Презентація "Опорні конспекти з фізики"

Опорні конспекти з фізики Розробила: Боднар О.А.

Основи молекулярно-кінетичної теорії

Молекулярно - кінетична теорія Вивчає властивості речовини, які визначаються її мікроскопічною будовою макроскопічні Властивості тіл мікроскопічні Розміри достатньо великі для того, щоб не проявлялася не суцільність речовини Розміри порівняні з розмірами молекул, виявляється структура, не суцільність речовини

Основні поняття молекулярно – кінетичної теорії Молекула Найменша електрично нейтральна частинка речовини, яка зберігає її хімічні властивості і спроможна до власного існування Кількість речовини Характеристика фізичного тіла,що пропорційна кількості молекул у тілі Основна одиниця кількості речовини в СІ -моль Моль – кількість речовини, у якій міститься стільки структурних одиниць (атомів, молекул, йонів), скільки атомів міститься у 0,012 кг ізотопу вуглецю Стала Авогадро – кількість молекул в 1 г моль речовини Молярна маса М – маса 1 моль речовини. М=Nm, де m – маса молекули даної речовини Мікроскопічні властивості речовини, тобто її властивості при розмірах тіл, порівняних з розмірами молекул, мають статичний характер. Це пояснюється хаотичністю руху молекул, скінченністю їх розмірів.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії Усі тіла складаються з частинок (атомів, молекул, йонів) між якими існують проміжки. Ці частинки безперервно хаотично рухаються. Частинки взаємодіють між собою.

Дослідні обґрунтування положень МКТ Наявність межі дрібнення речовини – послідовним розведенням розчинів можна досягти такої концентрації, при якій одна молекула буде існувати у всіх молекулах розчину. Утворення мономолекулярних плівок (олія, гас) на поверхні води – товщина не може бути меншою за діаметр молекули. Підтверджують наявність молекул їх малі,але скінченні розміри. Дифузія-явище проникнення молекул одного виду у проміжки між молекулами іншого виду Броунівський рух – хаотичний рух малих за розмірами макроскопічних частинок (тіл) у рідині або газі, зумовлений не скомпенсованими взаємодіями молекул з частинками (тілами). Підтверджують рух молекул та його хаотичність, наявність між ними проміжків. Збереження форми і об‘єму твердим тілом, об‘єму – рідиною. Наявність фотографій молекул

Ідеальний газ Розміри молекул значно менші за відстані між ними – порівняно з відстанями між молекулами їх можна вважати матеріальними точками. Молекули взаємодіють між собою і стінками посудини тільки у вигляді абсолютно пружних зіткнень. Між молекулами газу відсутні сили взаємодії. Ідеальними можуть вважатися реальні гази за умов, які мало відрізняються від нормальних

Основне рівняння МКТ Припущення: Газ ідеальний, тобто Зіткненнями між молекулами можна знехтувати; Швидкості всіх молекул приблизно однакові; Усі напрямки у просторі (напрями руху молекул) рівноймовірні Концентрація молекул – кількість молекул в одиниці об‘єму газу При кожній взаємодії зі стінкою молекула передає їй імпульс 2mu, до площадки на стінці площею S за час t долетить молекул, які передадуть їй імпульс Тиск Через середню кінетичну енергію молекул Е:

Теплова рівновага Кілька тіл взаємодіють між собою таким чином, що відбувається обмін енергією між молекулами, більш нагріте тіло охолоджується, менш нагріте - нагрівається Внаслідок взаємодії молекул одного тіла з молекулами іншого тіла встановлюється нове значення середньої кінетичної енергії молекул Процес досить тривалий Встановлюється теплова рівновага Подальшого охолодження і нагрівання не відбувається Температура фізична величина, що є мірою середньої кінетичної енергії молекул У стані теплової рівноваги температура усіх тіл системи однакова Швидкість броунівського руху частинок з підвищенням температури збільшується Швидкість дифузії зростає з підвищенням температури

Температуру вимірюють термометрами Типи термометрів Принцип дії Рідинні Розширення рідин в процесі їх нагрівання Біметалеві Деформація біметалевої пластинки під час нагрівання Термометри опору Зміна електричного опору провідників (напівпровідників) під час нагрівання Термоелектричні Виникнення електричного струму у колі, складеному з двох різних за матеріалом провідників (напівпровідників), внаслідок різниці їх температур.

