرم اجزای آن نشان داد. مطالعه حرکت این قطعات به مطالعه حرکت نقاط مادی خلاصه می شود.

محدودیت‌های کاربرد مفهوم نقطه مادی را می‌توان از این مثال دید: در یک گاز کمیاب در دمای بالا، اندازه هر مولکول در مقایسه با فاصله معمول بین مولکول‌ها بسیار کوچک است. به نظر می رسد که می توان آنها را نادیده گرفت و مولکول را می توان یک نقطه مادی در نظر گرفت. با این حال، همیشه اینطور نیست: ارتعاشات و چرخش های یک مولکول مخزن مهمی از "انرژی داخلی" مولکول است که "ظرفیت" آن توسط اندازه مولکول، ساختار و خواص شیمیایی آن تعیین می شود. در یک تقریب خوب، گاهی اوقات می توان یک مولکول تک اتمی (گازهای بی اثر، بخارات فلزی و غیره) را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، اما حتی در چنین مولکول هایی در دمای به اندازه کافی بالا، برانگیختگی پوسته های الکترونی در اثر برخوردهای مولکولی مشاهده می شود که به دنبال آن مشاهده می شود. توسط انتشار

تمرین 1

الف) ورود خودرو به گاراژ؛

ب) یک ماشین در بزرگراه ورونژ - روستوف؟

الف) ماشینی که وارد گاراژ می شود را نمی توان به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، زیرا در این شرایط ابعاد ماشین قابل توجه است.

ب) یک ماشین در بزرگراه Voronezh-Rostov را می توان به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، زیرا ابعاد ماشین بسیار کوچکتر از فاصله بین شهرها است.

آیا می توان آن را به عنوان یک نکته مادی در نظر گرفت:

الف) پسری که در راه مدرسه به خانه 1 کیلومتر راه می رود.

ب) پسری که تمرین می کند.

الف) وقتی پسری در بازگشت از مدرسه مسافت 1 کیلومتری را تا خانه طی می کند، پسر در این حرکت را می توان نقطه مادی دانست، زیرا اندازه او نسبت به مسافتی که طی می کند کوچک است.

ب) وقتی همین پسر ورزش صبحگاهی انجام می دهد، نمی توان او را نکته مادی دانست.

نقطه مادی

نقطه مادی(ذره) - ساده ترین مدل فیزیکی در مکانیک - جسم ایده آلی که ابعاد آن برابر با صفر است، همچنین می توان در مفروضات مسئله مورد بررسی، ابعاد جسم را نسبت به سایر ابعاد یا فواصل بی نهایت کوچک در نظر گرفت. موقعیت یک نقطه مادی در فضا به عنوان موقعیت یک نقطه هندسی تعریف می شود.

در عمل، یک نقطه مادی به عنوان جسمی با جرم شناخته می شود که در هنگام حل این مشکل می توان از اندازه و شکل آن غافل شد.

با حرکت مستقیم یک جسم، یک محور مختصات برای تعیین موقعیت آن کافی است.

ویژگی های خاص

جرم، موقعیت و سرعت یک نقطه مادی در هر لحظه از زمان به طور کامل رفتار و خواص فیزیکی آن را تعیین می کند.

عواقب

انرژی مکانیکی می تواند توسط یک نقطه مادی فقط به صورت انرژی جنبشی حرکت آن در فضا و (یا) انرژی پتانسیل تعامل با میدان ذخیره شود. این به طور خودکار به این معنی است که یک نقطه مادی قادر به تغییر شکل نیست (فقط یک جسم کاملاً صلب را می توان نقطه مادی نامید) و چرخش حول محور خود و تغییر جهت این محور در فضا. در عین حال، مدل حرکت بدن توصیف شده توسط یک نقطه مادی، که شامل تغییر فاصله آن از یک مرکز چرخش آنی و دو زاویه اویلر است که جهت خط اتصال این نقطه را به مرکز تعیین می کند، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در بسیاری از بخش های مکانیک

محدودیت های

محدودیت‌های کاربرد مفهوم نقطه مادی را می‌توان از این مثال دید: در یک گاز کمیاب در دمای بالا، اندازه هر مولکول در مقایسه با فاصله معمول بین مولکول‌ها بسیار کوچک است. به نظر می رسد که می توان آنها را نادیده گرفت و مولکول را می توان یک نقطه مادی در نظر گرفت. با این حال، همیشه اینطور نیست: ارتعاشات و چرخش های یک مولکول مخزن مهمی از "انرژی داخلی" مولکول است که "ظرفیت" آن توسط اندازه مولکول، ساختار و خواص شیمیایی آن تعیین می شود. در یک تقریب خوب، گاهی اوقات می توان یک مولکول تک اتمی (گازهای بی اثر، بخارات فلزی و غیره) را به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، اما حتی در چنین مولکول هایی در دمای به اندازه کافی بالا، برانگیختگی پوسته های الکترونی به دلیل برخوردهای مولکولی مشاهده می شود که به دنبال آن برخورد می شود. توسط انتشار

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

• حرکت مکانیکی
• بدنه کاملا سفت

ببینید «نقطه مادی» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

نقطه مادییک نقطه با جرم است. در مکانیک از مفهوم نقطه مادی در مواردی استفاده می شود که ابعاد و شکل جسم در بررسی حرکت آن نقشی ندارد و فقط جرم آن مهم است. تقریباً هر جسمی را می توان به عنوان یک نقطه مادی در نظر گرفت، اگر ... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

نقطه مادی- مفهومی که در مکانیک برای تعیین جسمی که به عنوان نقطه ای دارای جرم در نظر گرفته می شود، معرفی شده است. موقعیت M.t در سمت راست به عنوان موقعیت geom تعریف می شود. نقاطی که حل مسائل در مکانیک را بسیار ساده می کند. در عمل می توان بدن را در نظر گرفت ...... دایره المعارف فیزیکی

نقطه مادی- یک نقطه با جرم. [مجموعه اصطلاحات توصیه شده. شماره 102. مکانیک نظری. آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی. کمیته اصطلاحات علمی و فنی. 1984] موضوعات مکانیک نظری EN ذرات DE مواد Punkt FR نقطه ماده … کتابچه راهنمای مترجم فنی

نقطه مادی دایره المعارف مدرن

نقطه مادی- در مکانیک: جسم بی نهایت کوچک. فرهنگ لغات کلمات خارجی موجود در زبان روسی. Chudinov A.N.، 1910 ... فرهنگ لغت کلمات خارجی زبان روسی

نقطه مادی- نقطه ماده، مفهومی است که در مکانیک برای تعیین جسمی معرفی شده است که اندازه و شکل آن قابل چشم پوشی است. موقعیت یک نقطه مادی در فضا به عنوان موقعیت یک نقطه هندسی تعریف می شود. بدن را می توان مادی دانست ...... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

نقطه مادی- مفهومی که در مکانیک برای جسمی با اندازه بینهایت کوچک و دارای جرم معرفی شده است. موقعیت یک نقطه مادی در فضا به عنوان موقعیت یک نقطه هندسی تعریف می شود که حل مسائل در مکانیک را ساده می کند. تقریبا هر بدنی می تواند ...... فرهنگ لغت دایره المعارفی

نقطه مادی- نقطه هندسی با جرم؛ نقطه مادی تصویری انتزاعی از جسم مادی است که جرم دارد و ابعادی ندارد... آغاز علوم طبیعی مدرن

نقطه مادی- materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. نقطه جرم؛ نقطه ماده vok. Massenpunkt، m; materieller Punkt, m rus. نقطه مادی، f; جرم نقطه ای، fpranc. جرم نقطه ای، m; نقطه ماده، m … Fizikos terminų žodynas

نقطه مادی- نقطه ای با جرم ... فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

کتاب ها

• مجموعه ای از میز. فیزیک. درجه 9 (20 جدول)، . آلبوم آموزشی 20 برگ. نقطه مادی. مختصات بدن متحرک شتاب. قوانین نیوتن قانون گرانش جهانی. حرکت مستقیم و منحنی. حرکت بدن در طول ...

از درس فیزیک پایه هفتم به یاد داریم که حرکت مکانیکی جسم حرکت آن در زمان نسبت به اجسام دیگر است. بر اساس چنین اطلاعاتی می توان مجموعه ابزارهای لازم را برای محاسبه حرکت بدن فرض کرد.

اول، ما به چیزی نیاز داریم که در رابطه با آن محاسبات خود را انجام دهیم. بعد، ما باید در مورد چگونگی تعیین موقعیت بدن نسبت به این "چیزی" توافق کنیم. و در نهایت، شما باید زمان را به نحوی تنظیم کنید. بنابراین، برای محاسبه محل قرار گرفتن بدن در یک لحظه خاص، به یک چارچوب مرجع نیاز داریم.

چارچوب مرجع در فیزیک

در فیزیک، یک سیستم مرجع مجموعه ای از یک بدن مرجع، یک سیستم مختصات مرتبط با یک بدن مرجع، و یک ساعت یا دستگاه دیگر برای اندازه گیری زمان است. در عین حال، همیشه باید به خاطر داشت که هر چارچوب مرجع مشروط و نسبی است. همیشه می توان چارچوب مرجع دیگری را اتخاذ کرد که هر حرکتی نسبت به آن ویژگی های کاملاً متفاوتی داشته باشد.

نسبیت به طور کلی جنبه مهمی است که تقریباً در هر محاسباتی در فیزیک باید مورد توجه قرار گیرد. به عنوان مثال، در بسیاری از موارد ما از تعیین مختصات دقیق یک جسم متحرک در هر زمانی فاصله داریم.

به ویژه، ما نمی توانیم ناظران با ساعت در هر صد متر در امتداد خط راه آهن از مسکو تا ولادی وستوک قرار دهیم. در این حالت سرعت و محل بدن را تقریباً برای مدتی محاسبه می کنیم.

دقت تا یک متر هنگام تعیین محل قطار در مسیری چند صد یا هزاران کیلومتری برای ما مهم نیست. برای این، تقریبی در فیزیک وجود دارد. یکی از این تقریب ها مفهوم «نقطه مادی» است.

نکته مادی در فیزیک

نقطه مادی در فیزیک به یک جسم اشاره می کند، در مواردی که می توان از اندازه و شکل آن چشم پوشی کرد. فرض بر این است که نقطه مادی جرم جسم اصلی را دارد.

به عنوان مثال، هنگام محاسبه زمانی که یک هواپیما از نووسیبیرسک به نووپولوتسک پرواز می کند، به اندازه و شکل هواپیما اهمیتی نمی دهیم. کافی است بدانیم چه سرعتی دارد و فاصله شهرها را طی می کند. در مواردی که نیاز به محاسبه مقاومت باد در ارتفاع معین و با سرعت معین داریم، بدون آگاهی دقیق از شکل و ابعاد همان هواپیما نمی توانیم انجام دهیم.

تقریباً هر جسمی را می توان یک نقطه مادی در نظر گرفت، چه زمانی که مسافت طی شده توسط بدن در مقایسه با اندازه آن زیاد باشد، یا زمانی که تمام نقاط بدن به یک شکل حرکت می کنند. مثلاً خودرویی که چند متری از فروشگاه تا تقاطع را طی کرده با این فاصله کاملاً قابل مقایسه است. اما در چنین شرایطی هم می توان آن را یک نقطه مادی دانست، زیرا تمام قسمت های خودرو به یک شکل و در یک فاصله حرکت می کردند.

اما در شرایطی که لازم باشد همان خودرو را در گاراژ قرار دهیم، دیگر نمی توان آن را یک نکته مادی در نظر گرفت. شما باید اندازه و شکل آن را در نظر بگیرید. اینها همچنین نمونه هایی هستند که لازم است نسبیت را در نظر بگیریم، یعنی با توجه به آنچه که محاسبات خاصی انجام می دهیم.

حرکت مکانیکی جسم تغییر موقعیت آن در فضا نسبت به سایر اجسام در طول زمان است. او حرکت بدن یک مکانیک را مطالعه می کند. حرکت یک جسم کاملاً صلب (بدون تغییر شکل در حین حرکت و کنش متقابل) که در آن تمام نقاط آن در یک لحظه معین از زمان به یک شکل حرکت می کنند، حرکت انتقالی نامیده می شود، برای توصیف آن، توصیف آن لازم و کافی است. حرکت یک نقطه از بدن حرکتی که در آن مسیر تمام نقاط بدن دایره هایی با مرکز یک خط مستقیم باشد و تمام صفحات دایره ها بر این خط مستقیم عمود باشند، حرکت دورانی نامیده می شود. جسمی که در شرایط معین از شکل و ابعاد آن نادیده گرفته شود، نقطه مادی نامیده می شود. این غفلت است

اگر ابعاد بدن نسبت به مسافتی که طی می کند یا فاصله جسم معین با اجسام دیگر کوچک باشد، جائز است. برای توصیف حرکت یک جسم، باید مختصات آن را در هر زمان بدانید. این وظیفه اصلی مکانیک است.

2. نسبیت حرکت. سیستم مرجع واحدها

برای تعیین مختصات یک نقطه مادی، لازم است یک بدن مرجع انتخاب شود و یک سیستم مختصات با آن مرتبط شود و مبدأ مرجع زمانی تعیین شود. سیستم مختصات و نشان دهنده مبدا مرجع زمان، سیستم مرجعی را تشکیل می دهد که حرکت جسم نسبت به آن در نظر گرفته می شود. سیستم باید با سرعت ثابت حرکت کند (یا در حالت استراحت باشد که به طور کلی یکسان است). مسیر حرکت بدن، مسافت طی شده و جابجایی به انتخاب سیستم مرجع بستگی دارد، یعنی. حرکت مکانیکی نسبی است. واحد طول متر است که مسافت طی شده توسط نور در خلاء در ثانیه است. ثانیه واحد زمان است، برابر با دوره های تابش اتم سزیم-133.

3. مسیر حرکت. مسیر و حرکت. سرعت لحظه ای

مسیر حرکت یک جسم خطی است که در فضا توسط یک نقطه مادی متحرک توصیف می شود. مسیر - طول بخش مسیر از جابجایی اولیه تا نهایی نقطه مادی. بردار شعاع - بردار اتصال مبدا و نقطه در فضا. جابجایی بردار است که نقطه شروع و پایان بخش مسیری را که در زمان سپری شده به هم متصل می کند. سرعت یک کمیت فیزیکی است که سرعت و جهت حرکت را در یک زمان معین مشخص می کند. سرعت متوسط ​​به صورت تعریف شده است. میانگین سرعت زمین برابر است با نسبت مسیر طی شده توسط جسم در یک بازه زمانی به این بازه. . سرعت لحظه ای (بردار) اولین مشتق بردار شعاع نقطه متحرک است. . سرعت لحظه ای به صورت مماس بر مسیر هدایت می شود، سرعت متوسط ​​در امتداد سکونت هدایت می شود. سرعت زمین لحظه ای (اسکالر) - اولین مشتق مسیر با توجه به زمان، از نظر بزرگی برابر با سرعت آنی

4. حرکت یکنواخت مستطیل. نمودارهای وابستگی کمیت های سینماتیکی به زمان در حرکت یکنواخت.اضافه شدن سرعت ها

حرکت با مدول و سرعت جهت ثابت را حرکت یکنواخت یکنواخت می گویند. در حرکت یکنواخت یکنواخت، یک جسم مسافت مساوی را در هر بازه زمانی مساوی طی می کند. اگر سرعت ثابت باشد، مسافت طی شده به صورت محاسبه می شود. قانون کلاسیک جمع سرعت ها به صورت زیر فرموله می شود: سرعت یک نقطه مادی نسبت به سیستم مرجع، که به صورت ثابت در نظر گرفته می شود، برابر است با مجموع بردار سرعت های نقطه در سیستم متحرک و سرعت. سیستم متحرک نسبت به سیستم ثابت

5. شتاب. حرکت یکنواخت مستطیلی با شتاب. نمودارهای وابستگی کمیت‌های سینماتیکی به زمان در حرکت شتاب‌دار یکنواخت.

حرکتی که در آن بدن در فواصل زمانی مساوی حرکات نابرابر انجام دهد حرکت غیر یکنواخت نامیده می شود. با حرکت ناهموار انتقالی، سرعت بدن در طول زمان تغییر می کند. شتاب (بردار) یک کمیت فیزیکی است که میزان تغییر سرعت را در مقدار مطلق و در جهت مشخص می کند. شتاب لحظه ای (بردار) - اولین مشتق سرعت نسبت به زمان. شتاب یکنواخت حرکتی است با شتاب ثابت در قدر و جهت. سرعت در حین حرکت با شتاب یکنواخت به صورت محاسبه می شود.

از اینجا، فرمول مسیر با حرکت یکنواخت شتاب گرفته شده است

فرمول های به دست آمده از معادلات سرعت و مسیر برای حرکت شتاب یکنواخت نیز معتبر هستند.

6. سقوط آزاد اجسام. شتاب گرانش.

سقوط جسم حرکت آن در میدان گرانش است (???) . سقوط اجسام در خلاء سقوط آزاد نامیده می شود. به طور تجربی ثابت شده است که در سقوط آزاد، اجسام بدون توجه به ویژگی های فیزیکی خود به همان ترتیب حرکت می کنند. شتاب سقوط اجسام به زمین در خلاء را شتاب سقوط آزاد می نامند و نشان می دهند.

7. حرکت یکنواخت در یک دایره. شتاب در حین حرکت یکنواخت یک جسم در دایره (شتاب مرکز)

هر حرکت در یک بخش به اندازه کافی کوچک از مسیر را می توان تقریباً به عنوان یک حرکت یکنواخت در طول یک دایره در نظر گرفت. در فرآیند حرکت یکنواخت در یک دایره، مقدار سرعت ثابت می ماند و جهت بردار سرعت تغییر می کند.<рисунок>.. بردار شتاب هنگام حرکت در امتداد دایره عمود بر بردار سرعت (جهت مماسی)، به مرکز دایره هدایت می شود. فاصله زمانی که بدن در آن یک چرخش کامل در یک دایره انجام می دهد دوره نامیده می شود. . متقابل یک دوره که تعداد دور در واحد زمان را نشان می دهد، فرکانس نامیده می شود. با استفاده از این فرمول ها، می توانیم استنباط کنیم که، یا . سرعت زاویه ای (سرعت چرخش) به صورت تعریف می شود . سرعت زاویه ای تمام نقاط بدن یکسان است و حرکت بدن در حال چرخش را به عنوان یک کل مشخص می کند. در این حالت، سرعت خطی جسم به صورت , و شتاب - به صورت .

اصل استقلال حرکات، حرکت هر نقطه از بدن را مجموع دو حرکت - انتقالی و چرخشی می داند.

8. قانون اول نیوتن. سیستم مرجع اینرسی

پدیده حفظ سرعت یک جسم در غیاب تأثیرات خارجی را اینرسی می گویند. قانون اول نیوتن، که به نام قانون اینرسی نیز شناخته می شود، می گوید: "چنین چارچوب های مرجعی وجود دارد که اجسامی که به تدریج در حال حرکت هستند، در صورتی که اجسام دیگری روی آنها عمل نکنند، سرعت خود را ثابت نگه می دارند." قاب های مرجعی که نسبت به آنها اجسام در غیاب تأثیرات خارجی در یک خط مستقیم و یکنواخت حرکت می کنند، چارچوب مرجع اینرسی نامیده می شوند. سیستم های مرجع مرتبط با زمین اینرسی در نظر گرفته می شوند، مشروط بر اینکه چرخش زمین نادیده گرفته شود.

9. توده. استحکام - قدرت. قانون دوم نیوتن ترکیب نیروها. مرکز گرانش.

دلیل تغییر سرعت یک جسم همیشه برهمکنش آن با اجسام دیگر است. وقتی دو جسم با هم تعامل دارند، سرعت ها همیشه تغییر می کنند، به عنوان مثال. شتاب دهنده ها به دست می آیند. نسبت شتاب های دو جسم برای هر فعل و انفعالی یکسان است. خاصیت جسمی که شتاب آن در تعامل با اجسام دیگر به آن بستگی دارد اینرسی نامیده می شود. معیار کمی اینرسی وزن بدن است. نسبت جرم اجسام برهم کنش برابر با نسبت معکوس مدول های شتاب است. قانون دوم نیوتن ارتباطی بین ویژگی حرکتی حرکت - شتاب و ویژگی های دینامیکی برهمکنش - نیروها برقرار می کند. ، یا به طور دقیق تر، i.e. سرعت تغییر تکانه یک نقطه مادی برابر با نیروی وارد بر آن است. با اعمال همزمان چندین نیرو بر روی یک جسم، جسم با شتابی حرکت می کند که حاصل جمع برداری شتاب هایی است که تحت تأثیر هر یک از این نیروها به طور جداگانه ایجاد می شود. نیروهای وارد بر جسم که به یک نقطه وارد می شوند، طبق قانون جمع بردارها اضافه می شوند. این حکم را اصل استقلال عمل نیروها می نامند. مرکز جرم، نقطه ای از یک جسم صلب یا سیستمی از اجسام صلب است که مانند یک نقطه مادی با جرمی برابر با مجموع جرم های کل سیستم حرکت می کند که تحت تأثیر همان نیروی حاصل از بدن . با ادغام این عبارت در طول زمان، می توان عباراتی را برای مختصات مرکز جرم به دست آورد. مرکز ثقل نقطه اعمال حاصل از تمام نیروهای گرانشی است که بر ذرات این جسم در هر موقعیتی از فضا وارد می شود. اگر ابعاد خطی بدن در مقایسه با اندازه زمین کوچک باشد، مرکز جرم با مرکز ثقل منطبق است. مجموع گشتاورهای تمام نیروهای گرانش اولیه حول هر محوری که از مرکز ثقل عبور می کند برابر با صفر است.

10. قانون سوم نیوتن.

در هر فعل و انفعال دو جسم، نسبت مدول های شتاب های به دست آمده ثابت و برابر با نسبت معکوس جرم ها است. زیرا وقتی اجسام برهم کنش دارند، بردارهای شتاب جهت مخالف دارند، می توانیم آن را بنویسیم . طبق قانون دوم نیوتن، نیرویی که بر جسم اول وارد می شود، و بر جسم دوم است. به این ترتیب، . قانون سوم نیوتن به نیروهایی که اجسام بر روی یکدیگر اثر می گذارند مربوط می کند. اگر دو جسم با یکدیگر تعامل داشته باشند، نیروهایی که بین آنها ایجاد می شود به اجسام مختلف اعمال می شود، از نظر قدر مساوی، در جهت مخالف، در امتداد یک خط مستقیم عمل می کنند و ماهیت یکسانی دارند.

11. نیروهای کشسانی. قانون هوک

نیرویی که از تغییر شکل جسم به وجود می آید و در جهت مخالف حرکت ذرات بدن در حین این تغییر شکل هدایت می شود، نیروی کشسانی نامیده می شود. آزمایش‌ها با میله نشان داد که برای تغییر شکل‌های کوچک در مقایسه با ابعاد بدنه، مدول نیروی کشسانی با مدول بردار جابجایی انتهای آزاد میله که در طرح ریزی شبیه به . این ارتباط توسط R. Hooke ایجاد شد، قانون او به این صورت فرموله شده است: نیروی کشسانی که از تغییر شکل بدن به وجود می آید متناسب با کشیدگی بدن در جهت مخالف جهت حرکت ذرات بدن در طول حرکت است. تغییر شکل. ضریب کسختی بدن نامیده می شود و به شکل و جنس بدنه بستگی دارد. بر حسب نیوتن بر متر بیان می شود. نیروهای الاستیک ناشی از فعل و انفعالات الکترومغناطیسی هستند.

12. نیروهای اصطکاک، ضریب اصطکاک لغزشی. اصطکاک چسبناک (???)

نیرویی که در مرز برهمکنش اجسام در غیاب حرکت نسبی اجسام ایجاد می شود، نیروی اصطکاک ساکن نامیده می شود. نیروی اصطکاک ساکن از نظر مقدار مطلق برابر با نیروی خارجی است که به صورت مماس بر سطح تماس اجسام و در جهت مخالف آن است. هنگامی که یک جسم به طور یکنواخت بر روی سطح جسم دیگر حرکت می کند، تحت تأثیر یک نیروی خارجی، نیرویی بر جسم وارد می شود که از نظر مقدار مطلق برابر با نیروی محرکه و در جهت مخالف است. این نیرو را نیروی اصطکاک لغزشی می نامند. بردار نیروی اصطکاک لغزشی بر خلاف بردار سرعت جهت دارد، بنابراین این نیرو همیشه منجر به کاهش سرعت نسبی جسم می شود. نیروهای اصطکاک و همچنین نیروی کشسانی ماهیت الکترومغناطیسی دارند و به دلیل برهم کنش بین بارهای الکتریکی اتم های اجسام در تماس به وجود می آیند. به طور تجربی ثابت شده است که حداکثر مقدار مدول نیروی اصطکاک ساکن متناسب با نیروی فشار است. همچنین حداکثر مقدار نیروی اصطکاک استاتیک و نیروی اصطکاک لغزشی تقریباً برابر است و ضرایب تناسب بین نیروهای اصطکاک و فشار جسم بر روی سطح نیز برابر است.

13. نیروهای گرانشی. قانون گرانش جهانی. جاذبه زمین. وزن بدن.

از این واقعیت که اجسام بدون توجه به جرم آنها با همان شتاب سقوط می کنند، نتیجه می شود که نیروی وارد بر آنها با جرم جسم متناسب است. این نیروی جاذبه که بر روی تمام اجسام از سمت زمین اعمال می شود، جاذبه نامیده می شود. نیروی گرانش در هر فاصله ای بین اجسام عمل می کند. همه اجسام به یکدیگر جذب می شوند، نیروی گرانش جهانی با حاصلضرب جرم ها نسبت مستقیم دارد و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. بردارهای نیروهای گرانش جهانی در امتداد یک خط مستقیم هدایت می شوند که مراکز جرم اجسام را به هم متصل می کند. ، G – ثابت گرانشی، برابر با . وزن بدن نیرویی است که بدن بر اثر گرانش به تکیه گاه وارد می کند یا تعلیق را کش می دهد. وزن بدن طبق قانون سوم نیوتن از نظر مقدار مطلق برابر و از جهت مخالف نیروی کشسانی تکیه گاه است. طبق قانون دوم نیوتن، اگر نیروی دیگری بر جسم وارد نشود، نیروی گرانش جسم با نیروی کشسانی متعادل می شود. در نتیجه وزن جسم روی تکیه گاه افقی ثابت یا متحرک یکنواخت برابر با نیروی گرانش است. اگر تکیه گاه با شتاب حرکت کند، طبق قانون دوم نیوتن ، که از آن مشتق شده است. به این معنی که وزن جسمی که جهت شتاب آن با جهت شتاب سقوط آزاد منطبق است کمتر از وزن جسمی است که در حال سکون است.

14. حرکت جسم تحت اثر گرانش در امتداد عمود. حرکت ماهواره های مصنوعی بی وزنی. اولین سرعت کیهانی

هنگام پرتاب جسم موازی با سطح زمین، هرچه سرعت اولیه بیشتر باشد، برد پرواز بیشتر خواهد بود. در سرعت های بالا، باید کروی بودن زمین را نیز در نظر گرفت که در تغییر جهت بردار گرانش منعکس می شود. با مقدار معینی از سرعت، جسم می تواند تحت تأثیر نیروی گرانشی جهانی در اطراف زمین حرکت کند. این سرعت که اولین سرعت کیهانی نامیده می شود را می توان از معادله حرکت یک جسم در یک دایره تعیین کرد. از سوی دیگر، از قانون دوم نیوتن و قانون گرانش جهانی چنین استنباط می شود. بنابراین، در فاصله آراز مرکز یک جرم آسمانی ماولین سرعت کیهانی برابر است با. وقتی سرعت جسم تغییر می کند، شکل مدار آن از دایره به بیضی تغییر می کند. با رسیدن به دومین سرعت کیهانی، معادل مدار سهمی می شود.

15. حرکت بدن. قانون بقای حرکت پیشرانه جت.

طبق قانون دوم نیوتن، صرف نظر از اینکه بدن در حال استراحت یا حرکت است، تغییر در سرعت آن تنها در زمان تعامل با اجسام دیگر ممکن است رخ دهد. اگر روی جسمی توده ای متربرای مدتی تینیرویی وارد می شود و سرعت حرکت آن از به تغییر می کند، سپس شتاب جسم برابر است با . بر اساس قانون دوم نیوتن، نیرو را می توان به صورت . کمیت فیزیکی برابر حاصل ضرب نیرو و زمان عمل آن را تکانه نیرو می نامند. تکانه نیرو نشان می دهد که اگر مدت زمان نیرو یکسان باشد، کمیتی وجود دارد که برای همه اجسام تحت تأثیر نیروهای یکسان تغییر می کند. این مقدار که برابر با حاصل ضرب جرم جسم و سرعت حرکت آن است، تکانه جسم نامیده می شود. تغییر تکانه جسم برابر است با نیرویی که این تغییر را ایجاد کرده است، بیایید دو جسم جرم و با سرعت و . طبق قانون سوم نیوتن، نیروهایی که بر اجسام در طول برهمکنش آنها وارد می شوند، از نظر قدر مطلق برابر و از جهت مخالف هستند، یعنی. آنها را می توان به عنوان . برای تغییرات لحظه ای در طول تعامل، می توانیم بنویسیم. از این عبارات متوجه می شویم که یعنی مجموع برداری تکانه های دو جسم قبل از برهم کنش برابر است با مجموع بردار تکانه های بعد از برهم کنش. در شکل کلی تر، قانون بقای تکانه به این صورت است: اگر، پس.

16. کار مکانیکی. قدرت. انرژی جنبشی و پتانسیل.

کار کردن ولینیروی ثابت یک کمیت فیزیکی است برابر حاصل ضرب مدول های نیرو و جابجایی، ضرب در کسینوس زاویه بین بردارها و. . کار یک کمیت اسکالر است و اگر زاویه بین بردارهای جابجایی و نیرو بیشتر از . واحد کار را ژول می نامند، 1 ژول برابر است با کاری که توسط نیروی 1 نیوتن انجام می شود که نقطه اعمال آن 1 متر حرکت کند. قدرت یک کمیت فیزیکی است برابر با نسبت کار به مدت زمانی که این کار در آن انجام شده است. . واحد توان را یک وات می نامند، 1 وات برابر با توانی است که با آن کار 1 ژول در 1 ثانیه انجام می شود. بیایید فرض کنیم که روی جسمی با جرم مترنیرویی عمل می کند (که معمولاً می تواند حاصل چندین نیرو باشد) که تحت تأثیر آن جسم در جهت بردار حرکت می کند. مدول نیرو طبق قانون دوم نیوتن است مادر، و مدول بردار جابجایی مربوط به شتاب و سرعت های اولیه و نهایی است. از اینجا فرمول کار به دست می آید . کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب جرم جسم و مجذور سرعت انرژی جنبشی نامیده می شود. کار نیروهای حاصله که به بدن وارد می شود برابر با تغییر انرژی جنبشی است. کمیت فیزیکی برابر حاصل ضرب جرم جسم با مدول شتاب سقوط آزاد و ارتفاعی که جسم با پتانسیل صفر از سطح بالا می‌رود، انرژی پتانسیل جسم نامیده می‌شود. تغییر در انرژی پتانسیل کار گرانش در حرکت بدن را مشخص می کند. این کار برابر با تغییر انرژی پتانسیل است که با علامت مخالف گرفته شده است. جسمی در زیر سطح زمین دارای انرژی پتانسیل منفی است. نه تنها بدن های برآمده دارای انرژی بالقوه هستند. کار انجام شده توسط نیروی کشسان را در هنگام تغییر شکل فنر در نظر بگیرید. نیروی الاستیک مستقیماً با تغییر شکل متناسب است و مقدار متوسط ​​آن برابر خواهد بود ، کار برابر است با حاصل ضرب نیرو و تغییر شکل ، یا . کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب سفتی جسم و مجذور تغییر شکل، انرژی پتانسیل جسم تغییر شکل یافته نامیده می شود. یکی از ویژگی های مهم انرژی پتانسیل این است که یک جسم نمی تواند آن را بدون تعامل با اجسام دیگر در اختیار داشته باشد.

17. قوانین بقای انرژی در مکانیک.

انرژی بالقوه اجسام متقابل، جنبشی - متحرک را مشخص می کند. هر دو آن و دیگری در نتیجه تعامل اجسام به وجود می آیند. اگر چند جسم فقط توسط نیروهای گرانشی و کشسان با یکدیگر برهم کنش داشته باشند و هیچ نیروی خارجی بر آنها وارد نشود (یا برآیند آنها صفر باشد)، در این صورت برای هر فعل و انفعال اجسام، کار نیروهای کشسان یا گرانشی برابر با تغییر است. در انرژی پتانسیل، با علامت مخالف گرفته شده است. در عین حال، طبق قضیه انرژی جنبشی (تغییر انرژی جنبشی یک جسم برابر با کار نیروهای خارجی است)، کار همان نیروها برابر با تغییر انرژی جنبشی است. . از این برابری نتیجه می شود که مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل اجسامی که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند و توسط نیروهای گرانش و کشش با یکدیگر برهم کنش دارند ثابت می ماند. مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل اجسام را کل انرژی مکانیکی می گویند. کل انرژی مکانیکی یک سیستم بسته از اجسام که توسط نیروهای گرانشی و کشسان با یکدیگر برهم کنش دارند بدون تغییر باقی می ماند. کار نیروهای گرانش و کشش از یک طرف با افزایش انرژی جنبشی و از طرف دیگر با کاهش انرژی پتانسیل برابر است، یعنی کار برابر با انرژی تبدیل شده است. از یک شکل به شکل دیگر

18. مکانیسم های ساده (صفحه شیبدار، اهرم، بلوک) کاربرد آنها.

از صفحه شیب دار استفاده می شود تا جسمی با جرم بزرگ را بتوان با اعمال نیرویی که بسیار کمتر از وزن بدن است به حرکت در آورد. اگر زاویه صفحه مایل برابر با a باشد، برای حرکت بدن در امتداد صفحه، باید نیرویی برابر با . نسبت این نیرو به وزن بدن، بدون توجه به نیروی اصطکاک، برابر با سینوس زاویه شیب صفحه است. اما با افزایش قدرت، هیچ سودی در کار وجود ندارد، زیرا مسیر چند برابر می شود این نتیجه نتیجه قانون بقای انرژی است، زیرا کار گرانش به مسیر حرکت بدن بستگی ندارد.

اهرم در حالت تعادل است اگر گشتاور نیروهایی که آن را در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند با ممان il که اهرم را در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند برابر باشد. اگر جهت بردارهای نیروهای وارد شده به اهرم عمود بر کوتاه ترین خطوط مستقیمی باشد که نقاط اعمال نیرو و محور چرخش را به هم متصل می کند، آنگاه شرایط تعادل شکل می گیرد. اگر، پس اهرم افزایش قدرت را فراهم می کند. افزایش قدرت باعث افزایش کار نمی شود، زیرا وقتی در یک زاویه a می چرخد، نیرو کار می کند و نیرو کار می کند. زیرا بر حسب شرط پس .

بلوک به شما امکان می دهد جهت نیرو را تغییر دهید. شانه های نیروهای اعمال شده به نقاط مختلف بلوک غیرقابل حرکت یکسان است و بنابراین بلوک غیر متحرک افزایش قدرتی ایجاد نمی کند. هنگام بلند کردن بار با کمک یک بلوک متحرک، افزایش دو برابری در استحکام حاصل می شود، زیرا. بازوی گرانش نیمی از بازوی کشش کابل است. اما هنگام کشیدن کابل به طول لبار بالا می رود l/2بنابراین، یک بلوک ثابت نیز سودی در کار ایجاد نمی کند.

19. فشار. قانون پاسکال برای مایعات و گازها

کمیت فیزیکی برابر با نسبت مدول نیروی عمود بر سطح به مساحت این سطح فشار نامیده می شود. واحد فشار پاسکال است که برابر با فشاری است که نیروی 1 نیوتن به مساحت 1 متر مربع وارد می کند. تمام مایعات و گازها فشار تولید شده روی خود را در همه جهات منتقل می کنند.

20. رگ های ارتباطی. فشار هیدرولیکی. فشار اتمسفر. معادله برنولی

در یک مخزن استوانه ای، نیروی فشار بر کف ظرف برابر با وزن ستون مایع است. فشار در ته ظرف است ، از آنجا فشار در عمق ساعتبرابر است . همین فشار بر روی دیواره رگ اعمال می شود. برابری فشار سیال در ارتفاع یکسان منجر به این واقعیت می شود که در کشتی های ارتباطی با هر شکلی، سطوح آزاد یک سیال همگن در حالت سکون در یک سطح هستند (در مورد نیروهای مویرگی بسیار ناچیز). در مورد مایع ناهمگن، ارتفاع ستونی از مایع چگالتر کمتر از ارتفاع یک مایع با چگالی کمتر خواهد بود. ماشین هیدرولیک بر اساس قانون پاسکال کار می کند. این شامل دو مخزن ارتباطی است که توسط پیستون های مناطق مختلف بسته شده است. فشار تولید شده توسط نیروی خارجی بر روی یک پیستون طبق قانون پاسکال به پیستون دوم منتقل می شود. . یک ماشین هیدرولیک به اندازه ای که مساحت پیستون بزرگ آن بزرگتر از مساحت پیستون کوچک باشد، قدرت را افزایش می دهد.

در حرکت ساکن یک سیال تراکم ناپذیر، معادله پیوستگی معتبر است. برای یک سیال ایده آل که در آن ویسکوزیته (یعنی اصطکاک بین ذرات آن) می تواند نادیده گرفته شود، بیان ریاضی قانون بقای انرژی معادله برنولی است. .

21. تجربه توریچلی.تغییر فشار اتمسفر با ارتفاع.

تحت تأثیر گرانش، لایه های بالایی جو به لایه های زیرین فشار می آورند. این فشار طبق قانون پاسکال به همه جهات منتقل می شود. این فشار در سطح زمین بیشتر است و به دلیل وزن ستون هوا از سطح تا مرز جو است. با افزایش ارتفاع، جرم لایه‌های جو که بر سطح فشار می‌آورند کاهش می‌یابد، بنابراین با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر کاهش می‌یابد. در سطح دریا، فشار اتمسفر 101 کیلو پاسکال است. این فشار توسط یک ستون جیوه به ارتفاع 760 میلی متر اعمال می شود. اگر لوله ای به جیوه مایع پایین بیاید و در آن خلاء ایجاد شود، جیوه در آن تحت تأثیر فشار اتمسفر تا ارتفاعی بالا می رود که فشار ستون مایع برابر با فشار اتمسفر خارجی در فضای باز می شود. سطح جیوه هنگامی که فشار اتمسفر تغییر می کند، ارتفاع ستون مایع در لوله نیز تغییر می کند.

22. نیروی ارشمیدسی روز مایعات و گازها. شرایط قایقرانی تلفن

وابستگی فشار در مایع و گاز به عمق منجر به ظهور نیروی شناوری می شود که بر هر جسم غوطه ور در مایع یا گاز تأثیر می گذارد. این نیرو را نیروی ارشمیدسی می نامند. اگر جسمی در مایعی غوطه ور شود، فشارهای وارد بر دیواره های جانبی ظرف توسط یکدیگر متعادل می شود و حاصل فشار از پایین و از بالا نیروی ارشمیدسی است. ، یعنی نیرویی که جسم غوطه ور در مایع (گاز) را هل می دهد، برابر با وزن مایع (گاز) جابجا شده توسط جسم است. نیروی ارشمیدسی مخالف نیروی گرانش است، بنابراین، هنگام وزن کردن در یک مایع، وزن یک جسم کمتر از خلاء است. جسمی در مایع تحت تأثیر گرانش و نیروی ارشمیدسی قرار می گیرد. اگر نیروی گرانش در مدول بیشتر باشد - بدن غرق می شود، اگر کمتر باشد - شناور است، برابر است - می تواند در هر عمقی در تعادل باشد. این نسبت نیروها برابر است با نسبت چگالی جسم و مایع (گاز).

23. مفاد اساسی نظریه سینتیک مولکولی و اثبات تجربی آنها. حرکت براونی وزن و اندازهمولکول ها.

نظریه مولکولی جنبشی مطالعه ساختار و خواص ماده با استفاده از مفهوم وجود اتم ها و مولکول ها به عنوان کوچکترین ذرات ماده است. مفاد اصلی MKT: این ماده از اتم ها و مولکول ها تشکیل شده است، این ذرات به طور تصادفی حرکت می کنند، ذرات با یکدیگر تعامل دارند. حرکت اتم ها و مولکول ها و برهم کنش آنها تابع قوانین مکانیک است. ابتدا در برهمکنش مولکول ها وقتی به یکدیگر نزدیک می شوند، نیروهای جاذبه غالب می شوند. در فاصله معینی بین آنها، نیروهای دافعه بوجود می آیند که از نیروی جاذبه در مقدار مطلق فراتر می روند. مولکول ها و اتم ها ارتعاشات تصادفی را در مورد موقعیت هایی ایجاد می کنند که نیروهای جاذبه و دافعه یکدیگر را متعادل می کنند. در یک مایع، مولکول ها نه تنها نوسان می کنند، بلکه از یک موقعیت تعادلی به موقعیت دیگر (سیالیت) می پرند. در گازها، فواصل بین اتم ها بسیار بیشتر از ابعاد مولکول ها (تراکم پذیری و کشش پذیری) است. R. Brown در آغاز قرن 19 کشف کرد که ذرات جامد به طور تصادفی در یک مایع حرکت می کنند. این پدیده فقط توسط MKT قابل توضیح است. مولکول های متحرک تصادفی یک مایع یا گاز با یک ذره جامد برخورد می کنند و جهت و مدول سرعت حرکت آن را تغییر می دهند (در حالی که البته هم جهت و هم سرعت آنها تغییر می کند). هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، تغییر در تکانه محسوس تر می شود. هر ماده ای از ذرات تشکیل شده است، بنابراین مقدار یک ماده متناسب با تعداد ذرات در نظر گرفته می شود. واحد کمیت یک ماده را مول می نامند. یک مول برابر است با مقدار یک ماده حاوی اتم هایی که در 0.012 کیلوگرم کربن 12 C وجود دارد. نسبت تعداد مولکول ها به مقدار ماده را ثابت آووگادرو می گویند: . مقدار یک ماده را می توان به عنوان نسبت تعداد مولکول ها به ثابت آووگادرو یافت. جرم مولی مکمیتی برابر با نسبت جرم یک ماده نامیده می شود متربه مقدار ماده جرم مولی بر حسب کیلوگرم بر مول بیان می شود. جرم مولی را می توان بر حسب جرم مولکول بیان کرد m0 : .

24. گاز ایده آل. معادله اصلی نظریه مولکولی-سینتیکی گاز ایده آل.

مدل گاز ایده آل برای توضیح خواص ماده در حالت گازی استفاده می شود. این مدل موارد زیر را فرض می‌کند: مولکول‌های گاز در مقایسه با حجم ظرف ناچیز هستند، هیچ نیروی جاذبه‌ای بین مولکول‌ها وجود ندارد و نیروهای دافعه هنگام برخورد با یکدیگر و دیواره‌های ظرف عمل می‌کنند. توضیح کیفی پدیده فشار گاز این است که مولکول‌های یک گاز ایده‌آل، هنگام برخورد با دیواره‌های ظرف، به صورت اجسام الاستیک با آن‌ها برهم‌کنش می‌کنند. هنگامی که یک مولکول با دیواره رگ برخورد می کند، بردار سرعت بر روی محور عمود بر دیواره به سمت مخالف تغییر می کند. بنابراین، در طول یک برخورد، پیش بینی سرعت از –mv xقبل از mv x، و تغییر در حرکت است. در حین برخورد، مولکول بر روی دیواره با نیرویی برابر است که طبق قانون سوم نیوتن با نیروی مخالف جهت آن برابر است. تعداد زیادی مولکول وجود دارد و مقدار متوسط ​​مجموع هندسی نیروهایی که بر روی بخشی از مولکول‌های منفرد اعمال می‌شود، نیروی فشار گاز بر روی دیواره‌های ظرف را تشکیل می‌دهد. فشار گاز برابر است با نسبت مدول نیروی فشار به سطح دیواره رگ: p=F/S. فرض کنید گاز در یک ظرف مکعبی است. تکانه یک مولکول 2 است mv، یک مولکول به طور متوسط ​​با یک نیرو روی دیوار اثر می گذارد 2mv/Dt. زمان D تیحرکت از یک دیواره رگ به دیواره دیگر 2l/v، در نتیجه، . نیروی فشار بر دیواره رگ همه مولکول ها متناسب با تعداد آنها است، یعنی. . با توجه به تصادفی بودن کامل حرکت مولکولها، حرکت آنها در هر یک از جهات معادل و برابر با 1/3 تعداد کل مولکولها است. به این ترتیب، . از آنجایی که فشار روی سطح یک مکعب با مساحت وارد می شود l 2، سپس فشار یکسان خواهد بود. این معادله معادله پایه نظریه جنبشی مولکولی نامیده می شود. با نشان دادن میانگین انرژی جنبشی مولکول ها، دریافت می کنیم.

25. دما، اندازه گیری آن. مقیاس دمای مطلق سرعت مولکول های گاز.

معادله اصلی MKT برای یک گاز ایده آل رابطه ای بین پارامترهای میکرو و ماکروسکوپی برقرار می کند. هنگامی که دو جسم با هم تماس پیدا می کنند، پارامترهای ماکروسکوپی آنها تغییر می کند. وقتی این تغییر متوقف شد، می گویند تعادل حرارتی برقرار شده است. یک پارامتر فیزیکی که در تمام قسمت های یک سیستم از اجسام در حالت تعادل حرارتی یکسان است دمای بدن نامیده می شود. آزمایشات نشان داده است که برای هر گازی که در حالت تعادل حرارتی باشد، نسبت حاصلضرب فشار و حجم به تعداد مولکول ها یکسان است. . این اجازه می دهد تا مقدار به عنوان اندازه گیری دما در نظر گرفته شود. زیرا n=N/Vبنابراین، با در نظر گرفتن معادله اصلی MKT، مقدار برابر با دو سوم میانگین انرژی جنبشی مولکول ها است. ، جایی که ک- ضریب تناسب، بسته به مقیاس. پارامترهای سمت چپ این معادله غیر منفی هستند. از این رو دمای گازی که فشار آن در حجم ثابت صفر باشد دمای صفر مطلق نامیده می شود. مقدار این ضریب را می توان از دو حالت شناخته شده ماده با فشار، حجم، تعداد مولکول ها و دما مشخص کرد. . ضریب ک، که ثابت بولتزمن نامیده می شود، برابر است با . از معادلات رابطه بین دما و انرژی جنبشی متوسط ​​به دست می آید. میانگین انرژی جنبشی حرکت تصادفی مولکول ها با دمای مطلق متناسب است. ، . این معادله نشان می دهد که در دما و غلظت یکسان مولکول ها، فشار هر گاز یکسان است.

26. معادله حالت یک گاز ایده آل (معادله مندلیف-کلاپیرون). فرآیندهای ایزوترمال، ایزوکوریک و ایزوباریک.

با استفاده از وابستگی فشار به غلظت و دما، می توان رابطه ای بین پارامترهای ماکروسکوپی یک گاز - حجم، فشار و دما پیدا کرد. . این معادله معادله حالت گاز ایده آل (معادله مندلیف-کلاپیرون) نامیده می شود.

فرآیند ایزوترمال فرآیندی است که در دمای ثابت انجام می شود. از معادله حالت یک گاز ایده آل چنین بر می آید که در دمای ثابت، جرم و ترکیب گاز، حاصلضرب فشار و حجم باید ثابت بماند. نمودار یک ایزوترم (منحنی یک فرآیند همدما) یک هذلولی است. این معادله را قانون بویل-ماریوت می نامند.

فرآیند ایزوکوریک فرآیندی است که در حجم، جرم و ترکیب گاز ثابت اتفاق می افتد. تحت این شرایط ، ضریب دمایی فشار گاز کجاست. این معادله قانون چارلز نامیده می شود. نمودار معادله یک فرآیند ایزوکور را ایزوکور می نامند و خط مستقیمی است که از مبدا می گذرد.

فرآیند ایزوباریک فرآیندی است که در فشار، جرم و ترکیب گاز ثابت اتفاق می افتد. همانطور که برای فرآیند ایزوکوریک، می توانیم معادله فرآیند ایزوباریک را به دست آوریم . معادله ای که این فرآیند را توصیف می کند، قانون گی-لوساک نامیده می شود. نمودار معادله یک فرآیند ایزوباریک ایزوبار نامیده می شود و خط مستقیمی است که از مبدا می گذرد.

27. انرژی درونی. کار در ترمودینامیک

اگر انرژی پتانسیل برهمکنش مولکول ها صفر باشد، انرژی درونی برابر است با مجموع انرژی های جنبشی حرکت همه مولکول های گاز. . بنابراین با تغییر دما، انرژی داخلی گاز نیز تغییر می کند. با جایگزینی معادله حالت یک گاز ایده آل به معادله انرژی، به این نتیجه می رسیم که انرژی داخلی با حاصلضرب فشار و حجم گاز نسبت مستقیم دارد. . انرژی درونی یک بدن تنها در صورت تعامل با اجسام دیگر می تواند تغییر کند. در مورد فعل و انفعال مکانیکی اجسام (برهمکنش ماکروسکوپی)، اندازه گیری انرژی منتقل شده کار است. ولی. در انتقال حرارت (برهمکنش میکروسکوپی) میزان انرژی منتقل شده مقدار گرما است س. در یک سیستم ترمودینامیکی غیر ایزوله، تغییر در انرژی داخلی D Uبرابر با مجموع مقدار گرمای منتقل شده است سو کار نیروهای خارجی ولی. به جای کار ولیانجام شده توسط نیروهای خارجی، در نظر گرفتن کار راحت تر است A`توسط سیستم بر روی اجسام خارجی انجام می شود. A=-A`. سپس قانون اول ترمودینامیک به صورت یا بیان می شود. این بدان معناست که هر ماشینی فقط با دریافت گرما از بیرون می تواند روی اجسام خارجی کار کند. سیا کاهش انرژی درونی D U. این قانون ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول را منتفی می کند.

28. مقدار حرارت. ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده قانون بقای انرژی در فرآیندهای حرارتی (قانون اول ترمودینامیک).

فرآیند انتقال گرما از جسمی به جسم دیگر بدون انجام کار، انتقال حرارت نامیده می شود. انرژی که در نتیجه انتقال حرارت به بدن منتقل می شود، مقدار گرما نامیده می شود. اگر فرآیند انتقال حرارت با کار همراه نباشد، بر اساس قانون اول ترمودینامیک. بنابراین انرژی درونی بدن با جرم بدن و دمای آن متناسب است . ارزش باظرفیت گرمایی ویژه نامیده می شود، واحد است. ظرفیت گرمایی ویژه نشان می دهد که برای گرم کردن 1 کیلوگرم یک ماده، چه مقدار گرما باید منتقل شود. ظرفیت گرمایی ویژه یک مشخصه واضح نیست و به کار انجام شده توسط بدن در طول انتقال حرارت بستگی دارد.

در اجرای انتقال حرارت بین دو جسم در شرایط مساوی تا صفر کار نیروهای خارجی و در عایق حرارتی از اجسام دیگر طبق قانون پایستگی انرژی . اگر تغییر انرژی درونی با کار همراه نباشد، یا از کجاست. این معادله معادله تعادل حرارتی نامیده می شود.

29. کاربرد قانون اول ترمودینامیک در فرآیندهای ایزو. فرآیند آدیاباتیک برگشت ناپذیری فرآیندهای حرارتی

یکی از فرآیندهای اصلی که در اکثر ماشین‌ها کار می‌کند، انبساط گاز برای انجام کار است. اگر در حین انبساط ایزوباریک گاز از حجم V 1تا حجم V 2جابجایی پیستون سیلندر بود ل، سپس کار کنید آگاز کامل برابر است با یا . اگر نواحی زیر ایزوبار و ایزوترم را که کار هستند با هم مقایسه کنیم، می‌توان نتیجه گرفت که با انبساط یکسان گاز در همان فشار اولیه، در مورد فرآیند همدما، کار کمتری انجام می‌شود. علاوه بر فرآیندهای ایزوباریک، ایزوکوریک و ایزوترمال، به اصطلاح وجود دارد. فرآیند آدیاباتیک در صورتی که انتقال حرارت وجود نداشته باشد فرآیندی آدیاباتیک است. فرآیند انبساط یا فشرده سازی سریع گاز را می توان نزدیک به آدیاباتیک در نظر گرفت. در این فرآیند، کار به دلیل تغییر در انرژی داخلی انجام می شود، یعنی. بنابراین، در طول فرآیند آدیاباتیک، دما کاهش می یابد. از آنجایی که دمای گاز در طی فشرده سازی آدیاباتیک گاز افزایش می یابد، فشار گاز با کاهش حجم سریعتر از فرآیند همدما افزایش می یابد.

فرآیندهای انتقال حرارت به طور خود به خود تنها در یک جهت رخ می دهد. گرما همیشه به بدن سردتر منتقل می شود. قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که فرآیند ترمودینامیکی امکان‌پذیر نیست، در نتیجه گرما از جسمی به جسم دیگر، گرم‌تر، بدون هیچ تغییر دیگری منتقل می‌شود. این قانون ایجاد یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم را منتفی می کند.

30. اصل کارکرد موتورهای حرارتی. راندمان موتور حرارتی

در موتورهای حرارتی معمولاً کار توسط گاز در حال انبساط انجام می شود. گازی که در حین انبساط کار می کند سیال عامل نامیده می شود. انبساط گاز در نتیجه افزایش دما و فشار آن هنگام گرم شدن رخ می دهد. وسیله ای که سیال عامل مقداری گرما را از آن دریافت می کند سبخاری نامیده می شود. دستگاهی که دستگاه پس از یک ضربه کار به آن گرما می دهد، یخچال نامیده می شود. اول، فشار به صورت ایزوکریک افزایش می یابد، به صورت ایزوبار منبسط می شود، ایزوکریک سرد می شود، به صورت ایزوبار منقبض می شود.<рисунок с подъемником>. در نتیجه چرخه کاری، گاز به حالت اولیه خود باز می گردد، انرژی داخلی آن مقدار اولیه خود را می گیرد. معنیش اینه که . طبق قانون اول ترمودینامیک، . کار انجام شده توسط بدن در هر چرخه برابر است با سمقدار گرمای دریافتی بدن در هر چرخه برابر است با اختلاف گرمای دریافتی از بخاری و داده شده به یخچال. در نتیجه، . راندمان ماشین عبارت است از نسبت انرژی مفید مصرف شده به انرژی مصرف شده. .

31. تبخیر و میعان. جفت اشباع و غیر اشباع. رطوبت هوا.

توزیع نابرابر انرژی جنبشی حرکت حرارتی منجر به این می شود. اینکه در هر دمایی انرژی جنبشی برخی از مولکول ها می تواند از انرژی پتانسیل اتصال به بقیه بیشتر شود. تبخیر فرآیندی است که طی آن مولکول ها از سطح مایع یا جامد خارج می شوند. تبخیر با سرد شدن همراه است، زیرا مولکول های سریعتر مایع را ترک می کنند. تبخیر مایع در یک ظرف بسته در دمای ثابت منجر به افزایش غلظت مولکول ها در حالت گاز می شود. پس از مدتی، تعادل بین تعداد مولکول‌هایی که تبخیر می‌شوند و به مایع باز می‌گردند، ایجاد می‌شود. به ماده گازی که با مایع خود تعادل دینامیکی دارد بخار اشباع می گویند. بخار در فشاری کمتر از فشار بخار اشباع، غیراشباع نامیده می شود. فشار بخار اشباع به حجم (از ) در دمای ثابت بستگی ندارد. در غلظت ثابت مولکولها، فشار بخار اشباع شده سریعتر از فشار یک گاز ایده آل افزایش می یابد، زیرا تعداد مولکول ها با دما افزایش می یابد. نسبت فشار بخار آب در یک دمای معین به فشار بخار اشباع شده در همان دما، که به صورت درصد بیان می شود، رطوبت نسبی نامیده می شود. هر چه دما کمتر باشد، فشار بخار اشباع کمتر است، بنابراین وقتی تا دمای معینی سرد شود، بخار اشباع می شود. این دما را نقطه شبنم می نامند. tp.

32. اجسام کریستالی و بی شکل. خواص مکانیکی جامدات تغییر شکل های الاستیک

اجسام آمورف آنهایی هستند که خواص فیزیکی آنها در همه جهات یکسان است (اجرام همسانگرد). ایزوتروپی خواص فیزیکی با آرایش تصادفی مولکول ها توضیح داده می شود. جامداتی که در آنها مولکول ها مرتب شده اند، کریستال نامیده می شوند. خواص فیزیکی اجسام کریستالی در جهات مختلف یکسان نیست (اجرام ناهمسانگرد). ناهمسانگردی خواص کریستال ها با این واقعیت توضیح داده می شود که با ساختار منظم، نیروهای برهمکنش در جهات مختلف یکسان نیستند. عمل مکانیکی خارجی بر روی بدن باعث جابجایی اتم ها از وضعیت تعادل می شود که منجر به تغییر شکل و حجم بدن - تغییر شکل می شود. تغییر شکل را می توان با ازدیاد طول مطلق، برابر با تفاوت بین طول های قبل و بعد از تغییر شکل، یا با ازدیاد طول نسبی مشخص کرد. هنگامی که بدن تغییر شکل می دهد، نیروهای الاستیک ایجاد می شود. مقدار فیزیکی برابر با نسبت مدول الاستیسیته به سطح مقطع بدن استرس مکانیکی نامیده می شود. در کرنش های کوچک، تنش به طور مستقیم با ازدیاد طول نسبی متناسب است. عامل تناسب Eدر معادله مدول الاستیک (مدول یانگ) نامیده می شود. مدول الاستیسیته برای یک ماده معین ثابت است ، جایی که . انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل یافته برابر با کاری است که در کشش یا فشار صرف می شود. از اینجا .

قانون هوک فقط برای تغییر شکل های کوچک ارضا می شود. حداکثر ولتاژی که هنوز در آن انجام می شود حد متناسب نامیده می شود. فراتر از این حد، افزایش ولتاژ به طور متناسب متوقف می شود. تا سطح معینی از تنش، بدنه تغییر شکل یافته بعد از برداشتن بار، ابعاد خود را بازیابی می کند. این نقطه حد الاستیک بدن نامیده می شود. هنگامی که از حد الاستیک فراتر رفت، تغییر شکل پلاستیک شروع می شود، که در آن بدن شکل قبلی خود را بازیابی نمی کند. در ناحیه تغییر شکل پلاستیک، تنش تقریبا افزایش نمی یابد. این پدیده جریان مواد نامیده می شود. فراتر از نقطه تسلیم، تنش تا نقطه ای به نام استحکام نهایی افزایش می یابد و پس از آن تنش کاهش می یابد تا زمانی که بدن شکسته شود.

33. خواص مایعات. کشش سطحی. پدیده های مویرگی

امکان حرکت آزاد مولکول ها در یک مایع، سیال بودن مایع را تعیین می کند. بدن در حالت مایع شکل دائمی ندارد. شکل مایع با شکل ظرف و نیروهای کشش سطحی تعیین می شود. در داخل مایع، نیروهای جاذبه مولکول ها جبران می شود، اما نه در نزدیکی سطح. هر مولکولی نزدیک به سطح توسط مولکول های داخل مایع جذب می شود. تحت تأثیر این نیروها، مولکول ها به داخل سطح کشیده می شوند تا سطح آزاد به حداقل ممکن برسد. زیرا اگر یک توپ برای یک حجم معین حداقل سطح داشته باشد، با یک عمل کوچک نیروهای دیگر، سطح به شکل یک بخش کروی در می آید. سطح مایع در لبه رگ منیسک نامیده می شود. پدیده خیس شدن با زاویه تماس بین سطح و منیسک در نقطه تقاطع مشخص می شود. مقدار نیروی کشش سطحی در مقطعی به طول D لبرابر است با . انحنای سطح باعث ایجاد فشار اضافی بر روی مایع می شود که برابر با زاویه و شعاع تماس شناخته شده است . ضریب s را ضریب کشش سطحی می نامند. مویرگی لوله ای با قطر داخلی کوچک است. با خیس شدن کامل، نیروی کشش سطحی در امتداد سطح بدنه هدایت می شود. در این حالت، بالا آمدن مایع از طریق مویین تحت تأثیر این نیرو ادامه می یابد تا زمانی که نیروی گرانش نیروی کشش سطحی، tk را متعادل کند. ، سپس .

34. شارژ الکتریکی. تعامل اجسام باردار قانون کولمب قانون بقای بار الکتریکی.

نه مکانیک و نه MKT قادر به توضیح ماهیت نیروهایی که اتم ها را به هم متصل می کنند، نیستند. قوانین برهمکنش اتم ها و مولکول ها را می توان بر اساس مفهوم بارهای الکتریکی توضیح داد.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>برهم کنش اجسام یافت شده در این آزمایش الکترومغناطیسی نامیده می شود و توسط بارهای الکتریکی تعیین می شود. توانایی بارها برای جذب و دفع با این فرض توضیح داده می شود که دو نوع بار وجود دارد - مثبت و منفی. اجسام با بار یکسان یکدیگر را دفع می کنند و اجسامی با بارهای متفاوت جذب می شوند. واحد شارژ آویز است - باری که از سطح مقطع هادی در 1 ثانیه با شدت جریان 1 آمپر عبور می کند. در یک سیستم بسته که در آن بارهای الکتریکی از بیرون وارد نمی شود و در آن بارهای الکتریکی در هیچ فعل و انفعالی از آن خارج نمی شوند، مجموع جبری بارهای تمام اجسام ثابت است. قانون اساسی الکترواستاتیک که به قانون کولن نیز معروف است، بیان می کند که مدول نیروی برهمکنش بین دو بار با حاصلضرب مدول های بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. نیرو در امتداد خط مستقیمی که اجسام باردار را به هم متصل می کند هدایت می شود. بسته به علامت بارها، نیروی دافعه یا جاذبه است. مقدار ثابت کدر بیان قانون کولن برابر است با . به جای این ضریب، به اصطلاح. ثابت الکتریکی مرتبط با ضریب کبیان از کجا برهمکنش بارهای الکتریکی ثابت را الکترواستاتیک می گویند.

35. میدان الکتریکی. قدرت میدان الکتریکی اصل برهم نهی میدان های الکتریکی.

در اطراف هر بار، بر اساس تئوری عمل کوتاه برد، یک میدان الکتریکی وجود دارد. میدان الکتریکی یک جسم مادی است که دائماً در فضا وجود دارد و قادر است بر روی بارهای دیگر اثر بگذارد. میدان الکتریکی با سرعت نور در فضا منتشر می شود. کمیت فیزیکی برابر با نسبت نیرویی که میدان الکتریکی بر روی بار آزمایشی (یک بار کوچک مثبت نقطه‌ای که بر پیکربندی میدان تأثیر نمی‌گذارد) به مقدار این بار، شدت میدان الکتریکی نامیده می‌شود. با استفاده از قانون کولن می توان فرمولی برای قدرت میدان ایجاد شده توسط بار بدست آورد qدر فاصله rاز شارژ . قدرت میدان به باری که بر روی آن عمل می کند بستگی ندارد. اگر در شارژ qمیدان های الکتریکی چند بار به طور همزمان عمل می کنند، سپس نیروی حاصله برابر است با مجموع هندسی نیروهای وارد شده از هر میدان جداگانه. به این اصل برهم نهی میدان های الکتریکی می گویند. خط شدت میدان الکتریکی خطی است که مماس آن در هر نقطه با بردار قدرت منطبق است. خطوط کششی با بارهای مثبت شروع می شوند و با بارهای منفی به پایان می رسند یا تا بی نهایت می روند. میدان الکتریکی که شدت آن برای همه افراد در هر نقطه از فضا یکسان است، میدان الکتریکی یکنواخت نامیده می شود. میدان تقریباً همگنی را می توان بین دو صفحه فلزی موازی با بار مخالف در نظر گرفت. با توزیع یکنواخت شارژ qدر سطح منطقه اسچگالی بار سطحی است. برای یک صفحه بی نهایت با چگالی بار سطحی s، قدرت میدان در تمام نقاط فضا یکسان است و برابر است با .

36. کار میدان الکترواستاتیک هنگام حرکت بار. اختلاف پتانسیل.

هنگامی که یک بار توسط یک میدان الکتریکی در مسافتی حرکت می کند، کار انجام شده برابر است با . همانطور که در مورد کار گرانش، کار نیروی کولن به مسیر بار بستگی ندارد. هنگامی که جهت بردار جابجایی 180 0 تغییر می کند، کار نیروهای میدان علامت را به عکس تغییر می دهد. بنابراین، کار نیروهای میدان الکترواستاتیک هنگام حرکت بار در طول یک مدار بسته برابر با صفر است. میدانی که کار نیروهایی که در امتداد یک مسیر بسته برابر با صفر است، میدان پتانسیل نامیده می شود.

درست مثل یک جسم توده ای متردر میدان گرانش دارای انرژی پتانسیل متناسب با جرم بدن است، بار الکتریکی در میدان الکترواستاتیک دارای انرژی پتانسیل است. Wp، متناسب با شارژ. کار نیروهای میدان الکترواستاتیک برابر با تغییر انرژی پتانسیل بار است که با علامت مخالف گرفته می شود. در یک نقطه از میدان الکترواستاتیک، بارهای مختلف می توانند انرژی های پتانسیل متفاوتی داشته باشند. اما نسبت انرژی پتانسیل به شارژ برای یک نقطه معین یک مقدار ثابت است. این کمیت فیزیکی پتانسیل میدان الکتریکی نامیده می شود، از آنجایی که انرژی پتانسیل بار برابر است با حاصل ضرب پتانسیل در یک نقطه معین و بار. پتانسیل یک کمیت اسکالر است که پتانسیل چند میدان برابر است با مجموع پتانسیل های این میدان ها. معیار تغییر انرژی در اثر متقابل اجسام کار است. هنگامی که بار حرکت می کند، کار نیروهای میدان الکترواستاتیک برابر با تغییر انرژی با علامت مخالف است، بنابراین. زیرا کار به اختلاف پتانسیل بستگی دارد و به مسیر بین آنها بستگی ندارد، پس تفاوت پتانسیل را می توان یک مشخصه انرژی میدان الکترواستاتیک در نظر گرفت. اگر پتانسیل در فاصله نامتناهی از بار برابر با صفر گرفته شود، در یک فاصله rاز شارژ، با فرمول تعیین می شود .

نسبت کار انجام شده توسط هر میدان الکتریکی هنگام جابجایی یک بار مثبت از یک نقطه میدان به نقطه دیگر، به مقدار بار، ولتاژ بین این نقاط، جایی که کار از آنجا حاصل می شود، نامیده می شود. در میدان الکترواستاتیک، ولتاژ بین هر دو نقطه برابر است با اختلاف پتانسیل بین این نقاط. واحد ولتاژ (و اختلاف پتانسیل) ولت نامیده می شود. 1 ولت ولتاژی است که میدان در آن 1 ژول کار می کند تا باری به اندازه 1 کولن جابجا کند. از یک طرف کار حرکت بار برابر با حاصل ضرب نیرو و جابجایی است. از سوی دیگر، می توان آن را از ولتاژ شناخته شده بین بخش های مسیر پیدا کرد. از اینجا. واحد شدت میدان الکتریکی ولت بر متر است ( من هستم).

خازن - سیستمی از دو هادی که توسط یک لایه دی الکتریک از هم جدا شده اند که ضخامت آن در مقایسه با ابعاد هادی ها کوچک است. بین صفحات، قدرت میدان برابر با دو برابر قدرت هر یک از صفحات است، در خارج از صفحات، برابر با صفر است. کمیت فیزیکی برابر با نسبت بار یکی از صفحات به ولتاژ بین صفحات را ظرفیت خازن می گویند. واحد ظرفیت الکتریکی فاراد است، یک خازن دارای ظرفیت 1 فاراد است که بین صفحات آن ولتاژ 1 ولت است که صفحات با 1 آویز شارژ شوند. شدت میدان بین صفحات یک خازن جامد برابر است با مجموع قدرت صفحات آن. ، و از برای یک میدان همگن راضی است، پس ، یعنی ظرفیت خازنی با مساحت صفحات نسبت مستقیم و با فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. هنگامی که یک دی الکتریک بین صفحات وارد می شود، ظرفیت آن با ضریب e افزایش می یابد، جایی که e ثابت دی الکتریک ماده معرفی شده است.

38. ثابت دی الکتریک. انرژی میدان الکتریکی

گذردهی دی الکتریک یک کمیت فیزیکی است که نسبت مدول میدان الکتریکی در خلاء به مدول میدان الکتریکی در یک دی الکتریک همگن را مشخص می کند. کار میدان الکتریکی برابر است، اما هنگامی که خازن شارژ می شود، ولتاژ آن افزایش می یابد. 0 قبل از U، از همین رو . بنابراین انرژی پتانسیل خازن برابر است با .

39. جریان الکتریکی. قدرت فعلی شرایط وجود جریان الکتریکی

جریان الکتریکی حرکت منظم بارهای الکتریکی است. جهت جریان به عنوان حرکت بارهای مثبت در نظر گرفته می شود. بارهای الکتریکی می توانند تحت تأثیر میدان الکتریکی به شیوه ای منظم حرکت کنند. بنابراین شرط کافی برای وجود جریان، وجود میدان و حامل های شارژ آزاد است. یک میدان الکتریکی می تواند توسط دو جسم با بار مخالف متصل ایجاد شود. نسبت شارژ D q، از طریق مقطع هادی برای بازه زمانی D منتقل می شود تیبه این بازه قدرت جریان نامیده می شود. اگر قدرت جریان با گذشت زمان تغییر نکند، جریان را ثابت می نامند. برای اینکه یک جریان برای مدت طولانی در یک هادی وجود داشته باشد، لازم است که شرایط ایجاد کننده جریان بدون تغییر باشد.<схема с один резистором и батареей>. نیروهایی که باعث حرکت بار در داخل منبع جریان می شوند، نیروهای خارجی نامیده می شوند. در یک سلول گالوانیکی (و هر باتری - مثلا؟؟؟)آنها نیروهای یک واکنش شیمیایی هستند، در یک ماشین جریان مستقیم - نیروی لورنتس.

40. قانون اهم برای بخش زنجیره ای. مقاومت هادی وابستگی مقاومت هادی ها به دما. ابررسانایی اتصال سری و موازی هادی ها.

نسبت ولتاژ بین انتهای یک مدار الکتریکی به شدت جریان یک مقدار ثابت است و مقاومت نامیده می شود. واحد مقاومت 0 اهم است، مقاومت 1 اهم دارای چنین بخشی از مدار است که در آن، در شدت جریان 1 آمپر، ولتاژ 1 ولت است. مقاومت مستقیماً با طول و با سطح مقطع نسبت معکوس دارد، جایی که r مقاومت الکتریکی است، مقدار ثابتی برای یک ماده معین در شرایط معین. هنگامی که حرارت داده می شود، مقاومت فلزات طبق یک قانون خطی افزایش می یابد، که در آن r 0 مقاومت در 0 0 C است، a ضریب دمایی مقاومت، خاص برای هر فلز است. در دمای نزدیک به صفر مطلق، مقاومت مواد به شدت به صفر می رسد. این پدیده ابررسانایی نام دارد. عبور جریان در مواد ابررسانا بدون تلفات با گرم کردن هادی انجام می شود.

قانون اهم برای مقطعی از مدار را معادله می گویند. هنگامی که هادی ها به صورت سری وصل می شوند، قدرت جریان در همه هادی ها یکسان است و ولتاژ در انتهای مدار برابر است با مجموع ولتاژهای همه هادی های متصل به سری. . هنگامی که هادی ها به صورت سری به هم متصل می شوند، مقاومت کل برابر است با مجموع مقاومت های اجزا. با اتصال موازی، ولتاژ در انتهای هر بخش از مدار یکسان است و قدرت جریان به بخش های جداگانه منشعب می شود. از اینجا. هنگامی که هادی ها به صورت موازی وصل می شوند، مقدار متقابل مقاومت کل برابر است با مجموع مقاومت های متقابل همه هادی های موازی متصل.

41. کار و توان فعلی. نیروی محرکه برقی. قانون اهم برای یک مدار کامل

به کار نیروهای میدان الکتریکی که جریان الکتریکی ایجاد می کند، کار جریان نامیده می شود. کار کنید ولیجریان در ناحیه با مقاومت آردر زمان D تیبرابر است با . توان جریان الکتریکی برابر است با نسبت کار به زمان اتمام، یعنی. . کار، طبق معمول، در ژول، قدرت - در وات بیان می شود. اگر بر روی بخش مدار تحت تأثیر میدان الکتریکی کاری انجام نشود و هیچ واکنش شیمیایی رخ ندهد، کار منجر به گرم شدن هادی می شود. در این حالت کار برابر با مقدار گرمای آزاد شده توسط هادی حامل جریان است (قانون ژول-لنز).

در یک مدار الکتریکی، کار نه تنها در بخش خارجی، بلکه در باتری نیز انجام می شود. مقاومت الکتریکی منبع جریان را مقاومت داخلی می نامند r. در قسمت داخلی مدار مقداری گرما آزاد می شود. کل نیروهای میدان الکترواستاتیک هنگام حرکت در امتداد مدار بسته صفر است، بنابراین تمام کار به دلیل نیروهای خارجی که ولتاژ ثابتی را حفظ می کنند انجام می شود. نسبت کار نیروهای خارجی به بار منتقل شده را نیروی الکتروموتور منبع می نامند که در آن D q- شارژ قابل انتقال اگر در نتیجه عبور جریان مستقیم فقط گرمایش هادی ها اتفاق افتاده باشد، طبق قانون بقای انرژی ، یعنی . جریان در یک مدار الکتریکی با EMF نسبت مستقیم و با امپدانس مدار نسبت معکوس دارد.

42. نیمه هادی ها. هدایت الکتریکی نیمه هادی ها و وابستگی آن به دما هدایت ذاتی و ناخالصی نیمه هادی ها.

بسیاری از مواد به خوبی فلزات جریان را هدایت نمی کنند، اما در عین حال دی الکتریک نیستند. یکی از تفاوت های نیمه هادی ها این است که هنگام گرم شدن یا روشن شدن، مقاومت آنها افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد. اما مشخص شد که ویژگی اصلی عملا قابل استفاده آنها رسانایی یک طرفه است. به دلیل توزیع ناهموار انرژی حرکت حرارتی در یک کریستال نیمه هادی، برخی از اتم ها یونیزه می شوند. الکترون های آزاد شده نمی توانند توسط اتم های اطراف جذب شوند، زیرا پیوندهای ظرفیت آنها اشباع شده است. این الکترون های آزاد می توانند در فلز حرکت کنند و جریان رسانایی الکترونی ایجاد کنند. در همان زمان، اتمی که از پوسته آن یک الکترون خارج شده، تبدیل به یون می شود. این یون با گرفتن اتم همسایه خنثی می شود. در نتیجه چنین حرکت آشفته ای، حرکت مکانی با یک یون از دست رفته رخ می دهد که از بیرون به عنوان حرکت بار مثبت قابل مشاهده است. به این جریان رسانش سوراخ می گویند. در یک کریستال نیمه هادی ایده آل، جریان از حرکت تعداد مساوی الکترون آزاد و حفره ایجاد می شود. به این نوع هدایت، هدایت ذاتی می گویند. با کاهش دما، تعداد الکترون های آزاد که متناسب با میانگین انرژی اتم ها است، کاهش می یابد و نیمه هادی شبیه دی الکتریک می شود. گاهی اوقات ناخالصی هایی برای بهبود رسانایی به یک نیمه هادی اضافه می شود که عبارتند از دهنده (افزایش تعداد الکترون ها بدون افزایش تعداد سوراخ ها) و پذیرنده (افزایش تعداد حفره ها بدون افزایش تعداد الکترون ها). نیمه هادی هایی که تعداد الکترون ها از تعداد سوراخ ها بیشتر باشد، نیمه هادی های الکترونیکی یا نیمه هادی های نوع n نامیده می شوند. نیمه هادی هایی که تعداد حفره ها از تعداد الکترون ها بیشتر باشد، نیمه هادی های حفره ای یا نیمه هادی های نوع p نامیده می شوند.

43. دیود نیمه هادی. ترانزیستور.

یک دیود نیمه هادی از آن تشکیل شده است pnانتقال، یعنی از دو نیمه هادی متصل با انواع مختلف رسانایی. وقتی با هم ترکیب می شوند، الکترون ها به داخل نفوذ می کنند آر-نیمه هادی. این منجر به ظهور یون‌های مثبت جبران‌نشده ناخالصی دهنده در نیمه‌رسانای الکترونیکی و یون‌های منفی ناخالصی گیرنده، که الکترون‌های منتشر شده را جذب می‌کنند، در نیمه‌رسانای سوراخ می‌شود. یک میدان الکتریکی بین دو لایه ایجاد می شود. اگر یک بار مثبت به ناحیه دارای رسانایی الکترونیکی اعمال شود، و یک بار منفی به ناحیه دارای رسانایی سوراخ اعمال شود، میدان مسدود کننده افزایش می یابد، قدرت جریان به شدت کاهش می یابد و تقریباً مستقل از ولتاژ است. این روش روشن شدن را مسدود کردن و جریانی را که در دیود می گذرد معکوس می گویند. اگر یک بار مثبت به ناحیه دارای رسانایی سوراخ اعمال شود و یک بار منفی به ناحیه با الکترونیک اعمال شود، میدان مسدود کننده ضعیف می شود، جریان عبوری از دیود در این حالت فقط به مقاومت مدار خارجی بستگی دارد. به این روش روشن شدن توان عبوری و جریانی که در دیود می گذرد مستقیم می گویند.

یک ترانزیستور که به عنوان تریود نیمه هادی نیز شناخته می شود از دو تشکیل شده است pn(یا n-p) انتقال. قسمت میانی کریستال پایه نامیده می شود و قسمت های افراطی امیتر و جمع کننده هستند. ترانزیستورهایی که پایه آنها دارای رسانایی سوراخ است ترانزیستور نامیده می شوند. p-n-pانتقال برای راندن ترانزیستور p-n-pنوع، یک ولتاژ قطبی منفی نسبت به امیتر به کلکتور اعمال می شود. ولتاژ پایه می تواند مثبت یا منفی باشد. زیرا سوراخ های بیشتری وجود دارد، سپس جریان اصلی از طریق اتصال، شار انتشار سوراخ ها از آر- مناطق. اگر یک ولتاژ رو به جلو کوچک به امیتر اعمال شود، جریان حفره ای از آن عبور می کند و از آن پخش می شود. آر-مناطق در n-مساحت (پایه). اما از آنجایی که پایه باریک است، سپس سوراخ ها از طریق آن، با شتاب میدان، به کلکتور پرواز می کنند. (؟؟؟، یه چیزی اینجا من اشتباه متوجه شدم...). ترانزیستور قادر است جریان را توزیع کند و در نتیجه آن را تقویت کند. نسبت تغییر جریان در مدار کلکتور به تغییر جریان در مدار پایه، در حالی که همه چیزهای دیگر برابر هستند، یک مقدار ثابت است که ضریب انتقال انتگرال جریان پایه نامیده می شود. بنابراین با تغییر جریان در مدار پایه می توان تغییراتی در جریان مدار کلکتور به دست آورد. (???)

44. جریان الکتریکی در گازها. انواع تخلیه گاز و کاربرد آنهامفهوم پلاسما

گاز تحت تأثیر نور یا گرما می تواند به هادی جریان تبدیل شود. پدیده عبور جریان از گاز تحت شرایط تأثیر خارجی، تخلیه الکتریکی غیر خودپایدار نامیده می شود. فرآیند تشکیل یون های گاز تحت تاثیر دما را یونیزاسیون حرارتی می گویند. ظهور یون ها تحت تأثیر تابش نور، فتویونیزاسیون است. گازی که در آن بخش قابل توجهی از مولکول ها یونیزه می شوند، پلاسما نامیده می شود. دمای پلاسما به چند هزار درجه می رسد. الکترون ها و یون های پلاسما می توانند تحت تاثیر میدان الکتریکی حرکت کنند. با افزایش قدرت میدان، بسته به فشار و ماهیت گاز، تخلیه در آن بدون تأثیر یونیزرهای خارجی رخ می دهد. این پدیده را تخلیه الکتریکی خودپایدار می نامند. برای اینکه یک الکترون در هنگام برخورد با اتم به آن یونیزه شود، باید انرژی آن کمتر از کار یونیزاسیون نباشد. این انرژی را می توان توسط یک الکترون تحت تأثیر نیروهای میدان الکتریکی خارجی در یک گاز در مسیر آزاد آن به دست آورد، یعنی. . زیرا میانگین مسیر آزاد کوچک است، خود تخلیه فقط در قدرت میدان بالا امکان پذیر است. در فشار کم گاز، تخلیه درخششی تشکیل می‌شود که با افزایش رسانایی گاز در طول نادری توضیح داده می‌شود (میانگین مسیر آزاد افزایش می‌یابد). اگر قدرت جریان در خود تخلیه بسیار زیاد باشد، ضربه های الکترون می تواند باعث گرم شدن کاتد و آند شود. الکترون ها از سطح کاتد در دمای بالا ساطع می شوند که باعث حفظ تخلیه در گاز می شود. به این نوع تخلیه قوس می گویند.

45. جریان الکتریکی در خلاء. انتشار ترمیونیک لامپ پرتوی کاتدی.

هیچ حامل شارژ رایگان در خلاء وجود ندارد، بنابراین، بدون تأثیر خارجی، جریانی در خلاء وجود ندارد. اگر یکی از الکترودها تا دمای بالا گرم شود ممکن است رخ دهد. کاتد گرم شده الکترون از سطح خود ساطع می کند. پدیده انتشار الکترون های آزاد از سطح اجسام گرم شده را گسیل ترمیونی می نامند. ساده ترین وسیله ای که از گسیل ترمیونیک استفاده می کند دیود الکترو وکیوم است. آند از یک صفحه فلزی تشکیل شده است، کاتد از یک سیم پیچ نازک ساخته شده است. هنگامی که کاتد گرم می شود یک ابر الکترونی در اطراف کاتد ایجاد می شود. اگر کاتد را به پایانه مثبت باتری و آند را به پایانه منفی وصل کنید، میدان داخل دیود الکترون ها را به سمت کاتد منتقل می کند و جریانی وجود نخواهد داشت. اگر برعکس - آند را به مثبت، و کاتد را به منفی - وصل کنید، میدان الکتریکی الکترون ها را به سمت آند حرکت می دهد. این ویژگی هدایت یک طرفه دیود را توضیح می دهد. جریان الکترون هایی که از کاتد به آند حرکت می کنند را می توان با استفاده از یک میدان الکترومغناطیسی کنترل کرد. برای انجام این کار، دیود اصلاح شده و یک شبکه بین آند و کاتد اضافه می شود. دستگاه به دست آمده تریود نامیده می شود. اگر یک پتانسیل منفی به شبکه اعمال شود، میدان بین شبکه و کاتد از حرکت الکترون جلوگیری می کند. اگر مثبت را اعمال کنید، میدان از حرکت الکترون ها جلوگیری می کند. الکترون های ساطع شده از کاتد را می توان با استفاده از میدان های الکتریکی به سرعت های بالا شتاب داد. توانایی پرتوهای الکترونی برای انحراف تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی در CRT استفاده می شود.

46. ​​برهمکنش مغناطیسی جریانها. یک میدان مغناطیسی نیروی وارد بر هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی. القای میدان مغناطیسی

اگر جریانی از هادی ها در یک جهت عبور داده شود، آنها جذب می شوند و اگر برابر باشند، دفع می شوند. در نتیجه، برهمکنشی بین رساناها وجود دارد که با حضور میدان الکتریکی قابل توضیح نیست، زیرا. به طور کلی هادی ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. میدان مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود و فقط بر روی بارهای متحرک عمل می کند. میدان مغناطیسی نوع خاصی از ماده است و در فضا پیوسته است. عبور جریان الکتریکی از یک هادی با ایجاد میدان مغناطیسی بدون توجه به محیط همراه است. برهمکنش مغناطیسی هادی ها برای تعیین مقدار قدرت جریان استفاده می شود. 1 آمپر - قدرت جریان عبوری از دو هادی موازی ¥ طول و مقطع کوچکی که در فاصله 1 متری از یکدیگر قرار دارند که در آن شار مغناطیسی نیروی برهمکنشی به سمت پایین به اندازه هر متر طول ایجاد می کند. . نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی رسانای حامل جریان وارد می کند، نیروی آمپر نامیده می شود. برای مشخص کردن توانایی یک میدان مغناطیسی برای تأثیرگذاری بر هادی با جریان، کمیتی به نام القای مغناطیسی وجود دارد. ماژول القای مغناطیسی برابر است با نسبت حداکثر مقدار نیروی آمپر وارد بر هادی حامل جریان به قدرت جریان در هادی و طول آن. جهت بردار القایی با قانون دست چپ تعیین می شود (در دست یک هادی است، روی شست قدرت است، در کف دست القایی است). واحد القای مغناطیسی تسلا است که برابر است با القای چنین شار مغناطیسی که در آن حداکثر نیروی آمپر 1 نیوتن بر 1 متر از هادی با جریان 1 آمپر وارد می شود. خطی که در هر نقطه ای که بردار القای مغناطیسی به صورت مماس جهت آن باشد، خط القای مغناطیسی نامیده می شود. اگر در تمام نقاط یک فضا بردار القایی مقدار یکسانی در مقدار مطلق و یک جهت داشته باشد، میدان در این قسمت همگن نامیده می شود. بسته به زاویه شیب هادی حامل جریان نسبت به بردار القای مغناطیسی، نیروی آمپر متناسب با سینوس زاویه تغییر می کند.

47. قانون آمپرعمل میدان مغناطیسی بر روی یک بار متحرک. نیروی لورنتس

عمل میدان مغناطیسی بر روی جریان یک هادی نشان می دهد که بر روی بارهای متحرک عمل می کند. قدرت فعلی مندر هادی مربوط به غلظت است nذرات باردار رایگان، سرعت vحرکت منظم و منطقه آنها اسمقطع هادی با عبارت , Where qبار یک ذره است. با جایگزینی این عبارت با فرمول نیروی آمپر، به دست می آوریم . زیرا nSlبرابر است با تعداد ذرات آزاد در یک هادی با طول ل، سپس نیرویی که از سمت میدان به یک ذره باردار وارد می شود که با سرعت حرکت می کند vدر زاویه a نسبت به بردار القای مغناطیسی ببرابر است با . این نیرو را نیروی لورنتس می نامند. جهت نیروی لورنتس برای بار مثبت توسط قانون دست چپ تعیین می شود. در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، ذره‌ای که عمود بر خطوط القای میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، تحت تأثیر نیروی لورنتس، شتاب مرکزگرا به دست می‌آورد. و به صورت دایره ای حرکت می کند. شعاع دایره و دوره انقلاب با عبارات تعیین می شود . استقلال دوره انقلاب از شعاع و سرعت در شتاب دهنده ذرات باردار - سیکلوترون - استفاده می شود.

48. خواص مغناطیسی ماده. فرومغناطیس ها

برهمکنش الکترومغناطیسی بستگی به محیطی دارد که بارها در آن قرار دارند. اگر یک کلاف کوچک را نزدیک یک کلاف بزرگ آویزان کنید، منحرف می شود. اگر یک هسته آهنی در یک هسته بزرگ قرار داده شود، انحراف افزایش می یابد. این تغییر نشان می دهد که با معرفی هسته، القاء تغییر می کند. موادی که میدان مغناطیسی خارجی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهند فرومغناطیس نامیده می شوند. کمیت فیزیکی که نشان می دهد چند برابر اندوکتانس یک میدان مغناطیسی در یک محیط با اندوکتانس میدان در خلاء متفاوت است، نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود. همه مواد میدان مغناطیسی را تقویت نمی کنند. پارامغناطیس ها میدان ضعیفی ایجاد می کنند که در جهت با میدان خارجی منطبق است. دیامغناطیس ها میدان خارجی را با میدان خود ضعیف می کنند. فرومغناطیس با خواص مغناطیسی الکترون توضیح داده می شود. الکترون یک بار متحرک است و بنابراین میدان مغناطیسی خاص خود را دارد. در برخی از بلورها شرایطی برای جهت گیری موازی میدان های مغناطیسی الکترون ها وجود دارد. در نتیجه، نواحی مغناطیسی به نام دامنه در داخل بلور فرومغناطیس ظاهر می شود. با افزایش میدان مغناطیسی خارجی، دامنه ها جهت خود را مرتب می کنند. در مقدار معینی از القاء، ترتیب کامل جهت گیری دامنه ها رخ می دهد و اشباع مغناطیسی ایجاد می شود. هنگامی که یک فرومغناطیس از میدان مغناطیسی خارجی حذف می شود، همه حوزه ها جهت خود را از دست نمی دهند و بدن به یک آهنربای دائمی تبدیل می شود. ترتیب جهت گیری دامنه می تواند توسط ارتعاشات حرارتی اتم ها مختل شود. دمایی که در آن یک ماده دیگر فرومغناطیس نیست، دمای کوری نامیده می شود.

49. القای الکترومغناطیسی. شار مغناطیسی قانون القای الکترومغناطیسی. قانون لنز

در مدار بسته، وقتی میدان مغناطیسی تغییر می کند، جریان الکتریکی ایجاد می شود. این جریان را جریان القایی می نامند. پدیده وقوع جریان در مدار بسته با تغییرات میدان مغناطیسی در مدار را القای الکترومغناطیسی می گویند. ظهور یک جریان در یک مدار بسته نشان دهنده وجود نیروهای خارجی با ماهیت غیرالکترواستاتیک یا وقوع EMF القایی است. توصیف کمی از پدیده القای الکترومغناطیسی بر اساس ایجاد رابطه بین EMF القایی و شار مغناطیسی ارائه شده است. شار مغناطیسی افاز طریق سطح کمیت فیزیکی برابر با حاصل ضرب سطح نامیده می شود اسدر هر مدول بردار القای مغناطیسی بو توسط کسینوس زاویه a بین آن و نرمال به سطح . واحد شار مغناطیسی وبر برابر با شار است که وقتی به طور یکنواخت در 1 ثانیه به صفر کاهش می یابد، یک ولتاژ 1 ولت ایجاد می کند. جهت جریان القایی به افزایش یا کاهش شار عبوری در مدار و همچنین به جهت میدان نسبت به مدار بستگی دارد. فرمول کلی قانون لنز: جریان القایی ایجاد شده در یک مدار بسته دارای جهتی است که شار مغناطیسی ایجاد شده توسط آن از طریق ناحیه محدود شده توسط مدار تمایل به جبران تغییر در شار مغناطیسی ایجاد کننده این جریان دارد. قانون القای الکترومغناطیسی: EMF القاء در یک مدار بسته با سرعت تغییر شار مغناطیسی از سطح محدود شده توسط این مدار نسبت مستقیم دارد و با نرخ تغییر این شار برابر است، در حالی که لنز را در نظر می گیریم. قانون. هنگام تغییر EMF در یک سیم پیچ متشکل از nچرخش های یکسان، کل emf در n EMF بیشتر در یک سیم پیچ برای یک میدان مغناطیسی یکنواخت، بر اساس تعریف شار مغناطیسی، چنین است که القاء 1 تسلا است اگر شار در مدار 1 متر مربع 1 وبر باشد. وقوع جریان الکتریکی در یک هادی ثابت با برهمکنش مغناطیسی توضیح داده نمی شود، زیرا میدان مغناطیسی فقط بر روی بارهای متحرک عمل می کند. میدان الکتریکی که هنگام تغییر میدان مغناطیسی ایجاد می شود، میدان الکتریکی گردابی نامیده می شود. کار نیروهای میدان گرداب بر روی حرکت بارها، EMF القایی است. میدان گرداب با بارها متصل نیست و یک خط بسته است. کار نیروهای این میدان در امتداد یک کانتور بسته می تواند با صفر متفاوت باشد. پدیده القای الکترومغناطیسی نیز زمانی رخ می دهد که منبع شار مغناطیسی در حال استراحت باشد و هادی در حال حرکت باشد. در این مورد، علت EMF القایی، برابر است ، نیروی لورنتس است.

50. پدیده خود القایی. اندوکتانس انرژی میدان مغناطیسی.

جریان الکتریکی که از یک هادی عبور می کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. شار مغناطیسی افاز طریق کانتور با بردار القای مغناطیسی متناسب است ATو القاء، به نوبه خود، قدرت جریان در هادی. بنابراین، برای شار مغناطیسی، می توانیم بنویسیم. ضریب تناسب اندوکتانس نامیده می شود و به خواص هادی، ابعاد آن و محیطی که در آن قرار دارد بستگی دارد. واحد اندوکتانس هنری است، اندوکتانس 1 هنری است، اگر در شدت جریان 1 آمپر شار مغناطیسی 1 وبر باشد. هنگامی که قدرت جریان در سیم پیچ تغییر می کند، شار مغناطیسی ایجاد شده توسط این جریان تغییر می کند. تغییر در شار مغناطیسی باعث ظاهر شدن یک القای EMF در سیم پیچ می شود. پدیده ظهور القایی EMF در سیم پیچ در نتیجه تغییر قدرت جریان در این مدار را خود القایی می گویند. مطابق با قانون لنز، EMF خود القایی از افزایش در هنگام روشن شدن مدار و کاهش در هنگام خاموش شدن مدار جلوگیری می کند. EMF خود القایی که در یک سیم پیچ با اندوکتانس ایجاد می شود L، طبق قانون القای الکترومغناطیسی برابر است با . فرض کنید وقتی شبکه از منبع قطع می شود، جریان طبق یک قانون خطی کاهش می یابد. سپس EMF خود القایی مقدار ثابتی برابر با . در حین تیدر یک کاهش خطی در مدار، یک بار عبور خواهد کرد. در این حالت کار جریان الکتریکی برابر است با . این کار برای نور انرژی انجام می شود W mمیدان مغناطیسی سیم پیچ

51. ارتعاشات هارمونیک. دامنه، دوره، فرکانس و فاز نوسانات.

ارتعاشات مکانیکی حرکات اجسامی هستند که دقیقاً یا تقریباً یکسان در فواصل منظم تکرار می شوند. نیروهایی که بین اجسام در داخل سیستم در نظر گرفته شده از اجسام وارد می شوند، نیروهای داخلی نامیده می شوند. نیروهایی که از اجسام دیگر بر بدنه های سیستم وارد می شوند، نیروهای خارجی نامیده می شوند. نوسانات آزاد به نوساناتی گفته می شود که تحت تأثیر نیروهای داخلی، به عنوان مثال آونگ روی یک نخ به وجود آمده اند. نوسانات تحت تأثیر نیروهای خارجی نوسانات اجباری هستند، به عنوان مثال، یک پیستون در یک موتور. ویژگی مشترک انواع نوسانات، تکرارپذیری فرآیند حرکت پس از یک بازه زمانی معین است. نوسانات توصیف شده توسط معادله هارمونیک نامیده می شود. . به طور خاص، ارتعاشاتی که در یک سیستم با یک نیروی بازگردان متناسب با تغییر شکل رخ می دهد، هارمونیک هستند. حداقل فاصله ای که حرکت بدن در آن تکرار می شود دوره نوسان نامیده می شود. تی. کمیت فیزیکی که متقابل دوره نوسان است و تعداد نوسانات در واحد زمان را مشخص می کند فرکانس نامیده می شود. فرکانس بر حسب هرتز، 1 هرتز = 1 ثانیه -1 اندازه گیری می شود. از مفهوم فرکانس چرخه ای نیز استفاده می شود که تعداد نوسانات را در 2p ثانیه تعیین می کند. مدول ماکزیمم جابجایی از موقعیت تعادل دامنه نامیده می شود. مقدار زیر علامت کسینوس فاز نوسانات است، j 0 فاز اولیه نوسانات است. مشتقات نیز به صورت هارمونیک تغییر می کنند، و انرژی مکانیکی کل با یک انحراف دلخواه ایکس(زاویه، مختصات و غیره) است ، جایی که ولیو ATثابت هایی هستند که توسط پارامترهای سیستم تعیین می شوند. با تمایز این عبارت و با در نظر گرفتن عدم وجود نیروهای خارجی، می توان آنچه را، از کجا نوشت.

52. آونگ ریاضی. لرزش بار روی فنر. دوره نوسان یک آونگ ریاضی و یک وزنه روی فنر.

به جسم کوچکی که بر روی نخی غیر قابل امتداد آویزان است و جرم آن در مقایسه با جرم بدن ناچیز است آونگ ریاضی می گویند. موقعیت عمودی موقعیت تعادل است که در آن نیروی گرانش با نیروی کشسانی متعادل می شود. با انحرافات اندک آونگ از موقعیت تعادل، نیروی حاصل به سمت موقعیت تعادل ایجاد می شود و نوسانات آن هارمونیک است. دوره نوسانات هارمونیک یک آونگ ریاضی در یک زاویه نوسان کوچک برابر است با . برای بدست آوردن این فرمول، قانون دوم نیوتن را برای آونگ می نویسیم. بر روی آونگ نیروی گرانش و کشش ریسمان اثر می گذارد. حاصل آنها در یک زاویه انحراف کوچک است. در نتیجه، ، جایی که .

با ارتعاشات هارمونیک جسم معلق روی فنر، نیروی الاستیک طبق قانون هوک برابر است. طبق قانون دوم نیوتن.

53. تبدیل انرژی در حین ارتعاشات هارمونیک. ارتعاشات اجباری رزونانس.

هنگامی که آونگ ریاضی از موقعیت تعادل منحرف می شود، انرژی پتانسیل آن افزایش می یابد، زیرا فاصله تا زمین افزایش می یابد هنگام حرکت به موقعیت تعادل، سرعت آونگ افزایش می‌یابد و انرژی جنبشی به دلیل کاهش ذخیره پتانسیل افزایش می‌یابد. در موقعیت تعادل، انرژی جنبشی حداکثر است، انرژی پتانسیل حداقل است. در موقعیت حداکثر انحراف - برعکس. با فنر - همان است، اما نه انرژی پتانسیل در میدان گرانشی زمین، بلکه انرژی پتانسیل چشمه گرفته می شود. ارتعاشات رایگان همیشه میرا می شوند، یعنی. با کاهش دامنه، زیرا انرژی صرف تعامل با اجسام اطراف می شود. اتلاف انرژی در این حالت برابر با کار نیروهای خارجی در همان زمان است. دامنه به فرکانس تغییر نیرو بستگی دارد. در فرکانس نوسانات نیروی خارجی که با فرکانس طبیعی نوسانات سیستم همزمان است، به حداکثر دامنه خود می رسد. پدیده افزایش دامنه نوسانات اجباری در شرایط توصیف شده تشدید نامیده می شود. از آنجایی که در رزونانس، نیروی خارجی حداکثر کار مثبت را برای دوره انجام می دهد، شرایط تشدید را می توان به عنوان شرط حداکثر انتقال انرژی به سیستم تعریف کرد.

54. انتشار ارتعاشات در محیط های الاستیک. امواج عرضی و طولی. طول موج. رابطه طول موج با سرعت انتشار آن. امواج صوتی. سرعت صدا. سونوگرافی

برانگیختن نوسانات در یک محل از محیط باعث نوسانات اجباری ذرات همسایه می شود. فرآیند انتشار ارتعاشات در فضا را موج می گویند. امواجی که در آنها ارتعاشات عمود بر جهت انتشار ایجاد می شود، امواج عرضی نامیده می شوند. امواجی که در آنها ارتعاش در جهت انتشار موج ایجاد می شود، امواج طولی نامیده می شوند. امواج طولی می توانند در همه رسانه ها، امواج عرضی - در جامدات تحت تأثیر نیروهای الاستیک در طول تغییر شکل یا نیروهای کشش سطحی و نیروهای گرانش ایجاد شوند. سرعت انتشار نوسانات v در فضا را سرعت موج می گویند. فاصله l بین نقاط نزدیک به یکدیگر که در همان فازها در نوسان هستند، طول موج نامیده می شود. وابستگی طول موج به سرعت و دوره به صورت , یا بیان می شود. هنگامی که امواج رخ می دهند، فرکانس آنها توسط فرکانس نوسان منبع تعیین می شود، و سرعت توسط رسانه ای که در آن منتشر می شوند، تعیین می شود، بنابراین امواج با فرکانس یکسان می توانند در رسانه های مختلف طول های متفاوتی داشته باشند. فرآیندهای فشرده سازی و کمیاب شدن در هوا در همه جهات منتشر می شوند و امواج صوتی نامیده می شوند. امواج صوتی طولی هستند. سرعت صوت مانند سرعت هر موجی به محیط بستگی دارد. سرعت صوت در هوا 331 متر بر ثانیه، در آب - 1500 متر بر ثانیه، در فولاد - 6000 متر بر ثانیه است. فشار صوت فشار اضافی در گاز یا مایع است که توسط موج صوتی ایجاد می شود. شدت صوت با انرژی حمل شده توسط امواج صوتی در واحد زمان از طریق واحد سطح مقطع عمود بر جهت انتشار موج اندازه گیری می شود و بر حسب وات بر متر مربع اندازه گیری می شود. شدت صدا میزان بلندی آن را تعیین می کند. زیر و بمی صدا با فرکانس ارتعاشات تعیین می شود. اولتراسوند و مادون صوت به ارتعاشات صوتی گفته می شود که فراتر از حد شنوایی با فرکانس های 20 کیلوهرتز و 20 هرتز قرار دارند.

55. نوسانات الکترومغناطیسی آزاد در مدار. تبدیل انرژی در مدار نوسانی فرکانس طبیعی نوسانات در مدار.

مدار نوسانی الکتریکی سیستمی است متشکل از یک خازن و یک سیم پیچ که در یک مدار بسته به هم متصل شده اند. هنگامی که یک سیم پیچ به یک خازن متصل می شود، جریانی در سیم پیچ ایجاد می شود و انرژی میدان الکتریکی به انرژی میدان مغناطیسی تبدیل می شود. خازن فوراً تخلیه نمی شود، زیرا. این توسط EMF خود القایی در سیم پیچ جلوگیری می شود. هنگامی که خازن کاملاً تخلیه می شود، EMF خود القایی از کاهش جریان جلوگیری می کند و انرژی میدان مغناطیسی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. جریانی که در این حالت ایجاد می شود خازن را شارژ می کند و علامت شارژ روی صفحات برخلاف اصل خواهد بود. پس از آن، این روند تکرار می شود تا زمانی که تمام انرژی صرف گرم کردن عناصر مدار شود. بنابراین انرژی میدان مغناطیسی در مدار نوسانی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و بالعکس. برای انرژی کل سیستم، می توان روابط زیر را نوشت: ، از آنجا برای یک لحظه دلخواه از زمان . همانطور که مشخص است، برای یک زنجیره کامل . با این فرض که در حالت ایده آل R"0، بالاخره می رسیم یا . راه حل این معادله دیفرانسیل تابع است ، جایی که . مقدار w فرکانس دایره ای (چرخه ای) نوسانات خود در مدار نامیده می شود.

56. نوسانات الکتریکی اجباری. جریان الکتریکی متناوب. دینام. برق AC.

جریان متناوب در مدارهای الکتریکی نتیجه تحریک نوسانات الکترومغناطیسی اجباری در آنها است. بگذارید یک سیم پیچ مسطح مساحت داشته باشد اسو بردار القاء بیک زاویه j با عمود بر صفحه سیم پیچ ایجاد می کند. شار مغناطیسی افاز طریق مساحت سیم پیچ در این مورد با عبارت تعیین می شود. هنگامی که سیم پیچ با فرکانس n می چرخد، زاویه j مطابق قانون تغییر می کند، سپس عبارت جریان شکل می گیرد. تغییرات در شار مغناطیسی یک emf القایی برابر با منهای نرخ تغییر شار ایجاد می کند. بنابراین تغییر EMF القایی طبق قانون هارمونیک صورت خواهد گرفت. ولتاژ گرفته شده از خروجی ژنراتور متناسب با تعداد دورهای سیم پیچ است. زمانی که ولتاژ طبق قانون هارمونیک تغییر می کند شدت میدان در هادی بر اساس همان قانون متفاوت است. تحت عمل میدان چیزی بوجود می آید که فرکانس و فاز آن با فرکانس و فاز نوسانات ولتاژ منطبق است. نوسانات جریان در مدار اجباری است که تحت تأثیر یک ولتاژ متناوب اعمال شده ایجاد می شود. اگر فازهای جریان و ولتاژ منطبق باشند، توان جریان متناوب برابر یا . مقدار میانگین کسینوس مجذور در طول دوره 0.5 است، بنابراین . مقدار موثر قدرت جریان، قدرت جریان مستقیم است که همان مقدار گرما را در هادی آزاد می کند که جریان متناوب. در دامنه ایمکسنوسانات هارمونیک جریان، ولتاژ موثر برابر است. مقدار جریان ولتاژ نیز چندین برابر کمتر از مقدار دامنه آن است.میانگین توان جریان در هنگام منطبق شدن فازهای نوسان از طریق ولتاژ موثر و قدرت جریان تعیین می شود.

5 7. مقاومت فعال، القایی و خازنی.

مقاومت فعال آرکمیت فیزیکی برابر با نسبت توان به مجذور جریان نامیده می شود که از عبارت توان به دست می آید. در فرکانس های پایین، عملاً به فرکانس بستگی ندارد و با مقاومت الکتریکی هادی مطابقت دارد.

اجازه دهید یک سیم پیچ به یک مدار جریان متناوب متصل شود. سپس، هنگامی که قدرت جریان مطابق قانون تغییر می کند، emf خود القایی در سیم پیچ ظاهر می شود. زیرا مقاومت الکتریکی سیم پیچ صفر است، سپس EMF برابر با منهای ولتاژ در انتهای سیم پیچ است که توسط یک ژنراتور خارجی ایجاد می شود. (؟؟؟ چه ژنراتور دیگه ای؟؟؟). بنابراین تغییر جریان باعث تغییر ولتاژ می شود اما با تغییر فاز . محصول دامنه نوسانات ولتاژ است، یعنی. . نسبت دامنه نوسانات ولتاژ روی سیم پیچ به دامنه نوسانات جریان را راکتانس القایی می گویند. .

بگذارید یک خازن در مدار وجود داشته باشد. وقتی روشن می شود یک چهارم دوره شارژ می شود، سپس همان مقدار را تخلیه می کند، سپس همان چیزی را تخلیه می کند، اما با تغییر قطبیت. هنگامی که ولتاژ دو سوی خازن مطابق قانون هارمونیک تغییر می کند بار روی صفحات آن برابر است با . جریان در مدار زمانی اتفاق می‌افتد که شارژ تغییر می‌کند: مانند یک سیم پیچ، دامنه نوسانات جریان برابر است با . مقدار برابر با نسبت دامنه به قدرت جریان را ظرفیت خازنی می گویند .

58. قانون اهم برای جریان متناوب.

مداری را در نظر بگیرید که از یک مقاومت، یک سیم پیچ و یک خازن به صورت سری به هم متصل شده است. در هر زمان معین، ولتاژ اعمال شده برابر است با مجموع ولتاژهای هر عنصر. نوسانات جریان در همه عناصر طبق قانون اتفاق می افتد. نوسانات ولتاژ در سراسر مقاومت در فاز با نوسانات جریان است، نوسانات ولتاژ در سرتاسر خازن از نوسانات جریان در فاز عقب است، نوسانات ولتاژ در سراسر سیم پیچ منجر به نوسانات جریان در فاز می شود. (چرا آنها عقب هستند؟). بنابراین شرط برابری مجموع تنش ها به کل را می توان به صورت زیر نوشت. با استفاده از نمودار برداری، می توانید ببینید که دامنه ولتاژ در مدار، یا، یعنی. . امپدانس مدار نشان داده می شود . از نمودار مشخص است که ولتاژ نیز طبق قانون هارمونیک در نوسان است . فاز اولیه j را می توان با فرمول پیدا کرد . توان لحظه ای در مدار AC برابر است با. از آنجایی که میانگین مقدار کسینوس مجذور در طول دوره 0.5 است، . اگر یک سیم پیچ و یک خازن در مدار وجود دارد، طبق قانون اهم برای جریان متناوب. مقدار ضریب توان نامیده می شود.

59. تشدید در مدار الکتریکی.

مقاومت های خازنی و القایی به فرکانس ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. بنابراین، در یک دامنه ولتاژ ثابت، دامنه قدرت جریان به فرکانس بستگی دارد. در چنین مقدار فرکانسی، که در آن، مجموع ولتاژهای روی سیم پیچ و خازن برابر با صفر می شود، زیرا نوسانات آنها در فاز مخالف است. در نتیجه، ولتاژ مقاومت فعال در رزونانس برابر با ولتاژ کامل است و قدرت جریان به حداکثر مقدار خود می رسد. مقاومت های القایی و خازنی را در رزونانس بیان می کنیم: ، در نتیجه . این عبارت نشان می دهد که در تشدید، دامنه نوسانات ولتاژ روی سیم پیچ و خازن می تواند از دامنه نوسانات ولتاژ اعمال شده بیشتر شود.

60. ترانسفورماتور.

ترانسفورماتور از دو سیم پیچ با تعداد دورهای متفاوت تشکیل شده است. هنگامی که ولتاژ به یکی از سیم پیچ ها اعمال می شود، جریانی در آن ایجاد می شود. اگر ولتاژ طبق قانون هارمونیک تغییر کند، جریان نیز مطابق همان قانون تغییر می کند. شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ است . هنگامی که شار مغناطیسی در هر چرخش سیم پیچ اول تغییر می کند، emf خود القایی ایجاد می شود. محصول دامنه EMF در یک نوبت، کل EMF در سیم پیچ اولیه است. بنابراین سیم پیچ ثانویه توسط همان شار مغناطیسی سوراخ می شود. زیرا پس شارهای مغناطیسی یکسان هستند. مقاومت فعال سیم پیچ در مقایسه با راکتانس القایی کوچک است، بنابراین ولتاژ تقریبا برابر با EMF است. از اینجا. ضریب بهنسبت تبدیل نامیده می شود. بنابراین تلفات حرارتی سیم ها و هسته ها اندک است اف1 اینچ F 2. شار مغناطیسی متناسب با جریان در سیم پیچ و تعداد چرخش است. از این رو، یعنی . آن ها ترانسفورماتور ولتاژ را در داخل افزایش می دهد بهبار، کاهش جریان به همان مقدار. توان جریان در هر دو مدار، بدون توجه به تلفات، یکسان است.

61. امواج الکترومغناطیسی. سرعت انتشار آنها. خواص امواج الکترومغناطیسی

هر گونه تغییر در شار مغناطیسی در مدار باعث ایجاد جریان القایی در آن می شود. ظاهر آن با ظهور یک میدان الکتریکی گردابی با هر تغییری در میدان مغناطیسی توضیح داده می شود. یک اجاق الکتریکی گردابی همان خاصیت یک کوره معمولی را دارد - ایجاد میدان مغناطیسی. بنابراین، پس از شروع، روند تولید متقابل میدان های مغناطیسی و الکتریکی بدون وقفه ادامه می یابد. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی که امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می‌دهند، برخلاف سایر فرآیندهای موجی، می‌توانند در خلاء نیز وجود داشته باشند. از آزمایش‌های تداخلی، سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی مشخص شد که تقریباً برابر با 2000 بود. در حالت کلی، سرعت موج الکترومغناطیسی در یک محیط دلخواه با فرمول محاسبه می شود. چگالی انرژی اجزای الکتریکی و مغناطیسی با یکدیگر برابر است: ، جایی که . خواص امواج الکترومغناطیسی شبیه به سایر فرآیندهای موجی است. هنگام عبور از رابط بین دو رسانه، آنها تا حدی منعکس می شوند، تا حدی شکسته می شوند. آنها از سطح دی الکتریک منعکس نمی شوند، اما تقریباً به طور کامل از فلزات منعکس می شوند. امواج الکترومغناطیسی دارای خواص تداخل (آزمایش هرتز)، پراش (صفحه آلومینیومی)، پلاریزاسیون (شبکه) هستند.

62. اصول ارتباط رادیویی. ساده ترین گیرنده رادیویی

برای اجرای ارتباط رادیویی باید امکان تابش امواج الکترومغناطیسی فراهم شود. هر چه زاویه بین صفحات خازن بزرگتر باشد، امواج EM آزادتر در فضا منتشر می شوند. در واقعیت، یک مدار باز از یک سیم پیچ و یک سیم بلند - یک آنتن تشکیل شده است. یک سر آنتن به زمین متصل است، سر دیگر آن بالای سطح زمین قرار دارد. زیرا از آنجایی که انرژی امواج الکترومغناطیسی متناسب با توان چهارم فرکانس است، در طول نوسانات جریان متناوب فرکانس های صوتی، امواج EM عملاً رخ نمی دهد. بنابراین، از اصل مدولاسیون استفاده می شود - فرکانس، دامنه یا فاز. ساده ترین مولد نوسانات مدوله شده در شکل نشان داده شده است. اجازه دهید فرکانس نوسان مدار طبق قانون تغییر کند. اجازه دهید فرکانس ارتعاشات صدای مدوله شده نیز تغییر کند ، و W<(این دقیقا چیه؟)(G متقابل مقاومت است). با جایگزینی در این عبارت مقادیر تنش، که در آن، به دست می آوریم. زیرا در رزونانس، فرکانس های دور از فرکانس تشدید قطع می شوند، سپس از عبارت for قطع می شوند منترم های دوم، سوم و پنجم ناپدید می شوند. .

یک گیرنده رادیویی ساده را در نظر بگیرید. از یک آنتن، یک مدار نوسانی با یک خازن متغیر، یک دیود آشکارساز، یک مقاومت و یک تلفن تشکیل شده است. فرکانس مدار نوسانی به گونه ای انتخاب می شود که با فرکانس حامل مطابقت داشته باشد، در حالی که دامنه نوسانات روی خازن حداکثر می شود. این به شما امکان می دهد فرکانس مورد نظر را از بین تمام دریافتی ها انتخاب کنید. از مدار، نوسانات فرکانس بالا مدوله شده به آشکارساز می رسد. پس از عبور از آشکارساز، جریان در هر نیم سیکل خازن را شارژ می کند و در نیم سیکل بعدی که جریانی از دیود عبور نمی کند، خازن از مقاومت تخلیه می شود. (درست متوجه شدم؟؟؟).

64. قیاس بین ارتعاشات مکانیکی و الکتریکی.

تشابه بین ارتعاشات مکانیکی و الکتریکی به این صورت است: