Vad är en poäng i fysikens definition. mekanisk rörelse

MATERIALPUNKT- ett modellkoncept (abstraktion) av klassisk mekanik, som betecknar en kropp med försvinnande små dimensioner, men med en viss massa.

Å ena sidan är en materiell punkt det enklaste föremålet för mekaniken, eftersom dess position i rymden bestäms av endast tre siffror. Till exempel tre kartesiska koordinater för den punkt i rymden där vår materiella punkt är belägen.

Å andra sidan är en materiell punkt mekanikens huvudsakliga referensobjekt, eftersom det är för den som mekanikens grundläggande lagar formuleras. Alla andra objekt inom mekaniken - materiella kroppar och miljöer - kan representeras som en eller annan uppsättning materialpunkter. Till exempel kan vilken kropp som helst "klippas" i små delar och var och en av dem kan tas som en materialpunkt med motsvarande massa.

När det är möjligt att ”ersätta” en verklig kropp med en materiell punkt när man ställer problemet med kroppsrörelse, beror på vilka frågor som lösningen av det formulerade problemet måste besvara.

Det finns olika synsätt på frågan om att använda materialpunktmodellen.

En av dem är empirisk. Man tror att materialpunktsmodellen är tillämpbar när dimensionerna på de rörliga kropparna är försumbara jämfört med storleken på de relativa förskjutningarna av dessa kroppar. En illustration är solsystemet. Om vi ​​antar att solen är en fast materiell punkt och anser att den verkar på en annan materiell punktplanet enligt lagen om universell gravitation, så har problemet med en punktplanets rörelse en känd lösning. Bland de möjliga banorna för punktens rörelse finns de där Keplers lagar, empiriskt etablerade för solsystemets planeter, uppfylls.

Sålunda, när man beskriver planeternas omloppsrörelser, är materialpunktmodellen ganska tillfredsställande. (Men konstruktionen av en matematisk modell av sådana fenomen som sol- och månförmörkelser kräver att man tar hänsyn till de verkliga storlekarna på solen, jorden och månen, även om dessa fenomen uppenbarligen är förknippade med omloppsrörelser.)

Förhållandet mellan solens diameter och diametern på omloppsbanan för den närmaste planeten - Merkurius - är ~ 1 10 -2 , och förhållandet mellan diametrarna på planeterna närmast solen och diametern på deras banor är ~ 1 ÷ 2 10 -4 . Kan dessa siffror tjäna som ett formellt kriterium för att försumma kroppsdimensioner i andra problem och följaktligen för acceptansen av materialpunktmodellen? Övning visar att det inte är det.

Till exempel en liten kula l= 1 ÷ 2 cm flygdistans L= 1 ÷ 2 km, dvs. förhållandet, men flygvägen (och räckvidden) beror inte bara på kulans massa, utan också på dess form och om den roterar. Därför kan inte ens en liten kula strängt taget betraktas som en materiell punkt. Om en projektilkropp i problem med extern ballistik ofta anses vara en materiell punkt, åtföljs detta av reservationer av ett antal ytterligare villkor, som som regel empiriskt tar hänsyn till kroppens verkliga egenskaper.

Om vi ​​vänder oss till astronautik, då när en rymdfarkost (SC) skjuts upp i en arbetsbana, i ytterligare beräkningar av dess flygbana, anses den vara en väsentlig punkt, eftersom inga förändringar i formen på SC har någon märkbar effekt på bana. Endast ibland, när man korrigerar banan, blir det nödvändigt att säkerställa den exakta orienteringen av jetmotorer i rymden.

När nedstigningsfacket närmar sig jordens yta på ett avstånd av ~100 km, "förvandlas" det omedelbart till en kropp, eftersom "i sidled" det kommer in i atmosfärens täta lager avgör om utrymmet kommer att leverera astronauter och återlämnat material till önskad punkt på jorden..

Modellen av en materiell punkt visade sig vara praktiskt taget oacceptabel för att beskriva rörelserna för sådana fysiska objekt i mikrovärlden som elementära partiklar, atomkärnor, en elektron, etc.

Ett annat förhållningssätt till frågan om att använda materialpunktsmodellen är rationell. Enligt lagen om förändring i systemets rörelsemängd, applicerad på en separat kropp, har kroppens masscentrum C samma acceleration som någon (låt oss kalla det ekvivalent) materialpunkt, som påverkas av samma krafter som kroppen, dvs.

Generellt sett kan den resulterande kraften representeras som en summa , där beror endast på och (radievektorn och hastigheten för punkten C), och - och på kroppens vinkelhastighet och dess orientering.

Om en F 2 = 0, då övergår ovanstående relation till rörelseekvationen för en ekvivalent materialpunkt.

I detta fall sägs rörelsen av kroppens masscentrum vara oberoende av kroppens rotationsrörelse. Således får möjligheten att använda materialpunktsmodellen en matematisk rigorös (och inte bara empirisk) motivering.

Naturligtvis i praktiken tillståndet F 2 = 0 sällan och vanligtvis F 2 nr 0, men det kan det visa sig F 2 är något litet jämfört med F ett . Sedan kan vi säga att modellen för en ekvivalent materialpunkt är någon approximation för att beskriva en kropps rörelse. En uppskattning av noggrannheten av en sådan uppskattning kan erhållas matematiskt, och om denna uppskattning visar sig vara acceptabel för "konsumenten", så är utbytet av karossen med en likvärdig materialpunkt acceptabel, annars kommer ett sådant utbyte att leda till betydande fel.

Detta kan också ske när kroppen rör sig framåt och ur kinematik synvinkel kan den "ersättas" av någon motsvarande punkt.

Naturligtvis är materialpunktsmodellen inte lämplig för att svara på frågor som "varför vänder månen mot jorden med bara en av sina sidor?" Liknande fenomen är förknippade med kroppens rotationsrörelse.

Vitaly Samsonov

Definition

En materialpunkt är en makroskopisk kropp vars dimensioner, form, rotation och inre struktur kan försummas när man beskriver dess rörelse.

Frågan om ett visst organ kan betraktas som en materiell punkt beror inte på storleken på detta organ, utan på förutsättningarna för att problemet ska lösas. Till exempel är jordens radie mycket mindre än avståndet från jorden till solen, och dess omloppsrörelse kan väl beskrivas som rörelsen av en materiell punkt med en massa lika med jordens massa och belägen i dess Centrum. Men när man överväger jordens dagliga rörelse runt sin egen axel, är det inte meningsfullt att ersätta den med en materiell punkt. Tillämpligheten av materialpunktmodellen på en specifik kropp beror inte så mycket på kroppens storlek, utan på förhållandena för dess rörelse. I synnerhet, i enlighet med satsen om rörelsen av ett systems masscentrum under translationsrörelse, kan vilken stel kropp som helst betraktas som en materiell punkt, vars position sammanfaller med kroppens masscentrum.

Massan, positionen, hastigheten och vissa andra fysiska egenskaper hos en materialpunkt vid ett visst ögonblick avgör helt dess beteende.

Positionen för en materialpunkt i rymden definieras som positionen för en geometrisk punkt. I klassisk mekanik antas massan av en materiell punkt vara konstant i tiden och oberoende av alla särdrag i dess rörelse och interaktion med andra kroppar. I den axiomatiska inställningen till konstruktionen av klassisk mekanik accepteras följande som ett av axiomen:

Axiom

En materialpunkt är en geometrisk punkt som är associerad med en skalär som kallas massa: $(r,m)$, där $r$ är en vektor i det euklidiska rummet som refereras till något kartesiskt koordinatsystem. Massan antas vara konstant, oberoende av antingen punktens position i rummet eller tiden.

Mekanisk energi kan lagras av en materiell punkt endast i form av den kinetiska energin för dess rörelse i rymden och (eller) den potentiella energin för interaktion med fältet. Detta betyder automatiskt att en materialpunkt är oförmögen att deformeras (endast en absolut stel kropp kan kallas en materialpunkt) och rotera runt sin egen axel och ändrar riktningen på denna axel i rymden. Samtidigt används modellen för kroppsrörelse som beskrivs av en materialpunkt, som består i att ändra dess avstånd från någon momentan rotationscentrum och två Euler-vinklar som anger riktningen för linjen som förbinder denna punkt med centrum, extremt flitigt. inom många grenar av mekanik.

Metoden att studera verkliga kroppars rörelselagar genom att studera rörelsen hos en ideal modell - en materiell punkt - är den huvudsakliga inom mekaniken. Vilken makroskopisk kropp som helst kan representeras som en uppsättning av interagerande materialpunkter g, med massor lika med massorna av dess delar. Studiet av dessa delars rörelse reduceras till studiet av rörelsen hos materiella punkter.

Begränsningarna för tillämpningen av konceptet med en materialpunkt kan ses från detta exempel: i en förtärnad gas vid hög temperatur är storleken på varje molekyl mycket liten jämfört med det typiska avståndet mellan molekyler. Det verkar som om de kan försummas och molekylen kan betraktas som en materiell punkt. Detta är dock inte alltid fallet: vibrationer och rotationer av en molekyl är en viktig reservoar för molekylens "inre energi", vars "kapacitet" bestäms av molekylens storlek, dess struktur och kemiska egenskaper. I en bra approximation kan en monoatomisk molekyl (inerta gaser, metallångor etc.) ibland betraktas som en materialpunkt, men även i sådana molekyler vid en tillräckligt hög temperatur observeras excitation av elektronskal på grund av molekylära kollisioner, följt. genom utsläpp.

Övning 1

a) en bil som kör in i garaget;

b) en bil på motorvägen Voronezh - Rostov?

a) en bil som går in i garaget kan inte tas som en väsentlig punkt, eftersom under dessa förhållanden är bilens dimensioner betydande;

b) en bil på motorvägen Voronezh-Rostov kan tas som en väsentlig punkt, eftersom bilens dimensioner är mycket mindre än avståndet mellan städer.

Kan det tas som en väsentlig punkt:

a) en pojke som går 1 km på väg hem från skolan;

b) en pojke som gör övningar.

a) När en pojke som återvänder från skolan går en sträcka på 1 km till huset, då kan pojken i denna rörelse betraktas som en materiell punkt, eftersom hans storlek är liten jämfört med avståndet han går.

b) när samma pojke gör morgonövningar, då kan han inte anses vara en väsentlig poäng.

Materialpunkt

Materialpunkt(partikel) - den enklaste fysiska modellen inom mekanik - en idealkropp vars dimensioner är lika med noll, man kan också betrakta kroppens dimensioner som oändligt små jämfört med andra dimensioner eller avstånd inom antagandena för det problem som studeras. Positionen för en materialpunkt i rymden definieras som positionen för en geometrisk punkt.

I praktiken förstås en materiell punkt som en kropp med massa, vars storlek och form kan försummas när man löser detta problem.

Med en rätlinjig rörelse av en kropp räcker det med en koordinataxel för att bestämma dess position.

Egenheter

Massan, positionen och hastigheten för en materialpunkt vid ett visst ögonblick avgör helt dess beteende och fysikaliska egenskaper.

Konsekvenser

Mekanisk energi kan lagras av en materiell punkt endast i form av den kinetiska energin för dess rörelse i rymden, och (eller) den potentiella energin för interaktion med fältet. Detta betyder automatiskt att en materialpunkt är oförmögen att deformeras (endast en absolut stel kropp kan kallas en materialpunkt) och rotera runt sin egen axel och ändrar riktningen på denna axel i rymden. Samtidigt används modellen för kroppsrörelse som beskrivs av en materialpunkt, som består i att ändra dess avstånd från någon momentan rotationscentrum och två Euler-vinklar som anger riktningen för linjen som förbinder denna punkt med centrum, extremt flitigt. inom många sektioner av mekanik.

Restriktioner

Begränsningarna för tillämpningen av konceptet med en materialpunkt kan ses från detta exempel: i en förtärnad gas vid hög temperatur är storleken på varje molekyl mycket liten jämfört med det typiska avståndet mellan molekyler. Det verkar som om de kan försummas och molekylen kan betraktas som en materiell punkt. Detta är dock inte alltid fallet: vibrationer och rotationer av en molekyl är en viktig reservoar för molekylens "inre energi", vars "kapacitet" bestäms av molekylens storlek, dess struktur och kemiska egenskaper. I en bra approximation kan en monoatomisk molekyl (inerta gaser, metallångor etc.) ibland betraktas som en materialpunkt, men även i sådana molekyler vid en tillräckligt hög temperatur observeras excitation av elektronskal på grund av molekylära kollisioner, följt av genom utsläpp.

Anteckningar

Wikimedia Foundation. 2010 .

