Fizika Flashcards
teorija (38 cards)
1.Strāvu magnētiskā mijiedarbība. Strāvas kontūrs magnētiskā laukā. Magnētiskā lauka indukcija.
Strāvu mijiedarbbību sauc par magnētisko mijiedarbību. Tā pastāv starp elektriski lādētām daļiņām, kuras izraudzītajā atskaites sistēmā atrodas kustībā, kā papildu mijiedarbība vēl bez elektrostatiskās mijiedarbības starp tām pašām daļiņām, ja tās dotajā atskaites sistēmā ir nekustīgas.
Lauku kas eksistē telpā ap elektrisko līdzstrāvu sauc par magnētisko lauku.
Bio-Savāra-Laplasa likums, tā pielietojums taisna vada magnētiskā lauka aprēķināšanai.
Likums izsaka strāvas elementa Idt magnētiskā lauka indukciju dB, vai magnētiskā lauka intensitāti dH kādā lauka punktā P, attālumā r no strāvas vada
- Ampēra spēks. Darbs kas jāveic, lai pārvietotu strāvas vadu un kontūru magnētiskajā laukā.
Spēku ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz strāvas vadu sauc par Ampēra spēku. Homogēnā magnētiskajā laukā novietotam taisnam strāvas vada nogrieznim pieliktais Ampēra spēks ir perpendikulārs strāvas vada nogriežņa un magnētiskā lauka indukcijas vektora veidotajai plaknei un vērsts virzienā, kurā pārvietojas labās vītnes skrūve, ja to griež tā, kā jāgriež vektors , lai to pa īsāko ceļu savietotu ar vektoru .
- Lorenca spēks. Lādētu daļiņu kustība magnētiskajā laukā. Paātrinātāji. Hoola efekts.
Ja telpas punktā, kurā atrodas lādiņš q, vienlaikus eksistē arī elektriskais lauks ar intensitāti , tad uz lādiņu vēl iedarbojas spēks . Lādiņam pieliktais kopspēks ,un to sauc par Lorenca spēku.
Dažreiz par Lorenca spēku sauc vienu pašu magnētisko spēku komponenti , kur q-lādiņi, kas kustas ar ātrumu ;
a) Ja ,tad uz daļiņu darbojas spēks ,tad daļiņa kustas vienmērīgi pa riņķa līniju ar rādiusu R.
- Elektromagnētiskā indukcija. Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likums. Lenca likums.
Elektromagnētiskā indukcija ir process, kurā mainīgs magnētiskais lauks rada elektrisko strāvu vadītājā. Šis princips ir pamatā daudzām tehnoloģijām, tostarp ģeneratoriem, transformatoriem un daudziem sensoriem.
aradeja elektromagnētiskās indukcijas likums
Faradeja likums apraksta, kā mainīgs magnētiskais lauks inducē elektromotorspēku (EMF) vadītājā.
Lenca likums precizē Faradeja likuma virziena aspektu, nosakot inducētās strāvas virzienu. Tas nosaka, ka inducētā strāva vienmēr darbojas tā, lai pretotos izmaiņām magnētiskajā laukā, kas to radīja. Matemātiskā formā to var izteikt ar Faradeja likuma negatīvo zīmi:
- Pašindukcija. Induktivitāte. Ieslēgšanas un izslēgšanas strāvas.
Pašindukcija ir īpašs elektromagnētiskās indukcijas veids, kurā mainīgs elektriskās strāvas plūsma caur vadu cilpu rada mainīgu magnētisko lauku, kas inducē elektromotorspēku pašā vadā. Tas notiek, jo izmaiņas strāvā maina magnētisko lauku ap vadu, un šis mainīgais magnētiskais lauks inducē strāvu pašā vadā.
Induktivitāte ir lielums, kas raksturo vadītāja spēju inducēt elektromotorspēku pašā sevī, kad mainās strāva, kas caur to plūst. Induktivitāti mēra henrijos (H). Vadītāja induktivitāte Ieslēdzot ķēdi ar induktoru, sākotnējā strāva ir nulle, un tā pakāpeniski pieaug, jo inducētā elektromotorspēka dēļ tiek ierobežota strāvas izmaiņa. Šī aizkave rodas, jo inducētā EMF darbojas pretēji strāvas izmaiņām saskaņā ar Lenca likumu.
Ieslēdzot ķēdi ar induktoru, sākotnējā strāva ir nulle, un tā pakāpeniski pieaug, jo inducētā elektromotorspēka dēļ tiek ierobežota strāvas izmaiņa. Šī aizkave rodas, jo inducētā EMF darbojas pretēji strāvas izmaiņām saskaņā ar Lenca likumu.
Izslēdzot ķēdi ar induktoru, strāva nekavējoties nesamazinās līdz nullei. Induktorā uzkrātā enerģija uztur strāvas plūsmu īsu laiku.
- Magnētiskā lauka enerģija. Magnētiskā lauka enerģijas blīvums.
Strāva plūzdama ķēdē, kurā virknē saslēgtos ķēdes elementus raksturo elektrodzinējspēks , pretestība R, induktivitāte L, izdala Džoula siltumu dQ, kā arī veic darbu dA, radot magnētisko lauku. Strāvai mainoties no 0 līdz I, jāveic darbs A, lai radītu magnētisko lauku.
Darbs A, ko padara magnētiskais lauks izzūdot, vienāds ar darbu, kas jāpadara, radot lauku. Tas nozīmē, ka strāvas magnētiskajam laukam piemīt
. Nobīdes strāvas. Maksvela vienādojumi integrālā formā.
Strāva ķēdē, kurā ieslēgts kondensators, ir pārtraukta. Vadītspējas strāva I plūst tikai vadītājos līdz kondensatoram, caur dielektriķi tā neplūst. Taču Maksvels uzskatīja, ka dielektriķī <plūst> tikpat liela nobīdes strāva un strāva ir noslēgta.
, kur -nobīdes strāvas blīvums; -polarizācijas strāvas blīvums, bet -nobīdes strāvas blīvums vakuumā. Polarizācijas strāva ir saistīta ar lādiņu nelielu nobīdi, un tā izraisa magnētisko lauku.
Jebkura elektriskā lauka maiņa laikā (arī vakuumā) saistīta ar magnētiskā lauka rašanos apkārtējā telpā. Telpā vienlaikus var eksistēt vadītspējas strāva un nobīdes strāva. Tādēļ pilnais strāvas</plūst>
. Svārstību kontūrs. Harmoniskās elektromagnētiskās svārstības un to vienādojums. Parameteri.
El. Magn. svārstības ir savstarpēji saistīta elektriskā lauka un magnētiskā lauka periodiska maiņa.
CL kontūram, kurā ieslēgtajam kondensatoram ir kapacitāte C, bet nav vadītspējas, un pašindukcijas spolei ir induktivitāte L, bet nav pretestības R, pieņemot, ka kondensators ir uzlādēts, ir spēkā nosacījums: ;
- Rimstošās elektromagnētiskās svārstības, to vienādojums. Svārstību rimšanas koeficients, frekvence, svārstību logaritmiskais ekrements.
CLR kontūram, bez kapacitātes C un induktivitātes L ir arī pretestība R, pieņemot, ka kondensators ir uzlādēts ir spēkā nosacījums . Tātad rimstošu elektromagnētisko svārstību diferenciālvienādojums: ,un tā atrisinājums ir rimstošu el.magnētisko svārstību vienādojums:
- Uzspiestās elektromagnētiskās svārstības, to vienādojums. Rezonanse.
Ja dots kontūrs, kurā virknē slēgti elementi ar kapacitāti C, induktivitāti L un pretestību R, kā arī harmoniska elektrodzinējspēka avots, un iekšējo pretestību var neievērot. Tādēļ vienmēr spriegums uz avota spailēm , tāpēc , kur . Tāpēc
- Elektromagnētiskie viļņi. El.magnētisko viļņu diferenciālvienādojums un tā atrisinājums. Viļņu īpašības.
Viļņu diferenciālvienādojums elektriskā lauka intensitātei :
Viļņu diferenciālvienādojums magnētiskā lauka intensitātei : . Šie vienādojumi rāda, ka brīvā telpā var eksistēt elektromagnētiskie viļņi, kas izplatās ar ātrumu , un vakuumā .
- Viļņu enerģija. Umova – Pointinga vektors. Elektromagnētisko viļņu skala.
El.magnētiskie viļņi pārnes elektriskā un magnētiskā lauka enerģiju, jo katrā telpas apgabalā dV, kurā eksistē el.magnētiskie viļņi, ir zināma viļņu enerģija dW. Un tās blīvums , kur -el.magnētisko viļņu izplatīšanās ātrums.
Laika sprīdī dt caur plakanu virsmas elementu el.magn. viļņi pārnes enerģiju dW,
- Gaismas dispersija
Par gaismas dispersiju sauc gaismas izplatīšanās ātruma atkarību no viļņa garuma (frekvences , cikliskās frekvences vai viļņu skaitļa .
Vakuumā gaismas viļņi izplatās ar vienādu ātrumu, tātad vakuumā gaismas dispersija nenotiek. Citās dzidrās vidēs (stiklā, kvarcā, ūdenī), gaismas izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no gaismas viļņa garuma . Gaismai pārejot no vienas vides otrā, tās svārstību frekvence nemainās, bet viļņa garums mainās. Arī laušanas koeficients ir atkarīgs no viļņa garuma . Tādēļ gaismas dispersija ir gaismas laušanas koeficienta atkarība no gaismas viļņa garuma. , kur -dielektriskā caurlaidība; -magnētiskā caurlaidība. Ja (vide nav feromagnētiķis), tad
- Gaismas interference. Koherence. Koherentu viļņu iegūšana.
Par interferenci sauc divu vai vairāku viļņu pārklāšanos, kad vienos pārklāšanās apgabala punktos svārstības pastiprinās, citos – pavājinās atkarībā no to svārstību fāžu starpības, kuras pienāk šajos punktos.
Koherence ir īpašība, kas raksturo viļņu spēju veidot stabilu interferenci. Koherenti viļņi ir viļņi, kuriem ir nemainīga fāzu atšķirība un vienāds viļņu garums. Koherenci iedala divos veidos:
Lai iegūtu koherentus viļņus, izmanto dažādas metodes: Lazeri, dubultspraugas eksperiments, biprizma
. Divu koherentu viļņu interferences ainas aprēķins. Optiskais ceļš. Optiskā gājuma diference.
Interferences ainas kontrasta raksturošanai lieto lielumu: . Jo lielāka ir reizinātāja absolūtā vērtība interferences maksimumu un minimumu vietās, jo skaidrāka, kontrastaināka ir interferences aina. Vislielākais kontrasts (V=1) ir interferences ainai, kuru rada pilnīgi koherenti viļņi ar vienādām intensitātēm .
Optiskais ceļa garums homogēnā vidē ir vienāds ar vides absolūtā (attiecībā pret vakuumu) laušanas koeficienta un ceļa ģeometriskā garuma reizinājumu: . Ja stara ceļā vide nav homogēna, tad .
Optikā lietojamie koherento viļņu avoti parasti darbojas vai nu vienādās, vai pretējās fāzēs. Gadījumos, kad koherentie avoti darbojas pretējās fāzēs ir lietderīgi maksimumu un minimumu nosacījumus izteikt, izmantojot optisko ceļu garumu diferenci .
17.Interferences lietošana: interference plānās kārtiņās, interferometri, dzidrinātā optika
- Plakanparalēla kārtiņa. Stars, kas krīt uz plakanparalēlu kārtiņu,kuras biezums ir , veido krišanas leņķi . Uz kārtiņas virsmām p-tos A,B gaisma daļēji atstrojas. Izveidojas paralēli stari1,2. lai stari interferētu, viļņiem jābūt koherentiem laikā. 2. ķīļveida kārtiņa. No plānas ķīļveida kārtiņas atstarotie stari 1,2, nav paralēli, un tie krustojas kādā punktā Q. Attālums d ir kārtiņas biezums stara krišanas p-tā. Lai stari interferētu, jābūt izpildītai kokerencei laikā. 3.Vienāda biezuma interferences joslas, kas rodas, gaismai atstarojoties no plānas mainīga biezuma kārtiņas, kuru no vienas puses norobežo plakana, bet no otras puses sfēriska virsma, sauc par Ņūtona gredzeniem.
Interferometri ir optiskie aparāti, ar kuriem mēra dažādus fizikālus lielumus, izmantojot gaismas interferences parādības. Plānās kārtiņās koherentie interferējošie stari atrodas relatīvi tuvu viens otram. Viens no svarīgiem interferometra uzdevumiem ir atdalīt telpā divus koherentos starus tik tālu vienu no otra, lai viena koherentā stara ceļā varētu brīvi ievietot pētāmo objektu. Interferences metožu galvenā vērtība ir to ļoti lielā precizitāte.
Lai novērstu iegūstamā attēla optiskās kļūdas, moderno optisko instrumentu objektīvus veido no vairākām lēcām. Tāpēc daudzo stikla- gaisa robežvirsmu dēļ stipri samazinās objektīva gaismspēja. Gaismas zudumus var samazināt, pārklājot optisko detaļu virsmu ar vienu vai vairākiem, kuriem ir dažāds laušanas koeficients ( - detaļas materiāla laušanas koeficients) un dažāds biezums .
- Gaismas difrakcija. Heigensa – Frenela princips. Frenela zonu metode. Zonu plate.
Par gaismas difrakcija sauc jebkuru novirzi no gaismas taisnvirziena izplatīšanās, ja šī novirze nav saistīta ar gaismas atstarošanu, laušanu, nolieci vidē, kurā ir citas vielas sīkas daļiņas (dūmi, migla), vai arī vidē, kurā gaismas laušanas koeficients ievērojami mainās jau gaismas viļņa garuma robežās. Heigensa princips ļauj noteikt viļņa fronti laikamomentā , ja zināms viļņa frontes stāvoklis laika momentā . Katrs viļņa frontes punkts ir sekundāro viļņu avots, tādēļ ap tiem laika sprīdī , izveidojas sekundāro viļņu sistēma. Jaunā viļņa fronte ir šīs sistēmas apliecējvirsma, pie tam, katrā viļņa frontes punktā vilnis izplatās virzienā no sekundārā viļņa centra uz punktu, kurā tas saskaras ar apliecējvirsmu. O.Frenels papildināja heigensa principu ar priekšstatu par sekundāro viļņu koherenci un interferenci. Saskaņā ar to visi viļņa virsmas elementi ir koherenti un vienfāzi sekundāro viļņu avoti. Tādēļ jebkurā punktā gaismas intensitāti var noteikt, aplūkojot tajā pienākošo sekundāro viļņu interferenci.
Rezultējošo svārstību amplitūdu var noteikt, algebriski saskaitot amplitūdas. Frenels iesaka viļņa virsmu sadalīt zonās tā , lai no divām blakus esošām zonām apskatājamā punktā pienākošo svārstību fāzes atšķirtos par . Tad rezultējošo svārstību amplitūdu var noteikt, algebriski saskaitot atsevišķo zonu radīto svārstību amplitūdas. Blakus esošo zonu radīto svārstību amplitūdas jāņem ar pretējām
- Difrakcijas režģis. Dispersija. Izšķiršanas spēja. Pielietošana.
Difrakcijas režģis ir gaismas ceļā regulāri izvietotu šķēršļu sistēma. Plakans difrakcijas režģis ir vienā plaknē izvietotu paralēlu, vienāda platuma un vienāda attāluma spraugu sistēma. Attālumu d starp blakusspraugu punktiem, sauc par režģa konstanti jeb periodu. Ja b ir spraugas platums, c ir necaurspīdīgā šķēršļa platums, tad režģa konstante d=b+c. No dažādām spraugām vienā ekrāna punktā nonākošie viļņi ir vienfāzi tikai tajos virzienos, kuros izpildās nosacījums ,
- Rentgenstaru difrakcija režģī.
Rentgenstari ir el.magnētiskais starojums, kura viļņa garums aptuveni no līdz m. Rentgenstaru difrakciju var novērot, izmantojot dabiskos kristālrežģus. Difrakciju telpiskā režģī apraksta sakarības, kas līdzīgas sakarībai , kur Tās sauc par Laues formulām. Caur kristālu izgājušiem rentgenstariem difrakcijas maksimumi izveidojas tikai atsevišķos virzienos. No kristāla atstaroto rentgenstaru difrakciju var aprakstīt pēc Vulfa – Bregu metodes. Šī metode pamatojas uz to, ka no katras atomplaknes interferences dēļ rentgenstari atstarojas tikai spoguļatstarošanas virzienā. Taču atstarošanās no visa kristāla kopumā notiek tikai tad, ja ceļu garumu diference stariem, kuri atstarojas no blakus esošām atomplaknēm, vienāda ar , kur -
- Gaismas polarizācija. Dabiska un polarizēta gaisma. Malīsa likums.
Gaismai ir viļņu daba. Gaismas viļņi ir šķērsviļņi, un gaismas avots izstaro gaismu, kurā visi gaismas staram perpendikulārie svārstību virzieni ir vienādi varbūtīgi (neviens svārstību virziens nav pārsvarā).
Gaismas stars (gaismas staru kūlis), kas izplatās noteiktā virzienā, sastāv no liela skaita šajā virzienā skrejošām atsevišķām viļņu paketēm, kuru svārstību plaknes orientētas haotiski. Tādēļ jebkurā staru kūļa punktā kūlim perpendikulārā plaknē visi gaismas vektora svārstību ir vienādi varbūtīgi. Gaismu, kurā neviens svārstību virziens nav pārsvarā, sauc par dabisku jeb nepolarizētu gaismu.
Gaismai un vielai savstarpēji iedarbojoties, dažos gadījumos rodas gaisma, kurā visi svārstību virzieni nav vienlīdz varbūtīgi. Ja gaismas vektoram ir kāds noteikts nemainīgs virziens vai arī ja tā virziena maiņai ir regulārs raksturs, tad gaisma ir polarizēta.
Sakarību , sauc par
- Lineāri polarizētas gaismas iegūšana. Brūstela likums.
Ja starā gaismas vektoram visu laiku ir viens un tas pats virziens, t.i., gaismas svārstības notiek nemainīgā plaknē, tad gaisma ir plaknē polarizēta jeb lineāri polarizēta. Ierīces, ar kurām no dabiskas gaismas var iegūt lineāri polarizētu gaismu, sauc par polarizatoriem. Polarizatori laiž cauri tikai tās svārstības, kas norisinās noteiktā plaknē. Šo plakni sauc par polarizatora plakni.
D.Brūstels noskaidroja, ka pilnās polarizācijas leņķis atkarīgs no dielektriķa laušanas
- Siltuma starojums. Izstarošanas un absorbcijas spēja. Kirhofa likums. Absolūti melns ķermenis.
Termiskā starojuma apskatā par integrālo emisijas spēju sauc enerģētisko spīdību , bet par spektrālo emisijas spēju – spektrālo enerģētisko spīdību . Spektrālo emisijas spēju definē: , kur - intervālam atilstošā emisijas spēja. Par integrālo absorbcijas spēju sauc lielumu, kas rāda, kādu daļu no krītošās starojuma plūsmas ķermenis absorbē: , kur - absorbētā starojuma plūsma. Lielumu, kas rāda, kāda daļa no krītošās monohromatiskās starojuma plūsmas tiek absorbēta, sauc par spektrālo absorbcijas spēju : . Integrālā absorbcijas spēja atkarīga no krītošā starojuma spektrālā sastāva, ja spektrālā absorbcijas spēja dažādim viļņa garumiem Kirhofa likums: Visiem materiāliem spektrālās emisijas spējas attiecība pret spektrālo absorbcijas spēju ir vienāda, tā atkarīga no starojuma viļņa garuma un no ķermeņa temperatūras:
- Enerģijas sadalījums absolūti melna ķermeņa starojuma spektrā. Stefana – Bolcmaņa likums. Vīna pārbīdes likums.
Absolūti melna ķermeņa integrālo emisijas spēju , raksturo , kura strauji palielinās, paaugstinoties ķermeņa temperatūrai. Tāpat ļoti strauji palielinās arī spektrālās emisijas spējas maksimālā vērtība. Reizē ar to spektrālās emisijas spējas maksimuma vieta pārvietojas uz īso viļņu pusi.
J.Sefans secināja, ka visiem ķermeņiem integrālā emisijas spēja ir proporcionāla absolūtās temperatūras ceturtajai pakāpei. Taču, L.Bolcmanis pamatojoties uz termodinamiskiem apsvērumiem un izmantojot Maksvela secinājumus, par el.magn. viļņu spiedienu, kas proporcionāls starojuma enerģijas blīvumam, pierādīja, ka tikai absolūti melna ķermeņa integrālā emisijas spēja ir , kur - Stefana – Bolcmaņa konstante, bet vienādība - Stefana – Bolcmaņa likums. Ja to piemēro optiski pelēkiem ķermeņiem: , kur - integrālā absorbcijas spēja jeb melnuma koeficients.
Sakarību, ka viļņa garumam atbilst absolūti