Шкали температур Цельсія За 0°С прийнято температуру танення льоду при нормальному тискові, за 100°С – температуру кипіння води при нормальному тискові. Кельвіна – абсолютна температура За 0 К прийнято температуру, при наближенні до якої швидкість поступального руху молекул ідеального газу прямує до нуля. Співвідношення між температурою, вираженою в градусах Цельсія (t) і в Кельвінах (Т): Т=t+273 Фаренгейта Співвідношення між шкалами Фаренгейта і Цельсія: t=32+9t/5

Для газів, що перебувають у стані теплової рівноваги, Середня кінетична енергія молекул будь-яких газів, що перебувають у стані теплової рівноваги, однакова. Середня кінетична енергія хаотичного руху молекул пропорційна температурі тіла Стала Больцмана – коефіцієнт k пропорційності між середньою кінетичною енергією молекул і температурою стала Больцмана Чисельно дорівнює зміні середньої кінетичної енергії молекули ідеального газу при зміні температури газу на 1 К при постійному тиску.

Співвідношення між енергією, тиском, концентрацією молекул і абсолютною температурою:

Рівняння стану ідеального газу Пов‘язує між собою параметри p,V,T, які характеризують стан певної маси газу. рівняння Менделєєва – Клапейрона Універсальна газова стала R=kN R=8,31Дж/(К*моль) Для 1 моля газу, тобто, якщо m=M: - рівняння Клапейрона Суміш газів: стан кожного газу суміші може описуватися рівнянням Менделєєва-Клапейрона окремо, незалежно від інших. Парціальним тиском називається тиск, який був би створений за даних умов (T,V) окремо одним із газів суміші. Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків газів, що утворюють суміш.

Ізотермічний процес – процес, що відбувається при сталій температурі (Т=const) Закон Бойля – Маріотта Ізотерма – графік залежності між параметрами при Т=const p T o V o o V p

Ізобарний процес – процес, що відбувається при сталому тиску (р=const) Закон Гей – Люссака Ізобара – графік залежності між параметрами при р=const p р T o р o o V p Т

Ізохорний процес – процес, що відбувається при сталому обємі (V=const) Закон Шарля Ізохора – графік залежності між параметрами при V=const p V T o р o o V p Т

Основи термодинаміки

Термодинаміка Розділ фізики, який вивчає найзагальніші закономірності процесів у макроскопічних системах,що знаходяться у стані термодинамічної рівноваги, і процесів переходів між такими станами.

Термодинамічна система – це сукупність макроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією між собою і навколишнім середовищем (тілами, що не входять до даної системи)

Термодинамічні параметри - параметри стану – сукупність фізичних величин, що характеризують властивості і стан термодинамічної системи. Такими параметрами, як правило , є температура Т, тиск р і обґєм V.

Термодинамічна рівновага - стан системи, у якому вона може перебувати нескінченно довго; стан системи, який характеризується незмінними у часі параметрами стану.

Внутрішня енергія системи – сума кінетичної енергії теплового (хаотичного) руху молекул тіла та потенціальної енергії їх взаємодії. Оскільки потенціальна енергія взаємодії молекул дорівнює нулю, то вона дорівнює сумі кінетичних енергій молекул,

Два способи зміни внутрішньої енергії Теплообмін – зміна внутрішньої енергії за рахунок передавання її від одного тіла до іншого без виконання роботи Виконання механічної роботи, зокрема: Нагрівання тіл при їх деформаціях; Нагрівання, яким супроводжується виконання роботи проти сил тертя Теплопровідність – обмін енергією між тілами, що перебувають у безпосередньому контакті(за рахунок взаємодії між молекулами тіл) Конвекція – перенесення енергії потоками рідин або газів можлива тільки у полі тяжіння за рахунок сил Архімеда, що діють на нагріту речовину(рідину,газ) які мають меншу густину внаслідок теплового розширення. Випромінювання – перенесення енергії електромагнітними хвилями, у вигляді видимого світла, інфрачервоного випромінювання; може відбуватися у вакуумі.

Перший закон термодинаміки ∆U=Q+A Зміна внутрішньої енергії U системи дорівнює сумі роботи А, виконаної над системою зовнішніми силами, і наданої їй кількості теплоти Q А= -А Q=∆U+A Кількість теплоти, що надана системі, йде на збільшення її внутрішньої енергії і виконання системою роботи А проти зовнішніх сил

Питома теплоємність речовини характеристика речовини, що визначається кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання 1 кг речовини на 1 К при постійному тиску.

Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів у газах Ізохорне нагрівання:∆V=0 A=0 , де с-питома теплоємність при сталому обємі. Перший закон термодинаміки Ізобарне нагрівання: р=сonst Зміна внутрішньої енергії , де с-питома теплоємність при сталому тиску Ізотермічне розширення: ∆U=0 A>0 тому Q>0,газ отримує енергію ззовні. Ізотермічне стиснення: ∆U=0 A<0 тому Q<0, газ віддає енергію навколишньому середовищу.

Адіабатний процес Відбувається без теплообміну системи із зовнішнім середовищем (навколишніми тілами). Система або теплоізольована термос, або процес відбувається настільки швидко, що дуже незначна частина теплоти передається навколишнім тілам, які не входять у дану систему Наприклад: вибух, постріл ∆U=A+Q (Q=0) ∆U=A-робота виконується за рахунок зміни внутрішньої енергії тіла При адіабатному розширенні газ охолоджується (холодильні машини), при стисненні – нагрівається (повітряне вогниво, двигун Дізеля).

Другий закон термодинаміки Неможливий круговий процес, єдиним результатом якого є перетворення теплоти,одержаної від нагрівника, в еквівалентну їй роботу Неможливий круговий процес, єдиним результатом якого є передавання теплоти від менш нагрітого тіла до більш нагрітого.

Тепловий двигун - машина, що виконує механічну роботу за рахунок одержаної теплоти Складові частини і принцип дії Теплова енергія, що виділяється у нагрівнику (за рахунок хімічної реакції, ядерного розпаду тощо), передається робочому тілу, яке, розширюючись, виконує механічну роботу. Для того, щоб двигун працював циклічно, газ стискається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу) Нагрівник (джерело теплоти) Робоче тіло (газ) Холодильник

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна та його максимальне значення ∆U=Q-A; якщо ∆U=0, то де A – механічна робота, що виконується газом; – кількість теплоти, одержаної від нагрівника; - кількість теплоти, відданої холодильнику. - відношення корисної використаної енергії до енергії затраченої. або через температуру: – температура нагрівника; – температура холодильника.

Цикл Карно З усіх теплових машин, які працюють з нагрівником, що має температуру , і холодильником , що має температуру , найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює за циклом Карно, який складається з двох ізотерм та двох адіабат

Типи теплових двигунів Двигуном (тепловим двигуном) називається теплова машина, результатом дії якої є виконання роботи за рахунок зміни внутрішньої енергії однієї з її частини (робочого тіла) Теплова машина Робоче тіло Температура нагрівника, К Температура холодильника К Теоретичний ККД (за циклом Карно) Реальний ККД, % Поршнева парова машина Водяна пара 480 300 37 7…15 Парова машина Водяна пара 850 380 55 20…25 Бензиновий двигун Продукти згоряння 2100 380 82 18…24 Дизельний двигун Продукти згоряння 2100 380 82 30…39

Двигун внутрішнього згоряння Теплова машина, у якій робоче тіло нагрівається внаслідок виділення теплоти під час хімічної реакції всередині замкненого обґєму, а робочим тілом є суміш повітря з продуктами згоряння.

Зміна внутрішнього стану речовини речовина У твердому стані зберігає форму, обґєм У рідкому стані зберігає обґєм, набираючи форми посудини (у стані невагомості, за рахунок дії сил поверхневого натягу, набирає форму кулі.) У газоподібному стані не зберігає ні форми, ні обєму Випаровування сублімація газ рідина Тверде тіло

Внаслідок того, що взаємодія молекул у різних речовинах різна, у твердому стані речовини відрізняються внутрішньою будовою Кристалічні тіла мають певну температуру плавлення і кристалізації, розміщення молекул (атомів, йонів) упорядковане (розташування їх у певному напрямі повторюється, утворюється кристалічна решітка). Кристалічну природу мають більшість металів, лід, цукор, вуглець Аморфні тіла не мають точної температури плавлення,молекули їх не утворюють кристалічної решітки. Аморфні речовини у твердому стані мають внутрішню будову, подібну до рідини. Аморфними є: скло, віск, бітум. Існує дуже багато речовин, які можуть утворювати різні за формою кристалічні решітки або не утворювати їх зовсім, тобто бути аморфними Алотропія – властивість деякої речовини утворювати різні кристалічні решітки вуглець графіт алмаз поліетилен кристалічний аморфний

Плавлення – процес перетворення твердого Тіла на рідину Кристалічні тіла мають точну температуру плавлення, процес плавлення супроводжується поглинанням теплоти, яка витрачається на руйнування звґязків у кристалічній решітці. Питома теплота плавлення λ Кількість теплоти, необхідна для перетворення 1 кг речовини при постійному тиску, взятої при температурі плавлення, у рідину з тією самою температурою Одиниця питомої теплоти плавлення в СІ – Джоуль на кілограм – |λ|=Дж/кг

Випаровування – процес перетворення рідини на газ Пароутворення відбувається з вільної поверхні рідини – з рідини вилітають молекули, кінетична енергія яких перевищує потенціальну енергію їх взаємодії з рідиною. Питома теплота пароутворення r |r |=Дж/кг Кількість теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг рідини у газ (пару) з тією ж самою температурою при постійному тиску Швидкість випаровування залежить від температури і парціального тиску пари даної рідини (даної речовини у газоподібному стані)

Кипіння – процес пароутворення в усьому обґємі рідини Процес починається тоді, коли тиск пари всередині бульбашки перевищує суму гідростатичного і зовнішнього тисків Температура кипіння зменшується при зменшенні зовнішнього тиску

Зміни внутрішньої енергії тіл під час нагрівання і охолодження Обумовлюється Зміною середньої кінетичної енергії молекул при зміні температури: Тіло поглинає теплоту Тіло віддає теплоту газ кипіння конденсація плавлення кристалізація рідина тверде тіло нагрівання охолодження Різними значеннями потенціальної енергії взаємодії молекул у твердому тілі, рідині і газі: Q=λm; Q= -λm; Q=rm; Q=- rm.

Рівняння теплового балансу Для теплоізольованої системи тіл кількість теплоти, відданої одними тілами (які охолоджувалися), дорівнює кількості теплоти, поглиненої іншими тілами (які нагрівалися) Динамічна рівновага рідини і пари – це стан системи пара-рідина, при якому кількість молекул, які залишать рідину (переходять до пари) за одиницю часу, дорівнює кількості молекул, які переходять до рідини Насичена пара – пара, яка знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною Тиск насиченої пари залежить від її температури Ненасичена пара – пара, тиск якої при даній температурі менший за тиск насиченої пари р

Прилади для вимірювання відносної вологості повітря психрометр гігрометр Дія заснована на залежності температури рідини від вологості навколишнього середовища. Складається з двох термометрів – “сухого” і “вологого”. “Вологий” термометр вимірює температуру зволоженого шматочка тканини, яким обгорнуто його кульку. ”Сухий” термометр показує температуру середовища. Дія заснована на залежності певних Фізичних параметрів (довжина, електричний опір, маса) деяких тіл від вологості навколишнього повітря Визначення вологості повітря за допомогою психрометра Визначити (записати) температури “сухого” і “вологого” термометрів. Визначити психрометричну різницю температур За психрометричною таблицею визначити значення вологості повітря φ.

Теплові властивості твердих тіл Залежність розмірів твердих тіл від температури пояснюється тим, що кінетична енергія частинок, з яких складаються всі тіла, залежить від температури, внаслідок чого змінюються відстані між ними. Теплове лінійне розширення Залежність лінійних розмірів твердих тіл від температури. У процесі зміни температури лінійні розміри твердих тіл змінюються за наближеним законом Теплове обґємне розширення Залежність обґєму твердих тіл від температури. У процесі зміни температури обґєми твердих тіл змінюються за законом

Механічні властивості твердого тіла Визначаються залежністю сил притягування між частинками (молекулами, атомами, йонами) від відстані між ними Діаграма розтягу твердого тіла А –Б – пружна деформація (описується законом Гука); Б – В, В – Г – пластична деформація (після припинення дії сили на тіло воно не відновлює своєї попередньої форми); Г – Д - руйнування твердого тіла (межа міцності). Відносне видовження: Механічна напруга: Б В Г А

Поверхневий натяг у рідинах Явище виникнення сил, що перешкоджає збільшенню площі вільної поверхні рідини [σ]=Н/м – довжина границі поверхневого шару; σ- коефіцієнт поверхневого натягу.

Електродинаміка

Електростатика Розділ фізики, який вивчає взаємодію заряджених тіл або частинок Електризація – це процес передавання (перенесення) на тіло електричного заряду Електричний заряд – фізична величина, за допомогою якої описується поведінка тіла відносно інших заряджених тіл. Електричні заряди діляться на негативні та позитивні. Носіями електричного заряду є: електрон – елементарна частинка, яка має негативний заряд q=-1,602* Кл протон – елементарна частинка, заряд якої протилежний заряду електрона q=+1,602* Кл Атоми електрично нейтральні (містять однакову кількість електронів і протонів) Точкові заряди – заряджені тіла, що мають розміри, значно менші порівняно з відстанню між ними

Електричне поле Особливий вид матерії, який оточує заряджені тіла силове поле, в якому заряджені частинки взаємодіють між собою матеріальне середовище; в якому проявляється дія електричного заряду

+ - Лінії напруженості електричного поля Спосіб графічного зображення електричного поля Криві, побудовані таким чином, що в кожній точці вектор напруженості поля спрямований по дотичній до них Мають напрям, який збігається з напрямом сили, що діє на позитивний заряд Починаються на позитивному заряді, закінчуються на негативному Для одиночного позитивного заряду напрямлені від заряду в нескінченність для негативного – із нескінченності до заряду Густина ліній напруженості, які пронизують одиницю площі поперечного перерізу, пропорційна модулю вектора Е Незалежні, неперервні і не можуть перетинатися - + + +

Напруженість електричного поля Точкового заряду Рівномірно зарядженої нескінченної площини де - поверхнева густина заряду Сфери радіуса R, заряд якої рівномірно розподілений по її поверхні Е=0 при rR

Робота сил електричного поля + _ В Не залежить від форми траєкторії, а визначається початковим і кінцевим положенням заряду:

Потенціал Потенціал - фізична величина, яка характеризує потенціальну енергію позитивного заряду в даній точці поля : Потенціал чисельно дорівнює роботі кулонівських сил з переміщення позитивного заряду із даної точки простору в нескінченність Потенціал результуючого поля дорівнює сумі потенціалів, які створюються в даній точні окремими зарядами (принцип суперпозиції) Одиниця потенціалу в СІ – джоуль на кулон – вольт

Провідники в електричному полі Речовини, які мають вільні заряджені частинки в металах – електрони; в електролітах – іони; у плазмі – електрони і іони + - + - - - + + - - - - - + + + + Е=0 Е≠0 За відсутності електростатичного поля провідники електрично нейтральні У провіднику, який розміщений в електричному полі, відбувається перерозподіл зарядів: на одній частині провідника утворюється надлишок негативного заряду, на іншій – позитивного. Це явище називається електростатичною індукцією . Напруженість зовнішнього електричного поля всередині провідника дорівнює нулю

Діелектрики в електричному полі Речовини, у яких відсутні вільні заряджені частинки,- діелектрики Поляризація – явище, яке відбувається у діелектриках, що розміщені в електричному полі, і полягає в зміні орієнтації молекул (полярні діелектрики) або появі зміщення центрів позитивного і негативного зарядів відносно один одного (неполярні діелектрики) Неполярні діелектрики – речовини, у яких за відсутності поля центри позитивного і негативного зарядів кожної молекули збігаються. Полярні діелектрики – речовини, у яких за відсутності поля центри позитивного і негативного зарядів кожної молекули розділені.

Електроємність Система, спроможна накопичувати заряди Плоский конденсатор – система з двох плоских провідників, розділених шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників. Під час заряджання конденсатора його обкладинкам (пластинам) надають рівних за модулем різнойменних зарядів. Електричне поле Е конденсатора зосереджене між обкладками конденсатора. Під зарядом конденсатора розуміють модуль заряду однієї з обкладок (пластин) - - - - + + + + Е d +q -q

Закони постійного струму

Умови існування електричного струму - Е наявність вільних (не зв’язаних з атомами) носіїв заряду наявність електричного поля всередині провідника наявність сторонніх сил, тобто сил не електричного походження, які виконують роботу з переміщення електричного заряду по замкненому контуру

Сила струму Це фізична величина І, яка чисельно дорівнює заряду Δq, що переноситься за 1 с через поперечний переріз провідника : Сила струму величина скалярна Основна одиниця сили струму в СІ – ампер [ І] = А

Густина струму S - j Напрямом струму умовно вважається напрям позитивних зарядів, тобто від позитивного полюса джерела струму до негативного.

Електрорушійна сила ( ЕРС) - Енергетична характеристика сторонніх сил на ділянці кола, яка чисельно дорівнює роботі сторонніх сил з переміщення одиничного позитивного заряду: Одиниця ЕРС і напруги В СІ – вольт [ U] – Дж /Кл =В

Напруга - це величина, яка чисельно дорівнює роботі переміщення одиничного позитивного заряду на ділянці кола: Одиниця ЕРС та напруги в СІ – вольт – [U]=Дж/Кл=В

Закон Ома для ділянки кола R R T O U Сила струму прямо пропорційна напрузі на ділянці кола: де R – опір ділянки кола. Одиниця опору в СІ – Ом - [ R] = В/А=Ом

Питомий опір S ℓ ρ - опір провідника з поперечним перерізом 1 мІ і завдовжки 1 м. Опір провідника завдовжки ℓ: Одиниця питомого опору в СІ – ом на метр - [ ρ ] =Ом·м

Закон Ома для повного (замкненого) кола R,U I ε, r Сила струму у колі Напруга на зовнішній ділянці кола

Робота і потужність електричного струму Робота електричного струму на ділянці кола за час t: Потужність електричного струму:

Закон Джоуля-Ленца Кількість теплоти, яка виділяється при проходженні струму При відсутності сторонніх сил: При наявності сторонніх сил:

З’єднання провідників Послідовне Паралельне Для вимірювання сили струму амперметр вмикають послідовно із споживачем Для вимірювання напруги вольтметр вмикають в коло паралельно споживачеві

МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Магнітне поле Одна з форм фізичного поля Виникає : Між рухомими зарядженими частинками; Між провідниками зі струмом; Між струмом і рухомим зарядом; Створюється постійними магнітами Створюється струмами, постійними магнітами, рухомими зарядами і діє на внесені в нього струми, магніти і рухомі заряди.

Силова характеристика магнітного поля – вектор індукції магнітного поля В Напрям вектора магнітної індукції В збігається з напрямом осі магнітної стрілки в полі (від південного полюса до північного), а для рамки зі струмом - з напрямом позитивної нормалі. S N B n Напрям вектора позитивної нормалі визначається за ПРАВИЛОМ СВЕРДЛИКА: якщо рукоятку свердлика з правою різьбою обертати за напрямом струму у рамці, то напрям вектора n збігається з напрямом руху свердлика

Сила Ампера Сила F, яка діє на провідник зі струмом в магнітному полі, прямо пропорційна силі струму І, довжині провідника ℓ, синусу кута між напрямами струму та силових ліній індукції магнітного поля В: Напрям визначається за правилом лівої руки: якщо долоню лівої руки розмістити так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири випрямлені пальці вказували напрямок струму, то відігнутий на 90 великий палець покаже напрям сили, що дії на провідник. Вектор F перпендикулярний до провідника зі струмом і вектора В.

Лінії магнітної індукції застосовують для графічного зображення магнітних полів; завжди замкнуті, тобто магнітне поле є вихровим; лінії, дотичні до яких напрямлені так само, як і вектор В в даній точці поля.

Сила Лоренца Магнітне поле діє на рухомий заряд із силою F, напрям якої перпендикулярний до напряму індукції магнітного поля В і напряму швидкості заряду. Напрям сили визначається правилом лівої руки, яке справедливе для позитивно заряджених частинок. Для негативних – напрям струму протилежний напряму їх руху. Сила F, що діє на заряджену частинку, яка рухається в магнітному полі, пропорційна заряду частинки q, швидкості її руху і індукції магнітного поля B: де α – кут між векторами В і

Прилади руху заряджених частинок у магнітному полі Вектор швидкості частинки перпендикулярної до магнітного поля Якщо В=const, то частинка описує коло За значенням R у мас-спектрографі визначають питомий заряд частинки а отже і заряд електрона. Період обертання не залежить від швидкості частинки Вектор швидкості частинки напрямленої під кутом до магнітного поля Під дією сили частинка (електрон) рухається по гвинтовій лінії. При цьому його рух складається з рівномірного і прямолінійного руху вздовж В і рівномірного обертального руху в площині, перпендикулярній В. Радіус гвинтової лінії:

Магнітні властивості речовини Речовини, вміщені у зовнішнє магнітне поле, мають властивість намагнічуватися, тобто створювати власне магнітне поле. Магнітна індукція в речовині В виражається через індукцію зовнішнього поля В так: – індукція магнітного поля; μ – відносна магнітна проникність речовини, яка показує, у скільки разів магнітна індукція в речовині відрізняється (більш або менш ) за магнітну індукцію у вакуумі.

Гіпотеза Ампера : магнітні властивості речовини визначаються мікроскопічними струмами всередині речовини При відсутності зовнішнього магнітного поля атоми і молекули речовини перебувають у безперервному хаотичному русі. Їх результуючі магнітні моменти в будь-який момент часу орієнтовані в просторі рівномірно у всіх напрямках, тому збудженні ними магнітні поля взаємно компенсуються. Індукція власного магнітного поля дорівнює нулю У зовнішньому магнітному полі, площини орбіт (подібно до рамок зі струмом в магнітному полі) орієнтуються так, що вектори індукції створюваних ними полів додаються і речовина стає джерелом додаткового магнітного поля. Такі речовини називаються магнетиками.

Класифікація речовин за їх магнітними властивостями феромагнетики парамагнетики діамагнетики

Феромагнетики Сильномагнітні речовини, внутрішнє магнітне поле яких значно підсилює зовнішнє поле : μ>>1 (залізо, кобальт, нікель). Характерна особливість феромагнетиків – залишкове намагнічення, гістерезіс.

Парамагнетики Слабомагнітні речовини, внутрішнє магнітне поле яких мало підсилює зовнішнє поле: μ>1 (платина, алюміній, повітря)

Діамагнетики Слабомагнітні речовини, внутрішнє поле яких мало послаблює зовнішнє поле: μ<1 (срібло, мідь, повітря)

Магнітний потік Потік магнітної індукції – фізична величина, яка дорівнює добутку магнітної індукції і площі поверхні, розташованої перпендикулярно до лінії індукції: Ф=ВS Якщо поверхня розташована не перпендикулярно до ліній індукції, то Ф=ВS cosα Одиниця потоку магнітної індукції в СІ – вебер – [Ф]= Тл·мІ= Вб

Електромагнітна індукція

Досліди для спостереження явища електромагнітної індукції явище виникнення індукційного струму у будь-якому замкненому провідному контурі при зміні магнітного потоку, який пронизує цей контур. індукційний струм виникає, якщо рухати котушку або магніт так, щоб змінювалась кількість ліній магнітної індукції, які пронизують замкнений контур. сила індукційного струму прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню , обмежену замкнутим контуром провідника: Правило Ленца: індукований у колі струм має такий напрям, що його власне магнітне поле протидіє зміні зовнішнього магнітного поля, що індукує цей струм.

Закон електромагнітної індукції ЕРС індукції в контурі прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через площу контуру замкнутого провідника:

Закон електромагнітної індукції Під час руху провідника завдовжки ℓ у магнітному полі В зі швидкістю разом з провідником рухаються електрони та іони. В результаті на електрони і іони діє сила Лоренца, відповідно і . Позитивні іони, що утворюють кристалічні гратки, не можуть зміщуватися, а електрони – зміщуються до точки К і L виникає різниця потенціалів, яку називають ЕРС індукції. Вона обчислюється за формулою: К А L

Вихрове електричне поле Змінне магнітне поле, породжує вихрове електричне поле, яке, в свою чергу, зумовлює індукційний струм ( струм Фуко, або вихровий струм).

Явище самоіндукції виникнення ЕРС самоіндукції в провіднику, що має індуктивність, при зміні сили струму в ньому самому. Швидкість зміни магнітного потоку Ф прямо пропорційна швидкості зміни електричного струму І: , де L - індуктивність (характеристика провідника або котушки, яка залежить від його розмірів і форми). Оскільки ,то , тобто ЕРС самоіндукції в колі пропорційна швидкості зміни сили струму в цьому колі. Одиниця індуктивності в СІ – генрі – [L]=Вб/А=Ом·с=Гн

Енергія магнітного поля Для створення струму в контурі, тобто замкненому провіднику, необхідно виконати роботу для подолання ЕРС самоіндукції, тобто затратити деяку енергію. Ця енергія накопичується магнітним полем контуру зі струмом. Вона виділяється після розмикання кола. Енергія магнітного поля струму визначається за формулою:

Густина енергії магнітного поля – магнітна стала, μ – відносна магнітна проникність речовини.

Електричний струм в різних середовищах

Носіями електричного струму в різних середовищах є зарядженні частинки Середовище Носії заряду Метали Вільні електрони Електроліти Позитивні і негативні іони Напівпровідники електрони Вакуум Електрони та іони емісії Гази, плазма Електрони і іони

Електричний струм у металах Валентні електрони кожного атома металу мають здатність вільно рухатися в межах даного кристалічного тіла. Електричний – протидія провідника електричному струму. Він напрямлений рух носіїв заряду під дією електричного поля. Опір металів обумовлений дефектами решітки і тепловими коливаннями іонів. Опір деяких металів і сплавів під час охолодження нижче певної критичної температури наближається до нуля . Це явище називається надпровідністю

Електричний струм в електролітах Електроліти – група провідників, електричний струм у яких пов’язаний з рухом позитивно і негативно заряджених частинок (іонів). У водних розчинах солей, кислот і лугів постійно відбувається розпад молекул на іони (електрична дисоціація). Зворотний процес – рекомбінація. Процес виділення на електродах речовин, які входять до складу електроліту, називається електролізом.

Електричний струм у газах Процес утворення вільних носіїв заряду (іонів) у газах називається іонізацією. Способи іонізації: висока температура, радіоактивне випромінювання, рентгенівські промені. Газовий розряд, який відбувається під дією іонізатора, називається несамостійним розрядом. Розряд, який продовжується після припинення дії іонізатора, називається самостійним.

Вольт – амперна характеристика (залежність сили струму в колі від напруги) ОА – ділянка пропорційності. Струм насичення – збереження сталого значення сили струму (ділянка АВ) при зростанні напруги. ВС – пробій. Необхідна умова іонізації – надання електронам швидкості: І о А В С І

Типи самостійного розряду Тліючий (при р-0,01 мм.рт.ст.) використовується в газосвітних трубках, газових лазерах. Коронний (у сильному неоднорідному електричному полі) виникає поблизу зарядженого тонкого провідника, наприклад,проводу ЛЕП. Іскровий (блискавка, пробій діелектрика) Дуговий (викидання електронів та іонів із розжареної речовини). Використовується в дугових лампах, електрозварюванні.

Плазма Повністю іонізований газ, в якому концентрації позитивно і негативно заряджених частинок практично однакові (четвертий стан речовини) Плазма з температурою 10 К – холодна плазма (газорозрядна плазма, іоносфера, міжзоряне середовище). Плазма з температурою К і більше – гаряча плазма (зорі) Носіями електричного заряду в плазмі є електрони і іони. Кожна заряджена частинка в плазмі взаємодіє з іншими зарядженими частинками

Електричний струм у вакуумі Анод + Катод Вакуум – стан розрідженого газу при тиску нижче, ніж атмосферний. Носіями електричного струму у вакуумі є електрони та іони, які вилетіли з поверхні електрода внаслідок термоелектронної емісії.

Напівпровідники Речовини четвертої підгрупи таблиці Менделєєва – сіцілій, германій та інші, у яких провідність займає значення між провідністю металів та діелектриків. Провідність напівпровідників залежить від температури. Питомий опір напівпровідників на кілька порядків більший, ніж у металів, але менший, ніж у діелектриків.

Ядра атомів Взаємодія між атомами здійснюється завдяки валентним електронам

Валентні електрони Провідність чистих напівпровідників виникає внаслідок розриву ковалентних зв'язків. +

Домішкова провідність Домішкові атоми мають більшу валентність, ніж основні атоми, тобто містять один або кілька “зайвих електронів”. Такі домішки називаються донорними. У напівпровідниках n-типу носіями електричного струму є електрони. Домішкові атоми мають меншу валентність ніж основні атоми, тобто зявляються вільні місця – “дірки”. Такі домішки називаються акцепторними. У напівпровідниках р-типу носіями електричного струму є електрони, а “ дірки ”- лише модель, що спрощує описання процесів.