• mekanisk rörelse
• Absolut stel kropp

Se vad "Material point" är i andra ordböcker:

MATERIALPUNKTär en punkt med massa. Inom mekaniken används begreppet materialpunkt i de fall då en kropps dimensioner och form inte spelar någon roll för att studera dess rörelse, utan endast massan är viktig. Nästan vilken kropp som helst kan betraktas som en materiell punkt, om ... ... Stor encyklopedisk ordbok

MATERIALPUNKT- ett begrepp som introducerats inom mekaniken för att beteckna ett föremål, som anses vara en punkt med massa. Positionen för M. t. till höger definieras som positionen för geom. poäng, vilket avsevärt förenklar lösningen av problem inom mekanik. I praktiken kan kroppen anses ... ... Fysisk uppslagsverk

materiell punkt- En punkt med massa. [Samling av rekommenderade termer. Nummer 102. Teoretisk mekanik. Sovjetunionens vetenskapsakademi. Kommittén för vetenskaplig och teknisk terminologi. 1984] Ämnen teoretisk mekanik EN partikel DE materialle Punkt FR point matériel … Teknisk översättarhandbok

MATERIALPUNKT Modern Encyclopedia

MATERIALPUNKT- Inom mekaniken: en oändligt liten kropp. Ordbok med främmande ord som ingår i det ryska språket. Chudinov A.N., 1910 ... Ordbok med främmande ord i ryska språket

Materialpunkt- MATERIAL POINT, ett koncept som introducerats inom mekaniken för att beteckna en kropp vars storlek och form kan försummas. Positionen för en materialpunkt i rymden definieras som positionen för en geometrisk punkt. Kroppen kan betraktas som material ... ... Illustrerad encyklopedisk ordbok

materiell punkt- ett begrepp som introducerats i mekaniken för ett objekt av oändligt liten storlek, med en massa. Positionen för en materialpunkt i rymden definieras som positionen för en geometrisk punkt, vilket förenklar lösningen av problem inom mekanik. Nästan vilken kropp som helst kan ... ... encyklopedisk ordbok

Materialpunkt- geometrisk punkt med massa; materialpunkt är en abstrakt bild av en materiell kropp som har massa och inte har dimensioner ... Början av modern naturvetenskap

materiell punkt- materialusis taškas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. masspunkt; material punkt vok. Massenpunkt, m; materieller Punkt, m rus. materialpunkt, f; punktmassa, fpranc. punktmassa, m; point matériel, m … Fizikos terminų žodynas

materiell punkt- En punkt med massa ... Yrkeshögskoleterminologiskt förklarande ordbok

Böcker

• En uppsättning bord. Fysik. Årskurs 9 (20 bord), . Pedagogiskt album med 20 ark. Materialpunkt. rörliga kroppskoordinater. Acceleration. Newtons lagar. Lagen om universell gravitation. Rätlinjig och krökt rörelse. Kroppsrörelse längs...

Från sjunde årskursen i fysik kommer vi ihåg att en kropps mekaniska rörelse är dess rörelse i tiden i förhållande till andra kroppar. Baserat på sådan information kan vi anta den nödvändiga uppsättningen verktyg för att beräkna kroppens rörelse.

Först behöver vi något i förhållande till vilket vi kommer att göra våra beräkningar. Därefter måste vi komma överens om hur vi ska bestämma kroppens position i förhållande till detta "något". Och slutligen måste du fixa tiden på något sätt. För att beräkna var kroppen kommer att vara vid ett visst ögonblick behöver vi alltså en referensram.

Referensram i fysik

Inom fysiken är ett referenssystem en uppsättning av en referenskropp, ett koordinatsystem associerat med en referenskropp och en klocka eller annan anordning för att mäta tid. Samtidigt ska man alltid komma ihåg att varje referensram är villkorlig och relativ. Det är alltid möjligt att anta en annan referensram, i förhållande till vilken varje rörelse kommer att ha helt andra egenskaper.

Relativitet är generellt sett en viktig aspekt som bör beaktas i nästan alla beräkningar inom fysik. Till exempel är vi i många fall långt ifrån att kunna fastställa de exakta koordinaterna för en rörlig kropp när som helst.

Framför allt kan vi inte placera observatörer med klockor var hundratal meter längs järnvägslinjen från Moskva till Vladivostok. I det här fallet beräknar vi kroppens hastighet och placering ungefär under en viss tidsperiod.

Vi bryr oss inte om noggrannheten på upp till en meter när vi bestämmer platsen för ett tåg på en rutt på flera hundra eller tusentals kilometer. För detta finns det approximationer inom fysiken. En av sådana approximationer är begreppet "material punkt".

Materialpunkt i fysiken

En materiell punkt i fysiken betecknar en kropp, i de fall där dess storlek och form kan försummas. Det antas att materialpunkten har massan av den ursprungliga kroppen.

När vi till exempel beräknar hur lång tid det kommer att ta ett flygplan att flyga från Novosibirsk till Novopolotsk, bryr vi oss inte om storleken och formen på flygplanet. Det räcker att veta vilken hastighet den utvecklar och avståndet mellan städerna. I fallet när vi behöver beräkna vindmotståndet vid en viss höjd och vid en viss hastighet, kan vi inte klara oss utan en exakt kunskap om formen och dimensionerna på samma flygplan.

Nästan vilken kropp som helst kan betraktas som en materiell punkt, antingen när det avstånd som kroppen täcker är stort i jämförelse med dess storlek, eller när alla punkter på kroppen rör sig på samma sätt. Till exempel är en bil som åkte några meter från butiken till korsningen ganska jämförbar med detta avstånd. Men även i en sådan situation kan det betraktas som en väsentlig punkt, eftersom alla delar av bilen rörde sig på samma sätt och på samma avstånd.

Men i fallet när vi behöver placera samma bil i garaget kan det inte längre betraktas som en väsentlig punkt. Du måste ta hänsyn till dess storlek och form. Detta är också exempel när det är nödvändigt att ta hänsyn till relativitet, det vill säga med avseende på vad vi gör specifika beräkningar.

En kropps mekaniska rörelse är förändringen i dess position i rymden i förhållande till andra kroppar över tiden. Han studerar rörelsen av en mekanikers kroppar. Rörelsen av en absolut stel kropp (inte deformerad under rörelse och interaktion), där alla dess punkter vid ett givet ögonblick rör sig på samma sätt, kallas translationell rörelse, för att beskriva det är det nödvändigt och tillräckligt att beskriva rörelse av en punkt på kroppen. En rörelse där banorna för alla punkter i kroppen är cirklar centrerade på en rät linje och alla cirklarnas plan är vinkelräta mot denna räta linje kallas rotationsrörelse. En kropp vars form och dimensioner kan försummas under givna förhållanden kallas en materialpunkt. Detta är försummelse

Det är tillåtet att göra en minskning när kroppens dimensioner är små jämfört med avståndet den färdas eller avståndet av den givna kroppen till andra kroppar. För att beskriva en kropps rörelse måste du känna till dess koordinater när som helst. Detta är mekanikens huvuduppgift.

2. Rörelsens relativitet. Referenssystem. Enheter.

För att bestämma koordinaterna för en materialpunkt är det nödvändigt att välja en referenskropp och associera ett koordinatsystem till den och ställa in ursprunget för tidsreferensen. Koordinatsystemet och indikeringen av ursprunget för tidsreferensen bildar det referenssystem i förhållande till vilket kroppens rörelse beaktas. Systemet måste röra sig med konstant hastighet (eller vara i vila, vilket generellt sett är samma sak). Kroppens bana, tillryggalagd sträcka och förskjutning beror på valet av referenssystem, d.v.s. mekanisk rörelse är relativ. Längdenheten är metern, vilket är den sträcka som ljuset tillryggalagt i ett vakuum i sekunder. En andra är en tidsenhet, lika med strålningsperioderna för en cesium-133-atom.

3. Bana. Väg och rörelse. Omedelbar hastighet.

En kropps bana är en linje som beskrivs i rymden av en rörlig materialpunkt. Bana - längden på banasektionen från den initiala till den slutliga förskjutningen av materialpunkten. Radievektor - en vektor som förbinder ursprunget och en punkt i rymden. Förskjutning är en vektor som förbinder start- och slutpunkterna för den bana som passerat i tiden. Hastighet är en fysisk storhet som kännetecknar hastigheten och rörelseriktningen vid en given tidpunkt. Medelhastighet definieras som. Den genomsnittliga markhastigheten är lika med förhållandet mellan den väg som kroppen färdats under en tidsperiod och detta intervall. . Momentan hastighet (vektor) är den första derivatan av radievektorn för den rörliga punkten. . Den momentana hastigheten riktas tangentiellt mot banan, medelhastigheten riktas längs sekanten. Momentan markhastighet (skalär) - den första derivatan av banan med avseende på tid, lika stor som den momentana hastigheten

4. Enhetlig rätlinjig rörelse. Plots av beroende av kinematiska storheter på tid i enhetlig rörelse. Tillägg av hastigheter.

Rörelse med konstant modulo och riktningshastighet kallas enhetlig rätlinjig rörelse. I enhetlig rätlinjig rörelse färdas en kropp lika långa avstånd i alla lika tidsintervall. Om hastigheten är konstant beräknas den tillryggalagda sträckan som. Den klassiska lagen för addition av hastigheter är formulerad enligt följande: hastigheten för en materialpunkt i förhållande till referenssystemet, taget som en fast sådan, är lika med vektorsumman av hastigheterna för punkten i det rörliga systemet och hastigheten av det rörliga systemet i förhållande till det fasta.

5. Acceleration. Enhetligt accelererad rätlinjig rörelse. Grafer över kinematiska storheters beroende av tid i likformigt accelererad rörelse.

En rörelse där en kropp gör ojämna rörelser med lika tidsintervall kallas ojämn rörelse. Med ojämn translationsrörelse förändras kroppens hastighet över tiden. Acceleration (vektor) är en fysisk storhet som kännetecknar hastigheten för hastighetsändringen i absolut värde och i riktning. Momentan acceleration (vektor) - den första derivatan av hastigheten med avseende på tid. .Enhetligt accelererad är rörelsen med acceleration, konstant i storlek och riktning. Hastigheten under likformigt accelererad rörelse beräknas som.

Härifrån härleds formeln för banan med likformigt accelererad rörelse som

Formlerna härledda från ekvationerna av hastighet och bana för likformigt accelererad rörelse är också giltiga.

6. Fritt fall av kroppar. Gravitationsacceleration.

En kropps fall är dess rörelse i gravitationsfältet (???) . Att kroppar faller i ett vakuum kallas fritt fall. Det har experimentellt fastställts att i fritt fall rör sig kroppar på samma sätt, oavsett deras fysiska egenskaper. Den acceleration med vilken kroppar faller till jorden i ett vakuum kallas accelerationen av fritt fall och betecknas

7. Enhetlig rörelse i en cirkel. Acceleration under enhetlig rörelse av en kropp i en cirkel (centripetalacceleration)

Varje rörelse på en tillräckligt liten del av banan kan ungefär betraktas som en enhetlig rörelse längs en cirkel. I processen med likformig rörelse i en cirkel förblir hastighetens värde konstant, och hastighetsvektorns riktning ändras.<рисунок>.. Accelerationsvektorn när den rör sig längs en cirkel är riktad vinkelrätt mot hastighetsvektorn (riktad tangentiellt), mot cirkelns mittpunkt. Tidsintervallet under vilket kroppen gör ett helt varv i en cirkel kallas en period. . Den reciproka av en period, som visar antalet varv per tidsenhet, kallas frekvens. Genom att tillämpa dessa formler kan vi härleda att , eller . Vinkelhastighet (rotationshastighet) definieras som . Vinkelhastigheten för alla punkter i kroppen är densamma och kännetecknar rörelsen hos den roterande kroppen som helhet. I detta fall uttrycks kroppens linjära hastighet som , och accelerationen - som .

Principen om oberoende av rörelser betraktar rörelsen av någon punkt i kroppen som summan av två rörelser - translationell och roterande.

8. Newtons första lag. Tröghetsreferenssystem.

Fenomenet att bibehålla en kropps hastighet i frånvaro av yttre påverkan kallas tröghet. Newtons första lag, även känd som tröghetslagen, säger: "det finns sådana referensramar, i förhållande till vilka progressivt rörliga kroppar håller sin hastighet konstant om inga andra kroppar verkar på dem." Referensramar, i förhållande till vilka kroppar i frånvaro av yttre påverkan rör sig i en rak linje och enhetligt, kallas tröghetsreferensramar. Referenssystem associerade med jorden anses vara tröga, förutsatt att jordens rotation försummas.

9. Mässa. Styrka. Newtons andra lag. Sammansättning av krafter. Tyngdpunkt.

Anledningen till att en kropps hastighet ändras är alltid dess interaktion med andra kroppar. När två kroppar samverkar ändras alltid hastigheterna, d.v.s. acceleratorer skaffas. Förhållandet mellan accelerationerna för två kroppar är detsamma för varje interaktion. Egenskapen hos en kropp som dess acceleration beror på när den interagerar med andra kroppar kallas tröghet. Ett kvantitativt mått på tröghet är kroppsvikt. Förhållandet mellan massorna av de samverkande kropparna är lika med det omvända förhållandet för accelerationsmodulerna. Newtons andra lag etablerar ett samband mellan rörelsens kinematiska karaktäristika - acceleration, och de dynamiska egenskaperna hos interaktion - krafter. , eller, mer exakt, , dvs. hastigheten för förändring av momentum för en materialpunkt är lika med kraften som verkar på den. Med den samtidiga verkan av flera krafter på en kropp, rör sig kroppen med en acceleration, vilket är vektorsumman av de accelerationer som skulle uppstå under påverkan av var och en av dessa krafter separat. De krafter som verkar på kroppen, applicerade på en punkt, adderas enligt regeln för addition av vektorer. Denna bestämmelse kallas principen om styrkornas oberoende i handling. Masscentrum är en sådan punkt i en stel kropp eller system av stela kroppar som rör sig på samma sätt som en materialpunkt med en massa lika med summan av massorna av hela systemet som helhet, som påverkas av samma resulterande kraft som kroppen. . Genom att integrera detta uttryck över tid kan man få uttryck för masscentrums koordinater. Tyngdpunkten är appliceringspunkten för resultatet av alla gravitationskrafter som verkar på partiklarna i denna kropp i vilken position som helst i rymden. Om kroppens linjära dimensioner är små jämfört med jordens storlek, så sammanfaller massacentrum med tyngdpunkten. Summan av momenten av alla elementära tyngdkrafter kring varje axel som passerar genom tyngdpunkten är lika med noll.

10. Newtons tredje lag.

I varje interaktion mellan två kroppar är förhållandet mellan modulerna för de förvärvade accelerationerna konstant och lika med det omvända förhållandet mellan massorna. Därför att när kroppar samverkar har accelerationsvektorerna motsatt riktning, det kan vi skriva . Enligt Newtons andra lag är kraften som verkar på den första kroppen , och på den andra. På det här sättet, . Newtons tredje lag relaterar de krafter med vilka kroppar verkar på varandra. Om två kroppar interagerar med varandra, så appliceras krafterna som uppstår mellan dem på olika kroppar, är lika stora, motsatta i riktning, verkar längs samma räta linje och har samma natur.

11. Elasticitetskrafter. Hookes lag.

Kraften som uppstår från kroppens deformation och riktad i motsatt riktning mot rörelsen av kroppens partiklar under denna deformation kallas den elastiska kraften. Experiment med staven visade att för små deformationer jämfört med kroppens dimensioner är elasticitetskraftens modul direkt proportionell mot modulen för förskjutningsvektorn för den fria änden av staven, som i projektion ser ut som . Denna koppling etablerades av R. Hooke, hans lag är formulerad enligt följande: den elastiska kraften som uppstår från kroppens deformation är proportionell mot kroppens förlängning i motsatt riktning mot rörelseriktningen för kroppens partiklar under deformation. Koefficient k kallas kroppens styvhet, och beror på kroppens form och material. Det uttrycks i newton per meter. De elastiska krafterna beror på elektromagnetiska interaktioner.

12. Friktionskrafter, glidfriktionskoefficient. Viskös friktion (???)

Kraften som uppstår vid gränsen för kropparnas interaktion i frånvaro av relativ rörelse av kropparna kallas den statiska friktionskraften. Den statiska friktionskraften är i absolut värde lika med den yttre kraften som är riktad tangentiellt mot kropparnas kontaktyta och motsatt den i riktning. När en kropp rör sig jämnt över ytan på en annan, under inverkan av en yttre kraft, verkar en kraft på kroppen, lika i absolut värde som den drivande kraften och i motsatt riktning. Denna kraft kallas glidfriktionskraften. Den glidande friktionskraftsvektorn är riktad mot hastighetsvektorn, så denna kraft leder alltid till en minskning av kroppens relativa hastighet. Friktionskrafterna, såväl som elasticitetens kraft, är av elektromagnetisk natur och uppstår på grund av interaktionen mellan de elektriska laddningarna hos atomerna i kontaktkropparna. Det har experimentellt fastställts att det maximala värdet för den statiska friktionskraftmodulen är proportionell mot tryckkraften. Dessutom är det maximala värdet av den statiska friktionskraften och den glidande friktionskraften ungefär lika, liksom mellan friktionskrafterna och kroppens tryck på ytan.

13. Gravitationskrafter. Lagen om universell gravitation. Allvar. Kroppsvikt.

Av det faktum att kroppar, oavsett deras massa, faller med samma acceleration, följer att kraften som verkar på dem är proportionell mot kroppens massa. Denna attraktionskraft som verkar på alla kroppar från jordens sida kallas gravitation. Tyngdkraften verkar på vilket avstånd som helst mellan kroppar. Alla kroppar attraheras av varandra, den universella gravitationskraften är direkt proportionell mot produkten av massorna och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Vektorerna för krafter för universell gravitation är riktade längs en rät linje som förbinder kropparnas masscentra. , G – Gravitationskonstant, lika med . Kroppens vikt är den kraft med vilken kroppen, på grund av gravitationen, verkar på stödet eller sträcker upp fjädringen. Kroppens vikt är lika i absolut värde och motsatt i riktning mot stödets elastiska kraft enligt Newtons tredje lag. Enligt Newtons andra lag, om ingen annan kraft verkar på kroppen, balanseras kroppens tyngdkraft av elasticitetens kraft. Som ett resultat är vikten av en kropp på ett fast eller likformigt rörligt horisontellt stöd lika med tyngdkraften. Om stödet rör sig med acceleration, så enligt Newtons andra lag , från vilken härleds. Detta innebär att vikten av en kropp vars accelerationsriktning sammanfaller med riktningen för fritt fallacceleration är mindre än vikten av en kropp i vila.

14. En kropps rörelse under inverkan av gravitationen längs vertikalen. Rörelse av konstgjorda satelliter. Tyngdlöshet. Första kosmiska hastigheten.

När man kastar en kropp parallellt med jordens yta, ju högre initial hastighet, desto större blir flygräckvidden. Vid höga hastigheter är det också nödvändigt att ta hänsyn till jordens sfäricitet, vilket återspeglas i förändringen i gravitationsvektorns riktning. Vid ett visst hastighetsvärde kan kroppen röra sig runt jorden under påverkan av den universella gravitationskraften. Denna hastighet, som kallas den första kosmiska hastigheten, kan bestämmas från rörelseekvationen för en kropp i en cirkel. Å andra sidan, av Newtons andra lag och den universella gravitationens lag följer det. Alltså på avstånd R från centrum av en himlakropp av massa M den första kosmiska hastigheten är lika med. När kroppens hastighet ändras ändras formen på dess bana från en cirkel till en ellips. När man når den andra kosmiska hastigheten blir lika med omloppsbanan parabolisk.

15. Kroppsmomentum. Lagen om bevarande av momentum. Jetdrift.

Enligt Newtons andra lag, oavsett om kroppen var i vila eller rör sig, kan en förändring i dess hastighet endast ske när den interagerar med andra kroppar. Om på en kropp av massa m under en tid t en kraft verkar och hastigheten på dess rörelse ändras från till , då är kroppens acceleration lika med . Baserat på Newtons andra lag kan kraften skrivas som . Den fysiska kvantiteten som är lika med produkten av kraften och tiden för dess verkan kallas kraftens impuls. Kraftimpulsen visar att det finns en storhet som förändras lika för alla kroppar under påverkan av samma krafter, om kraftens varaktighet är densamma. Detta värde, lika med produkten av kroppens massa och hastigheten på dess rörelse, kallas kroppens rörelsemängd. Förändringen i kroppens rörelsemängd är lika med rörelsemängden för kraften som orsakade denna förändring. Låt oss ta två kroppar, massor och , som rör sig med hastigheter och . Enligt Newtons tredje lag är de krafter som verkar på kroppar under deras samverkan lika i absolut värde och motsatta i riktning, d.v.s. de kan betecknas som . För förändringar i momenta under interaktion kan vi skriva . Av dessa uttryck får vi det , det vill säga vektorsumman av impulserna från två kroppar före interaktionen är lika med vektorsumman av impulserna efter interaktionen. I en mer allmän form låter momentumbevarandelagen så här: Om, alltså.

16. Mekaniskt arbete. Kraft. Kinetisk och potentiell energi.

arbete MEN konstant kraft är en fysisk storhet lika med produkten av modulerna av kraft och förskjutning, multiplicerat med cosinus för vinkeln mellan vektorerna och. . Arbete är en skalär storhet och kan vara negativ om vinkeln mellan förskjutnings- och kraftvektorerna är större än . Enheten för arbete kallas joule, 1 joule är lika med det arbete som utförs av en kraft på 1 newton när punkten för dess applicering rör sig 1 meter. Effekt är en fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan arbete och den tidsperiod under vilken detta arbete utfördes. . Enheten för effekt kallas watt, 1 watt är lika med den effekt med vilken arbete på 1 joule utförs på 1 sekund. Låt oss anta det på en massa m en kraft verkar (som i allmänhet kan vara resultatet av flera krafter), under påverkan av vilka kroppen rör sig i vektorns riktning . Kraftmodulen enligt Newtons andra lag är ma, och modulen för förskjutningsvektorn är relaterad till accelerationen och de initiala och slutliga hastigheterna as. Härifrån erhålls formeln för att fungera . En fysisk storhet som är lika med halva produkten av kroppens massa och kvadraten på hastigheten kallas kinetisk energi. Arbetet med de resulterande krafterna som appliceras på kroppen är lika med förändringen i kinetisk energi. Den fysiska kvantitet som är lika med produkten av kroppens massa med modulen för fritt fallacceleration och den höjd till vilken kroppen höjs över ytan med noll potential kallas kroppens potentiella energi. Förändringen i potentiell energi kännetecknar tyngdkraftsarbetet vid förflyttning av kroppen. Detta arbete är lika med förändringen i potentiell energi, taget med motsatt tecken. En kropp under jordens yta har en negativ potentiell energi. Inte bara upphöjda kroppar har potentiell energi. Tänk på det arbete som den elastiska kraften gör när fjädern deformeras. Den elastiska kraften är direkt proportionell mot deformationen, och dess medelvärde kommer att vara lika med , arbete är lika med produkten av kraft och deformation , eller . En fysisk kvantitet lika med hälften av produkten av kroppens styvhet och kvadraten på deformationen kallas den deformerade kroppens potentiella energi. En viktig egenskap hos potentiell energi är att en kropp inte kan äga den utan att interagera med andra kroppar.

17. Lagar för bevarande av energi i mekanik.

Potentiell energi kännetecknar interagerande kroppar, kinetisk - rörlig. Både det och ett annat uppstår som ett resultat av samverkan mellan kroppar. Om flera kroppar växelverkar med varandra endast av gravitationskrafter och elastiska krafter, och inga yttre krafter verkar på dem (eller deras resultant är noll), så för alla kroppars interaktioner är de elastiska eller gravitationskrafternas arbete lika med förändringen i potentiell energi, taget med motsatt tecken . Samtidigt, enligt kinetisk energisatsen (förändringen i den kinetiska energin i en kropp är lika med arbetet av yttre krafter), är arbetet av samma krafter lika med förändringen i kinetisk energi. . Det följer av denna jämlikhet att summan av de kinetiska och potentiella energierna hos de kroppar som utgör ett slutet system och interagerar med varandra av gravitationskrafterna och elasticiteten förblir konstant. Summan av kropparnas kinetiska och potentiella energier kallas den totala mekaniska energin. Den totala mekaniska energin i ett slutet system av kroppar som interagerar med varandra av gravitationskrafter och elastiska krafter förblir oförändrad. Tyngdkrafternas och elasticitetskrafternas arbete är å ena sidan lika med en ökning av kinetisk energi, och å andra sidan med en minskning av potentiell energi, det vill säga arbetet är lika med den energi som har vänt. från en form till en annan.

18. Enkla mekanismer (lutande plan, spak, block) deras tillämpning.

Ett lutande plan används så att en kropp med stor massa kan förflyttas genom inverkan av en kraft som är mycket mindre än kroppens vikt. Om vinkeln på det lutande planet är lika med a, är det nödvändigt att applicera en kraft lika med för att flytta kroppen längs planet. Förhållandet mellan denna kraft och kroppens vikt, om man bortser från friktionskraften, är lika med sinus för planets lutningsvinkel. Men med en vinst i styrka, finns det ingen vinst i arbete, eftersom vägen multipliceras. Detta resultat är en konsekvens av lagen om energibevarande, eftersom gravitationsarbetet inte beror på kroppens lyftningsbana.

Spaken är i jämvikt om kraftmomentet som roterar den medurs är lika med momentet il som roterar spaken moturs. Om riktningarna för vektorerna för krafter som appliceras på spaken är vinkelräta mot de kortaste räta linjerna som förbinder krafternas appliceringspunkter och rotationsaxeln, så tar jämviktsförhållandena formen. Om , så ger spaken en ökning i styrka . En vinst i styrka ger inte en vinst i arbete, eftersom när den roteras genom en vinkel a fungerar kraften och kraften fungerar. Därför att enligt villkoret alltså.

Blocket låter dig ändra kraftens riktning. Axlarna för krafterna som appliceras på olika punkter i det orörliga blocket är desamma, och därför ger det orörliga blocket ingen styrka. När man lyfter en last med hjälp av ett rörligt block erhålls en dubbel styrka, eftersom. tyngdarmen är halva armen av kabelspänningen. Men när man drar kabeln till en längd l lasten stiger l/2, därför ger ett fast block inte heller en vinst i arbete.

19. Tryck. Pascals lag för vätskor och gaser.

Den fysiska kvantiteten som är lika med förhållandet mellan kraftmodulen som verkar vinkelrätt mot ytan och arean av denna yta kallas tryck. Enheten för tryck är pascal, vilket är lika med trycket som utövas av en kraft på 1 newton över en yta på 1 kvadratmeter. Alla vätskor och gaser överför trycket som produceras på dem i alla riktningar.

20. Kommunicerande fartyg. Hydraulisk press. Atmosfärstryck. Bernoullis ekvation.

I ett cylindriskt kärl är tryckkraften på kärlets botten lika med vätskekolonnens vikt. Trycket i botten av kärlet är , varifrån trycket på djupet h lika med . Samma tryck verkar på kärlets väggar. Likheten mellan vätsketryck på samma höjd leder till det faktum att i kommunicerande kärl av vilken form som helst, är de fria ytorna av en homogen vätska i vila på samma nivå (vid försumbart små kapillärkrafter). I fallet med en inhomogen vätska kommer höjden på en kolonn med en tätare vätska att vara mindre än höjden på en mindre tät. Hydraulmaskinen arbetar utifrån Pascals lag. Den består av två kommunicerande kärl stängda av kolvar av olika områden. Trycket som alstras av en yttre kraft på en kolv överförs enligt Pascals lag till den andra kolven. . En hydraulisk maskin ger kraftökning lika många gånger som arean på dess stora kolv är större än arean på den lilla.

I den stationära rörelsen av en inkompressibel vätska är kontinuitetsekvationen giltig. För en ideal vätska där viskositet (dvs friktion mellan dess partiklar) kan försummas, är det matematiska uttrycket för lagen om energibevarande Bernoullis ekvation .

21. Erfarenhet av Torricelli. Förändring i atmosfärstryck med höjden.

Under påverkan av gravitationen sätter de övre lagren av atmosfären tryck på de underliggande. Detta tryck, enligt Pascals lag, överförs i alla riktningar. Detta tryck är störst på jordens yta, och beror på tyngden av luftpelaren från ytan till atmosfärens gräns. Med en ökning av höjden minskar massan av skikten i atmosfären som trycker på ytan, därför minskar atmosfärstrycket med höjden. Vid havsnivån är atmosfärstrycket 101 kPa. Detta tryck utövas av en kvicksilverkolonn 760 mm hög. Om ett rör sänks ner i flytande kvicksilver, i vilket ett vakuum skapas, stiger kvicksilvret under inverkan av atmosfärstrycket i det till en sådan höjd vid vilken vätskekolonnens tryck blir lika med det yttre atmosfärstrycket på det öppna ytan av kvicksilvret. När atmosfärstrycket ändras kommer även höjden på vätskekolonnen i röret att ändras.

22. Den arkimedeiska kraften av vätskor och gaser. Seglingsförhållanden tel.

Tryckberoendet i en vätska och gas på djupet leder till uppkomsten av en flytkraft som verkar på varje kropp som är nedsänkt i en vätska eller gas. Denna kraft kallas den arkimedeiska styrkan. Om en kropp är nedsänkt i en vätska, balanseras trycken på kärlets sidoväggar av varandra, och resultatet av trycken underifrån och uppifrån är den arkimedeiska kraften. , dvs. Kraften som trycker på en kropp nedsänkt i en vätska (gas) är lika med vikten av vätskan (gasen) som förskjuts av kroppen. Den arkimedeiska kraften är riktad motsatt tyngdkraften, därför är vikten av en kropp mindre än i ett vakuum när man väger in en vätska. En kropp i en vätska påverkas av gravitationen och den arkimedeiska kraften. Om tyngdkraften är större i modul - kroppen sjunker, om den är mindre - flyter den, lika - den kan vara i balans på vilket djup som helst. Dessa kraftförhållande är lika med förhållandet mellan kroppens och vätskans (gasens) densiteter.

23. Grundläggande bestämmelser i den molekylära kinetiska teorin och deras experimentella belägg. Brownsk rörelse. Vikt och storlek molekyler.

Molekylär-kinetisk teori är studiet av materiens struktur och egenskaper, genom att använda begreppet existensen av atomer och molekyler som de minsta partiklarna av materia. De viktigaste bestämmelserna i MKT: ämnet består av atomer och molekyler, dessa partiklar rör sig slumpmässigt, partiklarna interagerar med varandra. Rörelsen av atomer och molekyler och deras interaktion är föremål för mekanikens lagar. Till en början, i samspelet mellan molekyler när de närmar sig varandra, råder attraktionskrafter. På ett visst avstånd mellan dem uppstår frånstötande krafter som överstiger attraktionskraften i absolut värde. Molekyler och atomer gör slumpmässiga vibrationer kring positioner där attraktions- och repulsionskrafterna balanserar varandra. I en vätska oscillerar molekyler inte bara, utan hoppar också från en jämviktsposition till en annan (fluiditet). I gaser är avstånden mellan atomerna mycket större än molekylernas dimensioner (kompressibilitet och töjbarhet). R. Brown upptäckte i början av 1800-talet att fasta partiklar rör sig slumpmässigt i en vätska. Detta fenomen kunde bara förklaras av MKT. Slumpmässigt rörliga molekyler av en vätska eller gas kolliderar med en fast partikel och ändrar riktning och modul för hastigheten för dess rörelse (medan de naturligtvis ändrar både deras riktning och hastighet). Ju mindre partikelstorlek, desto mer märkbar blir förändringen i momentum. Varje ämne består av partiklar, därför anses mängden av ett ämne vara proportionell mot antalet partiklar. Enheten för kvantitet av ett ämne kallas en mullvad. En mol är lika med mängden av ett ämne som innehåller lika många atomer som det finns i 0,012 kg kol 12 C. Förhållandet mellan antalet molekyler och mängden ämne kallas Avogadro-konstanten: . Mängden av ett ämne kan hittas som förhållandet mellan antalet molekyler och Avogadro-konstanten. molär massa M kallas en kvantitet som är lika med förhållandet mellan massan av ett ämne m till mängden ämne. Molär massa uttrycks i kilogram per mol. Molar massa kan uttryckas i termer av massan av molekylen m0 : .

24. Idealisk gas. Grundekvationen för den molekylär-kinetiska teorin för en idealgas.

Den ideala gasmodellen används för att förklara materiens egenskaper i gasformigt tillstånd. Denna modell utgår från följande: gasmolekyler är försumbara jämfört med kärlets volym, det finns inga attraktionskrafter mellan molekylerna och repulsiva krafter verkar när de kolliderar med varandra och kärlets väggar. En kvalitativ förklaring av fenomenet gastryck är att molekylerna i en idealgas, när de kolliderar med kärlets väggar, interagerar med dem som elastiska kroppar. När en molekyl kolliderar med kärlets vägg ändras projektionen av hastighetsvektorn på axeln vinkelrät mot väggen till den motsatta. Under en kollision ändras därför hastighetsprojektionen från –mv x innan mv x, och förändringen i momentum är . Under kollisionen verkar molekylen på väggen med en kraft som, enligt Newtons tredje lag, är lika med en kraft i motsatt riktning. Det finns många molekyler, och medelvärdet av den geometriska summan av krafter som verkar på enskilda molekylers sida bildar kraften från gastrycket på kärlets väggar. Gastrycket är lika med förhållandet mellan tryckkraftens modul och arean av kärlväggen: p=F/S. Antag att gasen finns i ett kubiskt kärl. En molekyls rörelsemängd är 2 mv, en molekyl verkar på väggen i genomsnitt med en kraft 2mv/Dt. Tid D t rörelse från en kärlvägg till en annan 2 l/v, Följaktligen, . Tryckkraften på kärlväggen hos alla molekyler är proportionell mot deras antal, dvs. . På grund av molekylernas fullständiga slumpmässighet är deras rörelse i var och en av riktningarna lika sannolikt och lika med 1/3 av det totala antalet molekyler. På det här sättet, . Eftersom tryck utövas på ytan av en kub med ett område l 2, då blir trycket detsamma. Denna ekvation kallas den grundläggande ekvationen för molekylär kinetisk teori. Betecknar den genomsnittliga kinetiska energin för molekylerna, vi får.

25. Temperatur, dess mätning. Absolut temperaturskala. Gasmolekylernas hastighet.

Den grundläggande MKT-ekvationen för en idealgas etablerar ett samband mellan mikro- och makroskopiska parametrar. När två kroppar kommer i kontakt ändras deras makroskopiska parametrar. När denna förändring har upphört, sägs det att termisk jämvikt har inträtt. En fysisk parameter som är densamma i alla delar av ett system av kroppar i ett tillstånd av termisk jämvikt kallas kroppstemperatur. Experiment har visat att för alla gaser i ett tillstånd av termisk jämvikt är förhållandet mellan produkten av tryck och volym och antalet molekyler detsamma . Detta gör att värdet kan tas som ett mått på temperaturen. Därför att n=N/V, då, med hänsyn till den grundläggande ekvationen för MKT, är därför värdet lika med två tredjedelar av den genomsnittliga kinetiska energin för molekylerna. , var k– Proportionalitetskoefficient, beroende på skalan. Parametrarna på vänster sida av denna ekvation är icke-negativa. Därför kallas gastemperaturen vid vilken dess tryck vid konstant volym är noll absolut nolltemperatur. Värdet på denna koefficient kan hittas från två kända materiatillstånd med känt tryck, volym, antal molekyler och temperatur. . Koefficient k, kallad Boltzmann-konstanten, är lika med . Det följer av relationsekvationerna mellan temperatur och genomsnittlig kinetisk energi, d.v.s. den genomsnittliga kinetiska energin för molekylers slumpmässiga rörelse är proportionell mot den absoluta temperaturen. , . Denna ekvation visar att vid samma temperatur och koncentration av molekyler är trycket för alla gaser detsamma.

26. Tillståndsekvation för en idealgas (Mendeleev-Clapeyron-ekvationen). Isotermiska, isokoriska och isobariska processer.

Med hjälp av tryckets beroende av koncentration och temperatur kan man hitta ett samband mellan de makroskopiska parametrarna för en gas - volym, tryck och temperatur. . Denna ekvation kallas den ideala gasekvationen för tillstånd (Mendeleev-Clapeyron-ekvationen).

En isoterm process är en process som sker vid en konstant temperatur. Av tillståndsekvationen för en idealgas följer att vid en konstant temperatur, massa och sammansättning av gasen bör produkten av tryck och volym förbli konstant. Grafen för en isoterm (kurva för en isoterm process) är en hyperbel. Ekvationen kallas Boyle-Mariottes lag.

En isokorisk process är en process som sker vid en konstant volym, massa och sammansättning av gasen. Under dessa omständigheter , där är temperaturkoefficienten för gastrycket. Denna ekvation kallas Charles lag. Grafen för ekvationen för en isokorisk process kallas en isokor och är en rät linje som går genom origo.

En isobar process är en process som sker vid konstant tryck, massa och sammansättning av gasen. På samma sätt som för den isobariska processen kan vi få ekvationen för den isobariska processen . Ekvationen som beskriver denna process kallas Gay-Lussac-lagen. Grafen för ekvationen för en isobar process kallas en isobar och är en rät linje som går genom origo.

27. Inre energi. Arbeta med termodynamik.

Om den potentiella energin för interaktion mellan molekyler är noll, är den inre energin lika med summan av de kinetiska rörelseenergierna för alla gasmolekyler . När temperaturen ändras ändras därför även gasens inre energi. Genom att ersätta tillståndsekvationen för en idealgas med ekvationen för energi, får vi att den inre energin är direkt proportionell mot produkten av gastryck och volym. . Den inre energin i en kropp kan bara förändras när den interagerar med andra kroppar. Vid mekanisk interaktion mellan kroppar (makroskopisk interaktion) är måttet på den överförda energin arbetet MEN. Vid värmeöverföring (mikroskopisk interaktion) är måttet på den överförda energin mängden värme F. I ett icke-isolerat termodynamiskt system är förändringen i intern energi D U lika med summan av den överförda mängden värme F och yttre krafters arbete MEN. Istället för jobb MEN utförs av yttre krafter, är det bekvämare att överväga arbetet A` utförs av systemet på externa organ. A=-A`. Då uttrycks termodynamikens första lag som, eller. Detta innebär att vilken maskin som helst kan utföra arbete på yttre kroppar endast genom att ta emot värme utifrån. F eller minskning av intern energi D U. Denna lag utesluter skapandet av en evighetsmaskin av det första slaget.

28. Värmemängd. Specifik värmekapacitet hos ett ämne. Lagen om bevarande av energi i termiska processer (termodynamikens första lag).

Processen att överföra värme från en kropp till en annan utan att utföra arbete kallas värmeöverföring. Den energi som överförs till kroppen som ett resultat av värmeöverföring kallas mängden värme. Om värmeöverföringsprocessen inte åtföljs av arbete, då på grundval av termodynamikens första lag. En kropps inre energi är proportionell mot kroppens massa och dess temperatur, därför . Värde Med kallas specifik värmekapacitet, är enheten . Specifik värmekapacitet visar hur mycket värme som måste överföras för att värma 1 kg av ett ämne med 1 grad. Specifik värmekapacitet är inte en entydig egenskap, och beror på det arbete som kroppen utför under värmeöverföringen.

Vid genomförandet av värmeöverföring mellan två kroppar under förhållanden av lika till noll av externa krafters arbete och i värmeisolering från andra kroppar, enligt lagen om energibevarande . Om förändringen i inre energi inte åtföljs av arbete, då , eller , varifrån . Denna ekvation kallas värmebalansekvationen.

29. Tillämpning av termodynamikens första lag på isoprocesser. adiabatisk process. Irreversibilitet av termiska processer.

En av de viktigaste processerna som fungerar i de flesta maskiner är utbyggnaden av en gas för att utföra arbete. Om under den isobariska expansionen av gas från volym V 1 upp till volymen V 2 cylinderkolvens förskjutning var l, jobba sedan A perfekt gas är lika med , eller . Om vi ​​jämför områdena under isobaren och isotermen, som är verk, kan vi dra slutsatsen att med samma expansion av gasen vid samma initiala tryck, i fallet med en isoterm process, kommer mindre arbete att göras. Förutom isobariska, isokoriska och isotermiska processer finns en s.k. adiabatisk process. En process sägs vara adiabatisk om det inte sker någon värmeöverföring. Processen med snabb gasexpansion eller kompression kan anses vara nära adiabatisk. I denna process utförs arbete på grund av en förändring av inre energi, d.v.s. därför minskar temperaturen under den adiabatiska processen. Eftersom gastemperaturen stiger under adiabatisk komprimering av en gas, ökar gastrycket snabbare med en minskning i volym än under en isoterm process.

Värmeöverföringsprocesser sker spontant i endast en riktning. Värme överförs alltid till en kallare kropp. Termodynamikens andra lag säger att en termodynamisk process inte är genomförbar, som ett resultat av vilken värme skulle överföras från en kropp till en annan, varmare, utan några andra förändringar. Denna lag utesluter skapandet av en evighetsmaskin av det andra slaget.

30. Principen för drift av värmemotorer. värmemotorns effektivitet.

I värmemotorer utförs arbetet vanligtvis av den expanderande gasen. Gasen som fungerar under expansion kallas arbetsvätska. Expansionen av en gas uppstår som ett resultat av en ökning av dess temperatur och tryck vid upphettning. En anordning från vilken arbetsvätskan tar emot en mängd värme F kallas en värmare. Den anordning som maskinen avger värme till efter ett arbetsslag kallas ett kylskåp. Först stiger trycket isobariskt, expanderar isobariskt, svalnar isokoriskt, drar ihop sig isobariskt.<рисунок с подъемником>. Som ett resultat av arbetscykeln återgår gasen till sitt ursprungliga tillstånd, dess inre energi tar sitt ursprungliga värde. Det betyder att . Enligt termodynamikens första lag, . Det arbete som kroppen utför per cykel är lika med F. Mängden värme som kroppen tar emot per cykel är lika med skillnaden mellan den som tas emot från värmaren och som ges till kylskåpet. Följaktligen. En maskins effektivitet är förhållandet mellan använd energi och energi som förbrukas. .

31. Avdunstning och kondensation. Mättade och omättade par. Luftfuktighet.

Den ojämna fördelningen av den kinetiska energin för termisk rörelse leder till detta. Att vid vilken temperatur som helst kan den kinetiska energin för några av molekylerna överstiga den potentiella energin för bindning med resten. Avdunstning är den process genom vilken molekyler flyr från ytan av en vätska eller fast substans. Avdunstning åtföljs av kylning, eftersom snabbare molekyler lämnar vätskan. Förångningen av en vätska i ett slutet kärl vid en konstant temperatur leder till en ökning av koncentrationen av molekyler i det gasformiga tillståndet. Efter en tid uppstår en jämvikt mellan antalet molekyler som avdunstar och återgår till vätskan. Ett gasformigt ämne i dynamisk jämvikt med sin vätska kallas mättad ånga. Ånga vid ett tryck under det mättade ångtrycket kallas omättad. Mättat ångtryck beror inte på volymen (från ) vid konstant temperatur. Vid en konstant koncentration av molekyler ökar trycket av mättad ånga snabbare än trycket hos en idealgas, eftersom antalet molekyler ökar med temperaturen. Förhållandet mellan vattenångtryck vid en given temperatur och mättat ångtryck vid samma temperatur, uttryckt i procent, kallas relativ fuktighet. Ju lägre temperatur, desto lägre är det mättade ångtrycket, så när den kyls till en viss temperatur blir ångan mättad. Denna temperatur kallas daggpunkten. tp.

32. Kristallina och amorfa kroppar. Fasta ämnens mekaniska egenskaper. Elastiska deformationer.

Amorfa kroppar är de vars fysikaliska egenskaper är desamma i alla riktningar (isotropa kroppar). De fysikaliska egenskapernas isotropi förklaras av det slumpmässiga arrangemanget av molekyler. Fasta ämnen i vilka molekyler är ordnade kallas kristaller. De fysikaliska egenskaperna hos kristallina kroppar är inte desamma i olika riktningar (anisotropa kroppar). Anisotropin av egenskaperna hos kristaller förklaras av det faktum att med en ordnad struktur är interaktionskrafterna inte desamma i olika riktningar. Extern mekanisk verkan på kroppen orsakar förskjutning av atomer från jämviktspositionen, vilket leder till en förändring i kroppens form och volym - deformation. Deformation kan karakteriseras av absolut förlängning, lika med skillnaden mellan längderna före och efter deformation, eller av relativ förlängning. När kroppen deformeras uppstår elastiska krafter. En fysisk kvantitet som är lika med förhållandet mellan elasticitetsmodulen och kroppens tvärsnittsarea kallas mekanisk spänning. Vid små töjningar är spänningen direkt proportionell mot den relativa töjningen. Proportionalitetsfaktor E i ekvationen kallas elasticitetsmodulen (Youngs modul). Elasticitetsmodulen är konstant för ett givet material , var . Den potentiella energin hos en deformerad kropp är lika med det arbete som förbrukas i spänning eller kompression. Härifrån .

Hookes lag är uppfylld endast för små deformationer. Den maximala spänningen vid vilken det fortfarande utförs kallas proportionell gräns. Utöver denna gräns slutar spänningen att öka proportionellt. Upp till en viss stressnivå kommer den deformerade kroppen att återställa sina dimensioner efter att belastningen har avlägsnats. Denna punkt kallas kroppens elastiska gräns. När den elastiska gränsen överskrids börjar plastisk deformation, där kroppen inte återställer sin tidigare form. I området för plastisk deformation ökar spänningen nästan inte. Detta fenomen kallas materialflöde. Bortom sträckgränsen stiger spänningen till en punkt som kallas slutstyrka, varefter spänningen minskar tills kroppen går sönder.

33. Vätskors egenskaper. Ytspänning. kapillärfenomen.

Möjligheten till fri rörlighet för molekyler i en vätska bestämmer vätskans fluiditet. Kroppen i flytande tillstånd har inte en permanent form. Vätskans form bestäms av kärlets form och ytspänningskrafterna. Inuti vätskan kompenseras molekylernas attraktionskrafter, men inte nära ytan. Varje molekyl nära ytan attraheras av molekylerna inuti vätskan. Under inverkan av dessa krafter dras molekylerna in i ytan tills den fria ytan blir ett minimum av alla möjliga. Därför att Om en boll har en minsta yta för en given volym, med en liten verkan av andra krafter, tar ytan formen av ett sfäriskt segment. Ytan av vätskan vid kanten av kärlet kallas menisken. Vätningsfenomenet kännetecknas av kontaktvinkeln mellan ytan och menisken i skärningspunkten. Storleken på ytspänningskraften i en sektion med längden D lär lika med . Ytans krökning skapar ett övertryck på vätskan, lika med den kända kontaktvinkeln och radien . Koefficienten s kallas ytspänningskoefficienten. En kapillär är ett rör med en liten inre diameter. Vid fullständig vätning riktas ytspänningskraften längs kroppens yta. I detta fall fortsätter uppgången av vätskan genom kapillären under verkan av denna kraft tills tyngdkraften balanserar ytspänningskraften, tk. , då .

34. Elladdning. Interaktion mellan laddade kroppar. Coulombs lag. Lagen om bevarande av elektrisk laddning.

Varken mekanik eller MKT kan förklara karaktären av de krafter som binder atomer. Lagarna för växelverkan mellan atomer och molekyler kan förklaras utifrån begreppet elektriska laddningar.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Interaktionen mellan kroppar som finns i detta experiment kallas elektromagnetisk och bestäms av elektriska laddningar. Laddningars förmåga att attrahera och stöta bort förklaras av antagandet att det finns två typer av laddningar - positiva och negativa. Kroppar med samma laddning stöter bort varandra, och föremål med olika laddningar attraherar. Laddningsenheten är hängaren - laddningen som passerar genom ledarens tvärsnitt på 1 sekund vid en strömstyrka på 1 ampere. I ett slutet system, där elektriska laddningar inte kommer in från utsidan och från vilka elektriska laddningar inte går ut under några interaktioner, är den algebraiska summan av laddningarna för alla kroppar konstant. Grundlagen för elektrostatik, även känd som Coulombs lag, säger att modulen för interaktionskraften mellan två laddningar är direkt proportionell mot produkten av laddningsmodulerna och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Kraften riktas längs den räta linjen som förbinder de laddade kropparna. Är kraften av avstötning eller attraktion, beroende på laddningens tecken. Konstant k i uttrycket av Coulombs lag är lika med . Istället för denna koefficient, den sk. elektrisk konstant associerad med koefficienten k uttryck varifrån. Samspelet mellan fasta elektriska laddningar kallas elektrostatisk.

35. Elektriskt fält. Elektrisk fältstyrka. Principen för överlagring av elektriska fält.

Runt varje laddning, baserat på teorin om kortdistansverkan, finns det ett elektriskt fält. Det elektriska fältet är ett materiellt föremål som ständigt existerar i rymden och kan verka på andra laddningar. Det elektriska fältet fortplantar sig i rymden med ljusets hastighet. En fysisk storhet lika med förhållandet mellan kraften med vilken det elektriska fältet verkar på en testladdning (en punkt positiv liten laddning som inte påverkar fältkonfigurationen) och värdet av denna laddning kallas den elektriska fältstyrkan. Med hjälp av Coulombs lag är det möjligt att få en formel för fältstyrkan som skapas av laddningen q på distans r från avgift . Fältets styrka beror inte på laddningen som den verkar på. Om det är avgiftsbelagt q de elektriska fälten för flera laddningar verkar samtidigt, då är den resulterande kraften lika med den geometriska summan av krafterna som verkar från varje fält separat. Detta kallas principen för superposition av elektriska fält. Den elektriska fältstyrkelinjen är den linje, till vilken tangenten vid varje punkt sammanfaller med styrkevektorn. Spänningslinjer börjar på positiva laddningar och slutar på negativa, eller går till oändlighet. Ett elektriskt fält vars intensitet är densamma för alla när som helst i rymden kallas ett enhetligt elektriskt fält. Ungefär homogent fält kan betraktas mellan två parallella, motsatt laddade metallplattor. Med en enhetlig laddningsfördelning q på ytan av området S ytladdningstätheten är . För ett oändligt plan med en ytladdningstäthet s är fältstyrkan densamma vid alla punkter i rymden och är lika med .

36. Det elektrostatiska fältets arbete när laddningen flyttas. Möjlig skillnad.

När en laddning förflyttas av ett elektriskt fält över en sträcka är det utförda arbetet lika med . Liksom i fallet med gravitationsarbetet beror inte Coulomb-kraftens arbete på laddningens bana. När riktningen för förskjutningsvektorn ändras med 180 0, ändrar fältkrafternas arbete tecken till det motsatta. Således är arbetet med krafterna i det elektrostatiska fältet när laddningen flyttas längs en sluten krets lika med noll. Fältet, vars kraftarbete längs en sluten bana är lika med noll, kallas ett potentiellt fält.

Precis som en massa kropp m i gravitationsfältet har en potentiell energi proportionell mot kroppens massa, en elektrisk laddning i ett elektrostatiskt fält har en potentiell energi Wp, proportionell mot avgiften. Arbetet med krafterna i det elektrostatiska fältet är lika med förändringen i laddningens potentiella energi, taget med motsatt tecken. Vid en punkt i det elektrostatiska fältet kan olika laddningar ha olika potentiella energier. Men förhållandet mellan potentiell energi och laddning för en given punkt är ett konstant värde. Denna fysiska storhet kallas elektrisk fältpotential, varav laddningens potentiella energi är lika med produkten av potentialen vid en given punkt och laddningen. Potential är en skalär storhet, potentialen för flera fält är lika med summan av dessa fälts potentialer. Måttet på energiförändring under kroppars samverkan är arbete. När laddningen rör sig är arbetet med krafterna i det elektrostatiska fältet lika med energiförändringen med motsatt tecken. Därför att arbete beror på potentialskillnaden och beror inte på banan mellan dem, då kan potentialskillnaden betraktas som en energikarakteristik för det elektrostatiska fältet. Om potentialen på ett oändligt avstånd från laddningen tas lika med noll, då på ett avstånd r från laddningen bestäms den av formeln .

Förhållandet mellan det arbete som utförs av ett elektriskt fält när man flyttar en positiv laddning från en punkt i fältet till en annan, och värdet på laddningen kallas spänningen mellan dessa punkter, varifrån arbetet kommer. I ett elektrostatiskt fält är spänningen mellan två godtyckliga punkter lika med potentialskillnaden mellan dessa punkter. Enheten för spänning (och potentialskillnad) kallas volt, . 1 volt är den spänning vid vilken fältet utför 1 joule arbete för att flytta en laddning på 1 coulomb. Å ena sidan är arbetet med att flytta laddningen lika med produkten av kraften och förskjutningen. Å andra sidan kan den hittas från den kända spänningen mellan spårsektioner. Härifrån. Enheten för elektrisk fältstyrka är volt per meter ( jag är).

Kondensator - ett system med två ledare separerade av ett dielektriskt skikt, vars tjocklek är liten jämfört med ledarnas dimensioner. Mellan plattorna är fältstyrkan lika med två gånger styrkan för var och en av plattorna, utanför plattorna är den lika med noll. En fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan laddningen av en av plattorna och spänningen mellan plattorna kallas kondensatorns kapacitans. Enheten för elektrisk kapacitet är farad, en kondensator har en kapacitet på 1 farad, mellan plattorna vars spänning är 1 volt när plattorna laddas med 1 pendant. Fältstyrkan mellan plattorna i en solid kondensator är lika med summan av styrkan hos dess plattor. , och sedan för ett homogent fält är alltså uppfyllt , dvs. Kapacitansen är direkt proportionell mot plattornas yta och omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. När ett dielektrikum införs mellan plattorna ökar dess kapacitans med en faktor e, där e är det införda materialets dielektriska konstant.

38. Dielektricitetskonstanten. Elektrisk fältenergi.

Dielektrisk permittivitet är en fysisk storhet som kännetecknar förhållandet mellan det elektriska fältets modul i vakuum och det elektriska fältets modul i ett homogent dielektrikum. Det elektriska fältets arbete är lika, men när kondensatorn laddas stiger dess spänning från 0 innan U, det är därför . Därför är kondensatorns potentiella energi lika med .

39. Elektrisk ström. Aktuell styrka. Förutsättningar för existensen av en elektrisk ström.

Elektrisk ström är den ordnade rörelsen av elektriska laddningar. Strömmens riktning anses vara positiva laddningars rörelse. Elektriska laddningar kan röra sig på ett ordnat sätt under påverkan av ett elektriskt fält. Därför är ett tillräckligt villkor för existensen av en ström närvaron av ett fält och gratis laddningsbärare. Ett elektriskt fält kan skapas av två sammankopplade motsatt laddade kroppar. Laddningsförhållande D q, överförd genom ledarens tvärsnitt under tidsintervallet D t till detta intervall kallas strömstyrka. Om strömstyrkan inte ändras med tiden, kallas strömmen konstant. För att en ström ska finnas i en ledare under lång tid är det nödvändigt att förhållandena som orsakar strömmen är oförändrade.<схема с один резистором и батареей>. De krafter som gör att laddningen rör sig inuti strömkällan kallas yttre krafter. I en galvanisk cell (och vilket batteri som helst - t.ex.???) de är krafterna i en kemisk reaktion, i en likströmsmaskin - Lorentzkraften.

40. Ohms lag för en kedjesektion. ledarmotstånd. Ledarnas motstånds beroende av temperatur. Superledningsförmåga. Serie- och parallellkoppling av ledare.

Förhållandet mellan spänningen mellan ändarna av en sektion av en elektrisk krets och strömstyrkan är ett konstant värde och kallas resistans. Motståndsenheten är 0 ohm, resistansen på 1 ohm har en sådan sektion av kretsen där spänningen är 1 volt vid en strömstyrka på 1 ampere. Resistansen är direkt proportionell mot längden och omvänt proportionell mot tvärsnittsarean, där r är den elektriska resistiviteten, ett konstant värde för ett givet ämne under givna förhållanden. Vid upphettning ökar resistiviteten hos metaller enligt en linjär lag, där r 0 är resistiviteten vid 0 0 С, a är resistansens temperaturkoefficient, specifik för varje metall. Vid temperaturer nära absolut noll sjunker ämnens resistans kraftigt till noll. Detta fenomen kallas supraledning. Strömpassagen i supraledande material sker utan förlust genom att ledaren värms upp.

Ohms lag för en sektion av en krets kallas en ekvation. När ledarna är seriekopplade är strömstyrkan densamma i alla ledare, och spänningen i kretsens ändar är lika med summan av spänningarna på alla seriekopplade ledare. . När ledarna är seriekopplade är den totala resistansen lika med summan av komponenternas resistanser. Med en parallell anslutning är spänningen i ändarna av varje sektion av kretsen densamma, och strömstyrkan förgrenas i separata delar. Härifrån. När ledare är parallellkopplade är den reciproka av den totala resistansen lika med summan av de reciproka av resistanserna för alla parallellkopplade ledare.

41. Arbete och strömkraft. Elektromotorisk kraft. Ohms lag för en komplett krets.

Arbetet med krafterna i det elektriska fältet som skapar en elektrisk ström kallas strömmens arbete. Arbete MEN ström i området med motstånd R i tiden D tär lika med . Den elektriska strömmens effekt är lika med förhållandet mellan arbete och färdigställande, d.v.s. . Arbete uttrycks, som vanligt, i joule, effekt - i watt. Om inget arbete utförs på kretssektionen under påverkan av ett elektriskt fält och inga kemiska reaktioner inträffar, leder arbetet till uppvärmning av ledaren. I detta fall är arbetet lika med mängden värme som frigörs av den strömförande ledaren (Joule-Lenz-lagen).

I en elektrisk krets utförs arbete inte bara i den externa sektionen, utan också i batteriet. Det elektriska motståndet hos en strömkälla kallas internt motstånd r. I den inre delen av kretsen frigörs en mängd värme lika med. Det totala arbetet med krafterna i det elektrostatiska fältet när man rör sig längs en sluten krets är noll, så allt arbete görs på grund av yttre krafter som upprätthåller en konstant spänning. Förhållandet mellan externa krafters arbete och den överförda laddningen kallas källans elektromotoriska kraft, där D q- Överförbar avgift. Om som ett resultat av passagen av likström endast uppvärmning av ledarna inträffade, så enligt lagen om energibevarande , dvs. . Strömmen i en elektrisk krets är direkt proportionell mot EMF och omvänt proportionell mot kretsens impedans.

42. Halvledare. Elektrisk ledningsförmåga hos halvledare och dess beroende av temperatur. Inneboende och föroreningskonduktivitet hos halvledare.

Många ämnen leder inte lika bra ström som metaller, men samtidigt är de inte dielektriska. En av skillnaderna mellan halvledare är att när de värms upp eller belyses ökar deras resistivitet inte utan minskar. Men deras huvudsakliga praktiskt tillämpliga egenskap visade sig vara ensidig ledningsförmåga. På grund av den ojämna fördelningen av energin från termisk rörelse i en halvledarkristall, joniseras vissa atomer. De frigjorda elektronerna kan inte fångas av de omgivande atomerna, eftersom deras valensbindningar är mättade. Dessa fria elektroner kan röra sig i metallen och skapa en elektronledningsström. Samtidigt blir en atom, från skalet som en elektron slapp, en jon. Denna jon neutraliseras genom att fånga en atom hos en granne. Som ett resultat av en sådan kaotisk rörelse uppstår en rörelse av en plats med en saknad jon, vilket är synligt utåt som en rörelse av en positiv laddning. Detta kallas hålledningsström. I en idealisk halvledarkristall genereras ström genom rörelsen av lika många fria elektroner och hål. Denna typ av ledning kallas för inre ledning. När temperaturen sjunker minskar antalet fria elektroner, som är proportionellt mot atomernas medelenergi, och halvledaren blir lik ett dielektrikum. Föroreningar läggs ibland till en halvledare för att förbättra konduktiviteten, som är donator (öka antalet elektroner utan att öka antalet hål) och acceptor (öka antalet hål utan att öka antalet elektroner). Halvledare där antalet elektroner överstiger antalet hål kallas elektroniska halvledare, eller n-typ halvledare. Halvledare där antalet hål överstiger antalet elektroner kallas hålhalvledare eller halvledare av p-typ.

43. Halvledardiod. Transistor.

En halvledardiod består av pnövergång, dvs. från två sammankopplade halvledare med olika typer av konduktivitet. När de kombineras diffunderar elektroner in i R-halvledare. Detta leder till uppkomsten av okompenserade positiva joner av donatorföroreningen i den elektroniska halvledaren, och negativa joner av acceptorföroreningen, som fångade de diffusa elektronerna, i hålhalvledaren. Ett elektriskt fält utvecklas mellan de två skikten. Om en positiv laddning appliceras på regionen med elektronisk konduktivitet och en negativ laddning appliceras på regionen med hålledningsförmåga, kommer blockeringsfältet att öka, strömstyrkan kommer att sjunka kraftigt och är nästan oberoende av spänning. Denna metod att slå på kallas blockering, och strömmen som flyter i dioden kallas omvänd. Om en positiv laddning appliceras på regionen med hålledningsförmåga, och en negativ laddning appliceras på regionen med elektronisk, kommer blockeringsfältet att försvagas, strömmen genom dioden beror i detta fall endast på motståndet hos den externa kretsen. Denna metod att slå på kallas genomströmning, och strömmen som flyter i dioden kallas direkt.

En transistor, även känd som en halvledartriod, består av två pn(eller n-p) övergångar. Den mellersta delen av kristallen kallas basen, de extrema är emittern och samlaren. Transistorer där basen har hålledningsförmåga kallas transistorer. p-n-pövergång. Att driva en transistor p-n-p-typ, en spänning med negativ polaritet i förhållande till emittern appliceras på kollektorn. Basspänningen kan vara antingen positiv eller negativ. Därför att det finns fler hål, då kommer huvudströmmen genom korsningen att vara diffusionsflödet av hål från R- områden. Om en liten framåtspänning appliceras på sändaren, kommer en hålström att flyta genom den och diffundera från R-områden i n-område (bas). Men eftersom basen är smal, sedan flyger hålen genom den, accelererad av fältet, in i uppsamlaren. (???, något här har jag missuppfattat...). Transistorn kan fördela strömmen och därigenom förstärka den. Förhållandet mellan strömändringen i kollektorkretsen och strömändringen i baskretsen, allt annat lika, är ett konstant värde, kallat integralöverföringskoefficienten för basströmmen. Genom att ändra strömmen i baskretsen är det därför möjligt att erhålla förändringar i strömmen i kollektorkretsen. (???)

44. Elektrisk ström i gaser. Typer av gasutsläpp och deras tillämpning. Konceptet plasma.

Gas under påverkan av ljus eller värme kan bli en strömledare. Fenomenet med ström som passerar genom en gas under tillstånd av yttre påverkan kallas en icke-självförsörjande elektrisk urladdning. Processen för bildning av gasjoner under påverkan av temperatur kallas termisk jonisering. Utseendet av joner under påverkan av ljusstrålning är fotojonisering. En gas där en betydande del av molekylerna joniseras kallas plasma. Plasmatemperaturen når flera tusen grader. Plasmaelektroner och joner kan röra sig under påverkan av ett elektriskt fält. Med en ökning av fältstyrkan, beroende på gasens tryck och natur, sker en urladdning i den utan påverkan av externa jonisatorer. Detta fenomen kallas självförsörjande elektrisk urladdning. För att en elektron ska jonisera en atom när den träffar den måste den ha en energi som inte är mindre än joniseringsarbetet. Denna energi kan förvärvas av en elektron under påverkan av krafterna från ett yttre elektriskt fält i en gas på dess fria väg, d.v.s. . Därför att den genomsnittliga fria vägen är liten, självurladdning är möjlig endast vid höga fältstyrkor. Vid lågt gastryck bildas en glödurladdning, vilket förklaras av en ökning av gasledningsförmågan under sällsynthet (den genomsnittliga fria vägen ökar). Om strömstyrkan i självurladdningen är mycket hög, kan elektronstötar orsaka uppvärmning av katoden och anoden. Elektroner emitteras från katodytan vid hög temperatur, vilket upprätthåller urladdningen i gasen. Denna typ av urladdning kallas båge.

45. Elektrisk ström i vakuum. Termionisk emission. Katodstrålerör.

Det finns inga gratis laddningsbärare i vakuum, därför, utan yttre påverkan, finns det ingen ström i vakuum. Det kan uppstå om en av elektroderna värms upp till en hög temperatur. Den uppvärmda katoden avger elektroner från sin yta. Fenomenet med emission av fria elektroner från ytan av uppvärmda kroppar kallas termionisk emission. Den enklaste enheten som använder termionisk emission är en elektrovakuumdiod. Anoden består av en metallplatta, katoden är gjord av en tunn lindad tråd. Ett elektronmoln skapas runt katoden när den värms upp. Om du ansluter katoden till batteriets positiva pol och anoden till minuspolen, kommer fältet inuti dioden att flytta elektronerna mot katoden, och det blir ingen ström. Om du kopplar motsatsen - anoden till pluset och katoden till minuset - så kommer det elektriska fältet att flytta elektronerna mot anoden. Detta förklarar egenskapen hos ensidig ledning av dioden. Flödet av elektroner som rör sig från katoden till anoden kan styras med hjälp av ett elektromagnetiskt fält. För att göra detta modifieras dioden och ett rutnät läggs till mellan anoden och katoden. Den resulterande enheten kallas en triod. Om en negativ potential appliceras på nätet, kommer fältet mellan nätet och katoden att förhindra att elektronen rör sig. Om du applicerar positiv, kommer fältet att förhindra rörelse av elektroner. Elektronerna som emitteras av katoden kan accelereras till höga hastigheter med hjälp av elektriska fält. Elektronstrålarnas förmåga att avvika under påverkan av elektromagnetiska fält används i en CRT.

46. ​​Magnetisk interaktion av strömmar. Ett magnetfält. Kraften som verkar på en strömförande ledare i ett magnetfält. Magnetfältsinduktion.

Om en ström passerar genom ledarna i samma riktning, drar de till sig, och om de är lika, avstöter de. Följaktligen finns det en viss interaktion mellan ledarna, vilket inte kan förklaras av närvaron av ett elektriskt fält, eftersom. I allmänhet är ledare elektriskt neutrala. Ett magnetfält skapas genom att elektriska laddningar rör sig och verkar bara på rörliga laddningar. Magnetfältet är en speciell typ av materia och är kontinuerligt i rymden. Passagen av en elektrisk ström genom en ledare åtföljs av genereringen av ett magnetfält, oavsett medium. Den magnetiska interaktionen mellan ledarna används för att bestämma storleken på strömstyrkan. 1 ampere - styrkan hos strömmen som passerar genom två parallella ledare ¥ av längd och med litet tvärsnitt, belägna på ett avstånd av 1 meter från varandra, vid vilket det magnetiska flödet orsakar en interaktionskraft nedåt lika med varje längdmeter . Den kraft med vilken ett magnetfält verkar på en strömförande ledare kallas amperekraften. För att karakterisera ett magnetfälts förmåga att påverka en ledare med ström finns det en storhet som kallas magnetisk induktion. Modulen för magnetisk induktion är lika med förhållandet mellan det maximala värdet av Amperekraften som verkar på en strömförande ledare och strömstyrkan i ledaren och dess längd. Induktionsvektorns riktning bestäms av vänsterhandens regel (på handen är en ledare, på tummen är styrka, i handflatan är induktion). Enheten för magnetisk induktion är tesla, som är lika med induktionen av ett sådant magnetiskt flöde, där den maximala Amperekraften på 1 Newton verkar på 1 meter av ledaren med en ström på 1 ampere. En linje vid vilken punkt som helst där den magnetiska induktionsvektorn är riktad tangentiellt kallas en magnetisk induktionslinje. Om induktionsvektorn på alla punkter i något utrymme har samma värde i absolut värde och samma riktning, kallas fältet i denna del homogent. Beroende på lutningsvinkeln för den strömförande ledaren i förhållande till vektorn för magnetisk induktion, ändras Ampère-kraften i proportion till vinkelns sinus.

47. Amperes lag. Verkan av ett magnetfält på en rörlig laddning. Lorentz kraft.

Effekten av ett magnetfält på en ström i en ledare indikerar att den verkar på rörliga laddningar. Aktuell styrka jag i ledaren är relaterad till koncentrationen n fria laddade partiklar, hastighet v deras ordnade rörelse och område S tvärsnitt av ledaren genom uttrycket , där qär laddningen av en partikel. Genom att ersätta detta uttryck i Ampère-kraftformeln får vi . Därför att nSlär lika med antalet fria partiklar i en ledare av längd l, då kraften som verkar från sidan av fältet på en laddad partikel som rör sig med en hastighet v i en vinkel a mot den magnetiska induktionsvektorn Bär lika med . Denna kraft kallas Lorentz-kraften. Riktningen av Lorentzkraften för en positiv laddning bestäms av vänsterhandsregeln. I ett enhetligt magnetfält får en partikel som rör sig vinkelrätt mot linjerna för magnetfältsinduktion centripetalacceleration under inverkan av Lorentzkraften och rör sig i en cirkel. Cirkelns radie och rotationsperioden bestäms av uttrycken . Rotationsperiodens oberoende från radien och hastigheten används i acceleratorn för laddade partiklar - cyklotronen.

48. Materias magnetiska egenskaper. Ferromagneter.

Den elektromagnetiska interaktionen beror på i vilket medium laddningarna finns. Om du hänger en liten spole nära en stor spole kommer den att avvika. Om en järnkärna sätts in i en stor kommer avvikelsen att öka. Denna förändring visar att induktionen ändras när kärnan introduceras. Ämnen som avsevärt ökar det yttre magnetfältet kallas ferromagneter. En fysisk storhet som visar hur många gånger induktansen för ett magnetfält i ett medium skiljer sig från induktansen för ett fält i ett vakuum kallas magnetisk permeabilitet. Alla ämnen förstärker inte magnetfältet. Paramagneter skapar ett svagt fält som sammanfaller i riktning med det yttre. Diamagneter försvagar det yttre fältet med sitt fält. Ferromagnetism förklaras av elektronens magnetiska egenskaper. En elektron är en rörlig laddning och har därför ett eget magnetfält. I vissa kristaller finns förutsättningar för parallell orientering av elektronernas magnetfält. Som ett resultat av detta uppträder magnetiserade områden, kallade domäner, inuti ferromagnetkristallen. När det externa magnetfältet ökar, ordnar domänerna sin orientering. Vid ett visst induktionsvärde sker fullständig ordning av orienteringen av domänerna och magnetisk mättnad sätter in. När en ferromagnet tas bort från ett externt magnetfält förlorar inte alla domäner sin orientering, och kroppen blir en permanent magnet. Ordningen av domänorientering kan störas av termiska vibrationer av atomer. Temperaturen vid vilken ett ämne upphör att vara en ferromagnet kallas Curie-temperaturen.

49. Elektromagnetisk induktion. magnetiskt flöde. Lagen om elektromagnetisk induktion. Lenz regel.

I en sluten krets, när magnetfältet ändras, uppstår en elektrisk ström. Denna ström kallas induktiv ström. Fenomenet med förekomsten av ström i en sluten krets med förändringar i magnetfältet som penetrerar kretsen kallas elektromagnetisk induktion. Utseendet av en ström i en sluten krets indikerar närvaron av externa krafter av icke-elektrostatisk natur eller förekomsten av induktions-EMK. En kvantitativ beskrivning av fenomenet elektromagnetisk induktion ges på basis av fastställande av ett samband mellan induktions-EMK och magnetiskt flöde. magnetiskt flöde F genom ytan kallas en fysisk storhet lika med produkten av ytan S per modul för den magnetiska induktionsvektorn B och med cosinus av vinkeln a mellan den och normalen till ytan. Enheten för magnetiskt flöde är webern, lika med flödet, som, när det likformigt minskar till noll på 1 sekund, orsakar en emk på 1 volt. Induktionsströmmens riktning beror på om flödet som penetrerar kretsen ökar eller minskar, samt på fältets riktning relativt kretsen. Den allmänna formuleringen av Lenz regel: induktionsströmmen som uppstår i en sluten krets har en sådan riktning att det magnetiska flödet som skapas av den genom området som begränsas av kretsen tenderar att kompensera för förändringen i det magnetiska flödet som orsakar denna ström. Lagen för elektromagnetisk induktion: Induktionens EMF i en sluten krets är direkt proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av denna krets och är lika med förändringshastigheten för detta flöde, samtidigt som man tar hänsyn till Lenz regel. Vid byte av EMF i en spole bestående av n identiska varv, den totala emk in n gånger mer EMF i en enda spole. För ett enhetligt magnetfält, baserat på definitionen av magnetiskt flöde, följer att induktionen är 1 tesla om flödet genom en krets på 1 kvadratmeter är 1 weber. Förekomsten av en elektrisk ström i en fast ledare förklaras inte av magnetisk interaktion, eftersom Magnetfältet verkar bara på rörliga laddningar. Det elektriska fältet som uppstår när magnetfältet förändras kallas det elektriska virvelfältet. Arbetet med virvelfältets krafter på laddningarnas rörelse är induktionens EMF. Vortexfältet är inte kopplat till laddningar och är en sluten linje. Arbetet med krafterna i detta fält längs en sluten kontur kan skilja sig från noll. Fenomenet elektromagnetisk induktion uppstår också när den magnetiska flödeskällan är i vila och ledaren rör sig. I detta fall är orsaken till induktions-EMK lika med , är Lorentz-styrkan.

50. Fenomenet självinduktion. Induktans. Magnetfältets energi.

En elektrisk ström som passerar genom en ledare skapar ett magnetfält runt den. magnetiskt flöde F genom konturen är proportionell mot den magnetiska induktionsvektorn PÅ och induktion, i sin tur, styrkan av strömmen i ledaren. Därför, för det magnetiska flödet, kan vi skriva . Proportionalitetskoefficienten kallas induktans och beror på ledarens egenskaper, dess dimensioner och miljön där den befinner sig. Induktansenheten är henry, induktansen är 1 henry, om det magnetiska flödet vid en strömstyrka på 1 ampere är 1 weber. När strömstyrkan i spolen ändras ändras det magnetiska flödet som skapas av denna ström. En förändring i det magnetiska flödet orsakar uppkomsten av en EMF-induktion i spolen. Fenomenet med utseendet av en EMF-induktion i en spole som ett resultat av en förändring i strömstyrkan i denna krets kallas självinduktion. I enlighet med Lenz-regeln förhindrar självinduktionens EMF ökningen när kretsen slås på och minskar när kretsen stängs av. EMF för självinduktion som uppstår i en spole med induktans L, enligt lagen om elektromagnetisk induktion är lika med . Antag att när nätverket kopplas bort från källan, minskar strömmen enligt en linjär lag. Då har självinduktionens EMF ett konstant värde lika med . Under t vid en linjär minskning i kretsen kommer en laddning att passera. I detta fall är arbetet med den elektriska strömmen lika med . Detta arbete görs för energins ljus W m spolens magnetfält.

51. Harmoniska vibrationer. Amplitud, period, frekvens och fas av svängningar.

Mekaniska vibrationer är rörelser hos kroppar som upprepar exakt eller ungefär samma sak med jämna mellanrum. De krafter som verkar mellan kroppar inom det betraktade systemet av kroppar kallas inre krafter. De krafter som verkar på systemets kroppar från andra kroppar kallas yttre krafter. Fria svängningar kallas svängningar som har uppstått under inverkan av inre krafter, till exempel en pendel på en gänga. Svängningar under inverkan av yttre krafter är forcerade svängningar, till exempel en kolv i en motor. Ett gemensamt drag för alla typer av svängningar är repeterbarheten av rörelseprocessen efter ett visst tidsintervall. Svängningarna som beskrivs av ekvationen kallas harmoniska. . I synnerhet är vibrationer som uppstår i ett system med en återställande kraft proportionell mot deformation harmoniska. Det minsta intervall genom vilket kroppens rörelse upprepas kallas svängningsperioden. T. Den fysiska storhet som är den reciproka av svängningsperioden och kännetecknar antalet svängningar per tidsenhet kallas frekvens. Frekvensen mäts i hertz, 1 Hz = 1 s -1. Begreppet cyklisk frekvens används också, som bestämmer antalet svängningar på 2p sekunder. Modulen för maximal förskjutning från jämviktspositionen kallas amplitud. Värdet under cosinus-tecknet är svängningsfasen, j 0 är svängningarnas initiala fas. Derivaterna ändras också harmoniskt, och , och den totala mekaniska energin med en godtycklig avvikelse X(vinkel, koordinat, etc.) är , var MEN och PÅär konstanter som bestäms av systemparametrarna. Genom att differentiera detta uttryck och ta hänsyn till frånvaron av yttre krafter är det möjligt att skriva ner vad , varifrån .

52. Matematisk pendel. Vibration av en belastning på en fjäder. Svängningsperiod för en matematisk pendel och en vikt på en fjäder.

En kropp av liten storlek, upphängd på en outtöjbar tråd, vars massa är försumbar jämfört med kroppens massa, kallas en matematisk pendel. Det vertikala läget är jämviktsläget, där tyngdkraften balanseras av elasticitetens kraft. Med små avvikelser av pendeln från jämviktspositionen uppstår en resulterande kraft, riktad mot jämviktspositionen, och dess svängningar är harmoniska. Perioden för harmoniska svängningar av en matematisk pendel vid en liten svängvinkel är lika med . För att härleda denna formel skriver vi Newtons andra lag för pendeln. Pendeln påverkas av tyngdkraften och strängens spänning. Deras resultant vid en liten avböjningsvinkel är . Följaktligen, , var .

Med harmoniska vibrationer av en kropp upphängd i en fjäder är den elastiska kraften lika enligt Hookes lag. Enligt Newtons andra lag.

53. Omvandling av energi under harmoniska vibrationer. Forcerade vibrationer. Resonans.

När den matematiska pendeln avviker från jämviktspositionen ökar dess potentiella energi p.g.a. avståndet till jorden ökar. När man flyttar till jämviktspositionen ökar pendelns hastighet och den kinetiska energin ökar på grund av en minskning av den potentiella reserven. I jämviktsläget är kinetisk energi maximal, potentiell energi är minimum. I positionen för maximal avvikelse - vice versa. Med våren - samma, men inte den potentiella energin i jordens gravitationsfält, men den potentiella energin från våren tas. Fria vibrationer visar sig alltid vara dämpade, d.v.s. med minskande amplitud, eftersom energi läggs på interaktion med omgivande kroppar. Energiförlusten i detta fall är lika med externa krafters arbete under samma tid. Amplituden beror på frekvensen av kraftändringen. Den når sin maximala amplitud vid frekvensen av svängningar av den yttre kraften, vilket sammanfaller med den naturliga frekvensen av svängningar i systemet. Fenomenet med en ökning av amplituden av forcerade oscillationer under de beskrivna förhållandena kallas resonans. Eftersom den yttre kraften vid resonans utför det maximala positiva arbetet för perioden, kan resonansvillkoret definieras som villkoret för maximal energiöverföring till systemet.

54. Utbredning av vibrationer i elastiska medier. Tvärgående och längsgående vågor. Våglängd. Förhållandet mellan våglängden och dess utbredningshastighet. Ljudvågor. Ljudhastighet. Ultraljud

Excitering av svängningar på en plats i mediet orsakar forcerade svängningar av angränsande partiklar. Processen för utbredning av vibrationer i rymden kallas en våg. Vågor där vibrationer uppstår vinkelrätt mot utbredningsriktningen kallas tvärvågor. Vågor där vibrationer uppstår längs vågens utbredningsriktning kallas longitudinella vågor. Longitudinella vågor kan uppstå i alla medier, tvärgående vågor - i fasta ämnen under inverkan av elastiska krafter under deformation eller ytspänningskrafter och gravitationskrafter. Utbredningshastigheten för svängningar v i rymden kallas vågens hastighet. Avståndet l mellan punkter närmast varandra, som svänger i samma faser, kallas våglängden. Våglängdens beroende av hastigheten och perioden uttrycks som , eller . När vågor uppstår bestäms deras frekvens av källsvängningsfrekvensen, och hastigheten bestäms av mediet där de utbreder sig, därför kan vågor av samma frekvens ha olika längd i olika medier. Processerna med kompression och sällsynthet i luften fortplantar sig i alla riktningar och kallas ljudvågor. Ljudvågor är längsgående. Ljudhastigheten, liksom hastigheten för alla vågor, beror på mediet. I luft är ljudets hastighet 331 m/s, i vatten - 1500 m/s, i stål - 6000 m/s. Ljudtryck är ytterligare tryck i en gas eller vätska som orsakas av en ljudvåg. Ljudintensiteten mäts av energin som bärs av ljudvågor per tidsenhet genom en enhetsarea av en sektion vinkelrät mot vågens utbredningsriktning, och mäts i watt per kvadratmeter. Intensiteten hos ett ljud bestämmer dess ljudstyrka. Ljudets tonhöjd bestäms av vibrationsfrekvensen. Ultraljud och infraljud kallas ljudvibrationer som ligger utanför hörselns gränser med frekvenser på 20 kilohertz respektive 20 hertz.

55. Fria elektromagnetiska svängningar i kretsen. Energiomvandling i en oscillerande krets. Naturlig frekvens av svängningar i kretsen.

En elektrisk oscillerande krets är ett system som består av en kondensator och en spole kopplade i en sluten krets. När en spole är ansluten till en kondensator genereras en ström i spolen och energin från det elektriska fältet omvandlas till energin i ett magnetfält. Kondensatorn laddas inte ur omedelbart, eftersom. detta förhindras av självinduktionens EMF i spolen. När kondensatorn är helt urladdad kommer självinduktions-EMK att förhindra att strömmen minskar, och magnetfältets energi omvandlas till elektrisk energi. Den ström som uppstår i detta fall kommer att ladda kondensatorn, och tecknet på laddningen på plattorna kommer att vara motsatt originalet. Därefter upprepas processen tills all energi går åt till att värma kretselementen. Således omvandlas energin från magnetfältet i oscillerande krets till elektrisk energi och vice versa. För systemets totala energi är det möjligt att skriva relationerna: , varifrån för ett godtyckligt ögonblick . Som bekant, för en komplett kedja . Förutsatt att i det ideala fallet R"0, äntligen får vi , eller . Lösningen på denna differentialekvation är funktionen , var . Värdet på w kallas dess egen cirkulära (cykliska) frekvens av svängningar i kretsen.

56. Forcerade elektriska svängningar. Växelström. Generator. AC-ström.

Växelström i elektriska kretsar är resultatet av excitation av påtvingade elektromagnetiska oscillationer i dem. Låt en platt spole ha en area S och induktionsvektorn B gör en vinkel j med vinkelrät mot spolens plan. magnetiskt flöde F genom spolens område i detta fall bestäms av uttrycket. När spolen roterar med en frekvens n ändras vinkeln j enligt lagen ., då får uttrycket för flödet formen. Förändringar i magnetiskt flöde skapar en induktions-emk lika med minus hastigheten för flödesändringen. Därför kommer förändringen av induktionens EMF att ske enligt den harmoniska lagen. Spänningen som tas från generatorns utgång är proportionell mot antalet lindningsvarv. När spänningen ändras enligt den harmoniska lagen fältstyrkan i ledaren varierar enligt samma lag. Under inverkan av fältet uppstår något vars frekvens och fas sammanfaller med frekvensen och fasen för spänningssvängningar. Strömfluktuationer i kretsen tvingas, som uppstår under påverkan av en applicerad växelspänning. Om faserna för strömmen och spänningen sammanfaller är växelströmmens effekt lika med eller . Medelvärdet för den kvadratiska cosinus över perioden är 0,5, så . Strömstyrkans effektiva värde är likströmsstyrkan, som avger samma mängd värme i ledaren som växelströmmen. Vid amplitud Imax harmoniska svängningar av strömmen är den effektiva spänningen lika med. Spänningens strömvärde är också flera gånger mindre än dess amplitudvärde Den genomsnittliga strömeffekten när svängningsfaserna sammanfaller bestäms av den effektiva spänningen och strömstyrkan.

5 7. Aktivt, induktivt och kapacitivt motstånd.

aktivt motstånd R kallas en fysisk storhet lika med förhållandet mellan effekt och kvadraten på strömmen, som erhålls från uttrycket för effekt. Vid låga frekvenser beror det praktiskt taget inte på frekvensen och sammanfaller med ledarens elektriska motstånd.

Låt en spole anslutas till en växelströmskrets. Sedan, när strömstyrkan ändras enligt lagen, uppstår självinduktions-emk i spolen. Därför att spolens elektriska resistans är noll, då är EMF lika med minus spänningen vid spolens ändar, skapad av en extern generator (??? Vilken annan generator???). Därför orsakar en förändring i ström en förändring i spänning, men med en fasförskjutning . Produkten är amplituden av spänningsfluktuationerna, dvs. . Förhållandet mellan amplituden av spänningsfluktuationer på spolen och amplituden av strömfluktuationer kallas induktiv reaktans .

Låt det finnas en kondensator i kretsen. När den slås på laddas den under en fjärdedel av perioden, laddar sedan ut lika mycket, sedan samma sak, men med en polaritetsändring. När spänningen över kondensatorn ändras enligt den harmoniska lagen laddningen på dess plattor är lika med . Strömmen i kretsen uppstår när laddningen ändras: , på samma sätt som fallet med en spole, är amplituden av strömsvängningar lika med . Värdet lika med förhållandet mellan amplituden och strömstyrkan kallas kapacitans .

58. Ohms lag för växelström.

Betrakta en krets som består av ett motstånd, en spole och en kondensator kopplade i serie. Vid varje given tidpunkt är den pålagda spänningen lika med summan av spänningarna över varje element. Aktuella fluktuationer i alla moment förekommer enligt lagen. Spänningsfluktuationerna över motståndet är i fas med strömfluktuationerna, spänningsfluktuationerna över kondensatorn ligger efter strömfluktuationerna i fas, spänningsfluktuationerna över spolen leder strömfluktuationerna i fas med (varför ligger de bakom?). Därför kan villkoret för likhet mellan summan av spänningar och summan skrivas som. Med hjälp av vektordiagrammet kan man se att spänningsamplituden i kretsen är , eller , d.v.s. . Kretsens impedans anges . Det framgår av diagrammet att spänningen också fluktuerar enligt den harmoniska lagen . Den initiala fasen j kan hittas av formeln . Den momentana effekten i AC-kretsen är lika med. Eftersom medelvärdet för den kvadratiska cosinus över perioden är 0,5, . Om det finns en spole och en kondensator i kretsen, så enligt Ohms lag för växelström. Värdet kallas effektfaktorn.

59. Resonans i en elektrisk krets.

Kapacitiva och induktiva resistanser beror på frekvensen av den applicerade spänningen. Därför, vid en konstant spänningsamplitud, beror amplituden av strömstyrkan på frekvensen. Vid ett sådant frekvensvärde, vid vilket summan av spänningarna på spolen och kondensatorn blir lika med noll, eftersom deras svängningar är motsatta i fas. Som ett resultat visar sig spänningen på det aktiva motståndet vid resonans vara lika med full spänning, och strömstyrkan når sitt maximala värde. Vi uttrycker de induktiva och kapacitiva resistanserna vid resonans: , Följaktligen . Detta uttryck visar att vid resonans kan amplituden för spänningsfluktuationerna på spolen och kondensatorn överstiga amplituden för de applicerade spänningsfluktuationerna.

60. Transformator.

Transformatorn består av två spolar med olika antal varv. När en spänning läggs på en av spolarna genereras en ström i den. Om spänningen ändras enligt den harmoniska lagen, kommer även strömmen att ändras enligt samma lag. Det magnetiska flödet som passerar genom spolen är . När det magnetiska flödet ändras i varje varv av den första spolen uppstår självinduktions-emk. Produkten är amplituden av EMF i ett varv, den totala EMF i primärspolen. Den sekundära spolen genomborras därför av samma magnetiska flöde. Därför att magnetiska flöden är alltså desamma. Lindningens aktiva resistans är liten jämfört med den induktiva reaktansen, så spänningen är ungefär lika med EMF. Härifrån. Koefficient Till kallas omvandlingsförhållandet. Värmeförlusterna för trådar och kärnor är därför små F1" F 2. Det magnetiska flödet är proportionellt mot strömmen i lindningen och antalet varv. Därför, dvs. . De där. transformatorn ökar spänningen in Till gånger, vilket minskar strömmen med samma mängd. Strömeffekten i båda kretsarna, utan förluster, är densamma.

61. Elektromagnetiska vågor. Hastigheten på deras spridning. Egenskaper hos elektromagnetiska vågor.

Varje förändring i det magnetiska flödet i kretsen orsakar uppkomsten av en induktionsström i den. Dess utseende förklaras av utseendet av ett elektriskt virvelfält med någon förändring i magnetfältet. En virvelhärd har samma egenskap som en vanlig - att generera ett magnetfält. Så snart den väl har börjat, fortsätter processen med ömsesidig generering av magnetiska och elektriska fält oavbrutet. De elektriska och magnetiska fälten som utgör elektromagnetiska vågor kan också existera i vakuum, till skillnad från andra vågprocesser. Från experiment med interferens fastställdes utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor, som var ungefär . I det allmänna fallet beräknas hastigheten för en elektromagnetisk våg i ett godtyckligt medium med formeln . Energitätheten för de elektriska och magnetiska komponenterna är lika med varandra: , var . Egenskaperna hos elektromagnetiska vågor liknar egenskaperna hos andra vågprocesser. När de passerar genom gränssnittet mellan två medier reflekteras de delvis, delvis bryts. De reflekteras inte från dielektrikumets yta, utan reflekteras nästan helt från metaller. Elektromagnetiska vågor har egenskaperna interferens (Hertz-experiment), diffraktion (aluminiumplatta), polarisation (rutnät).

62. Principer för radiokommunikation. Den enklaste radiomottagaren.

För implementering av radiokommunikation är det nödvändigt att tillhandahålla möjligheten till strålning av elektromagnetiska vågor. Ju större vinkeln är mellan kondensatorplattorna, desto mer fritt utbreder sig EM-vågor i rymden. I verkligheten består en öppen krets av en spole och en lång tråd - en antenn. Ena änden av antennen är jordad, den andra är upphöjd över jordens yta. Därför att Eftersom energin hos elektromagnetiska vågor är proportionell mot frekvensens fjärde kraft, uppstår praktiskt taget inte EM-vågor under svängningar av växelström av ljudfrekvenser. Därför används moduleringsprincipen - frekvens, amplitud eller fas. Den enklaste generatorn av modulerade oscillationer visas i figuren. Låt kretsens oscillationsfrekvens ändras enligt lagen. Låt frekvensen av de modulerade ljudvibrationerna också ändras som , och W<(vad i helvete är det egentligen???)(G är motståndets reciproka). Genom att i detta uttryck ersätta stressvärdena, där , får vi . Därför att vid resonans skärs frekvenser långt från resonansfrekvensen av, sedan från uttrycket för i den andra, tredje och femte termen försvinner; .

Tänk på en enkel radiomottagare. Den består av en antenn, en oscillerande krets med variabel kondensator, en detektordiod, ett motstånd och en telefon. Svängningskretsens frekvens väljs på ett sådant sätt att den sammanfaller med bärvågsfrekvensen, medan svängningsamplituden på kondensatorn blir maximal. Detta låter dig välja önskad frekvens bland alla mottagna. Från kretsen anländer modulerade högfrekventa oscillationer till detektorn. Efter att ha passerat detektorn laddar strömmen kondensatorn varje halvcykel, och nästa halvcykel, när ingen ström passerar genom dioden, laddas kondensatorn ur genom motståndet. (Fick jag rätt???).

64. Analogi mellan mekaniska och elektriska vibrationer.

Analogier mellan mekaniska och elektriska vibrationer ser ut så här: