Реферат: Билеты по физике

Билет 1.

Вопрос1.  Механическое движение. Относительность движения. Система отсчёта.Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость.Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение.

Механическим движением называют изменение положения тела (или егочастей) относительно других тел. Например, человек едущий на эскалаторе вметро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещаетсяотносительно стен туннеля; Гора Эльбрус находится в покое относительно Земли идвижется вместе с Землёй относительно Солнца. Из этих примеров видно, чтовсегда надо указать тело, относительно которого рассматривается движение, егоназывают телом отсчёта. Система координат, тело отсчёта с которым онасвязана, и выбранный способ измерения времени образуют систему отсчёта.Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбитеоколо Земли, можно не учитывать, а рассчитывая траекторию движения космическогокорабля на стыковке со станцией, без учёта её размеров не обойтись. Такимобразом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можнопренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой. Линию, вдолькоторой движется материальная точка, называют траекторией. Длину части траекториимежду начальным и конечным положением точки называют путем (l). Единицапути – метр.

Механическоедвижение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростьюи ускорением. Направленный отрезок прямой, проведённый из начального положениядвижущейся точки в её конечное положение, называется перемещением (S).Это величина векторная. Единица перемещения – метр.

Скорость –векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела,численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величинеэтого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым если скорость втечение этого промежутка не менялась. Определяющая формула скорости имеет вид />Единицаизмерения скорости – м/с. На практике – км/ч. Измеряют скорость спидометром.

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующаябыстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости кпромежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скоростьизменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можнорассчитать по формуле />Единица измерения ускорениям/с2.

Характеристики механическогодвижения связаны между собой основными кинематическими уравнениями:

/>.

Предположим, что телодвижется без ускорения (самолёт на маршруте), его скорость в течение продолжительноговремени не меняется, а=0. Тогда кинематические уравнения будут иметь вид: V=const,S=Vt.

Движение, при которомскорость тела не меняется, т.е. тело за любые равные промежутки времениперемещается на одну и ту же величину, называют равномерным прямолинейнымдвижением.

Во время старта скоростьракеты быстро возрастает, т.е. ускорение а>0, а=const.

В этом случае кинематическиеуравнения выглядят так:

/>

При таком движении скорость иускорение имеют одинаковые направления, причём скорость изменяется одинаково залюбые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноускоренным.

При торможении автомобиляскорость уменьшается одинаково за любые равные промежутки времени, ускорениеменьше нуля; т.к. скорость уменьшается, то уравнение принимает вид:

/>

Такое движение называетсяравнозамедленным.

Все физические величины,характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также видтраектории, могут изменяться при переходе из одной системы к другой, т.е.характер движения зависит от выбора системы отсчёта, в этом и проявляется относительностьдвижения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолёта топливом. Всистеме отсчёта, связанной с самолётом, другой самолёт находится в покое, а всистеме отсчёта, связанной с Землёй, оба самолёта находятся в движении. Придвижении велосипедиста точка колеса в системе отсчёта, связанной с осью, имееттраекторию:

В системе отсчёта, связаннойс Землёй вид траектории будет таким:

Билет 2.

Взаимодействиетел. Сила. Второй закон Ньютона.

Простыенаблюдения и опыты, например с тележками, приводят к следующим качественнымзаключениям: а) тело, на которое другие тела не действуют сохраняет своюскорость неизменной, б) Ускорение тела возникает под действием других тел, нозависит и от самого тела; в) действие других тел друг на друга всегда носятхарактер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений вприроде, технике, космическом пространстве только в инерциальных системахотсчёта.

Взаимодействияотличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, чточем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие её витков. Или чемближе два одноимённых заряда, тем сильнее они будут притягиваться. В простейшихслучаях взаимодействия количественной характеристикой является сила.Сила – причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчёта или ихдеформации. Сила – это векторная физическая величина, являющаяся меройускорения, приобретаемого телами при взаимодействии. Сила характеризуется: а)модулем; б) точкой приложения; в) направлением.

Единицасилы – ньютон. Один ньютон – это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение1 м/с2 в направлении действия этой силы, если другие тела на него недействуют. Равнодействующей нескольких сил называют силу, действиекоторой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующаяявляется векторной суммой всех сил, приложенных к телу

R=F1+F2+…+Fn.

Качественнопо своим свойствам взаимодействия также различны. Например, электрическое имагнитное взаимодействия связаны с наличием зарядов у частиц либо с движениемзаряжённых частиц. Наиболее просто рассчитать силы в электродинамике: силаАмпера – F=IlBsina, Сила Лоренца – F=qvBsina, Кулоновская сила –/>и гравитационные силы: закон всемирного тяготения — />Такиемеханические силы, как сила упругости и сила трения, возникают в результатеэлектромагнитного взаимодействия. Для их расчёта необходимо использоватьформулы: закон Гука – Fупр=-kx, сила трения – Fтр=-mN.

Наосновании опытных данных были сформулированы законы Ньютона. Второй законНьютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо пропорциональноравнодействующей всех сил, действующих на тело, обратно пропорционально егомассе и направлено также, как и равнодействующая сила: />Для решениязадач закон часто записывают в виде F=ma.

Билет 3.

Импульстела. Закон сохранения импульса. Закон сохранения энергии.

Простыенаблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость телазависит от выбора системы отсчёта; по второму закону Ньютона независимо оттого, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движенияможет происходить только при действии силы, т.е. в результате взаимодействия сдругими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться привзаимодействии тел. Это энергия и импульс. Импульсом тела называютвекторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикойпоступательного движения тел. Импульс обозначается p. Единицаизмерения импульса – кг м/с. Импульс тела равен произведению массы тела на егоскорость: p=mv. Направление вектора импульса pсовпадает с направлением вектора скорости тела v. Рис.

Дляимпульса тел выполняется закон сохранения, который справедлив только длязамкнутых физических систем. В общем случае замкнутой называют систему, котораяне обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в неё. Вмеханике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешниесилы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае p1=p2, где p1– начальный импульс системы, а p2 – конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеетвид m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’, где m1и m2 – массытел, v1 и v2– скорости до взаимодействия, v1’ и v2’ – скорости после взаимодействия. Эта формула иявляется математическим выражением закона сохранения импульса: импульсзамкнутой физической системы сохраняется при любых взаимодействиях,происходящих внутри этой системы; т.е. в замкнутой физической системе геометрическаясумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этихтел после взаимодействия. В случае не замкнутой системы импульс тел системыне сохраняется. Однако если в системе существует направление, по которомувнешние силы не взаимодействуют или их действия скомпенсировано, то сохраняетсяпроекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимодействиямало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае не замкнутой системывнешние силы не значительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтомудля практических расчётов в этом случае тоже можно применять закон сохраненияимпульса.

Экспериментальныеисследования взаимодействий различных тел — от планет и звёзд до атомов иэлементарных частиц – показали, что в любой системе взаимодействующих тел приотсутствии действия со стороны других тел, не входящих в систему, или равенственулю суммы действующих сил геометрическая сумма импульсов тел действительноостаётся неизменной.

Вмеханике закон сохранения импульса и законы Ньютона связаны между собой. Еслина тело массой m в течение времени t действует силаи скорость его движения изменяется от v0до v, тоускорение движения a тела равно />На основании второгозакона Ньютона для силы F можно записать F=ma=m/>, отсюда следует Ft=mv-mv0.

Ft – векторнаяфизическая величина, характеризующая действие на тело силы за некоторыйпромежуток времени и равная произведению силы на время t её действия,называют импульсом силы. Единица импульса в СИ – 1 Н с.

Билет 4.

Основныеположения молекулярно-кинетической теории (МКТ) и их опытное обоснование. Массаи размеры молекул. Постоянная Авогадро.

МКТ– это раздел физики, изучающий свойства различных состояний вещества,основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов какмельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1.   1.     Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул,атомов или ионов.

2.   2.     Эти частицы находятся в непрерывном хаотическомсостоянии, скорость которого определяет температуру вещества.

3.   3.     Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания,характер которых зависит от расстояния между ними.

Основныеположения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул,атомов ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и дажесфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газовнеограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объём объясняетсянепрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твёрдых и жидкихтел, способность жидкостей смачивать некоторые твёрдые тела, процессыокрашивания, склеивания, сохранения формы твёрдыми телами и многое другоеговорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явлениедиффузии – способность молекул одного вещества проникать в промежутки междумолекулами другого – тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлениемдиффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородныхжидкостей, процесс растворения твёрдых тел в жидкостях, сварка металлов путёмих расплавления или путём давления. Подтверждением непрерывного хаотическогодвижения молекул является также и броуновское движение – непрерывноехаотическое движение микроскопических частиц, не растворимых в жидкости.

Движениеброуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которыесталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытнымпутём было доказано, что скорость броуновских частиц зависит от температурыжидкости. Теорию броуновского движения разработал А. Эйнштейн. Законы движениячастиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только одинспособ уменьшения интенсивности броуновского движения – уменьшение температуры.Существование броуновского движения убедительно подтверждает движение молекул.

Любоевещество состоит из частиц, поэтому количество вещества vпринято считать пропорциональным числу частиц, т.е. структурных элементов,содержащихся в теле.

Единицейколичества вещества является моль. Моль – это количествовещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколькосодержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекулвещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:

NA=N/v. NA=6,02 × 1023 моль-1.

ПостояннаяАвогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в одном моле вещества.Молярной массой называют величину, равную отношению массы вещества кколичеству вещества: М=M/v.

Молярнаямасса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одноймолекулы:

m0=m/N=m/vNA=M/NA.

Средняямасса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро свысокой точностью определена несколькими физическими методами. Массы молекул иатомов со значительной степенью точности определяются с помощьюмасс-спектрографа.

Массымолекул очень малы. Например, масса молекулы воды: m=29,9×1027кг.

Молярнаямасса связана с относительной молекулярной массой Mr.Относительная молярная масса – это величина, равная отношению массы молекулыданного вещества к 1/12 массы атома углерода С12. Если известнахимическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева может бытьопределена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах,показывает величину молярной массы этого вещества.

Диаметроммолекулы принято считать минимальное расстояние, на котором им позволяютсблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы являетсяусловным. Средний размер молекулы порядка 10-10м.

Билет 5.

Идеальныйгаз. Основное уравнение МКТ идеального газа (без вывода). Температура и еёизмерение. Температурные шкалы Цельсия и Кельвина.

Дляобъяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модельидеального газа. Идеальным принято считать газ, если: а) междумолекулами отсутствуют силы притяжения, т.е. молекулы ведут себя как абсолютноупругие тела; б) газ очень разряжен, т.е. расстояние между молекулами намногобольше размеров самих молекул; в) тепловое равновесие по всему объёмудостигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрёлсвойства идеального, осуществляются при соответствующем разряжении реальногогаза. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлениислабо отличаются от идеальных. Основными параметрами идеального газа являютсядавление, объём и температура.

Однимиз первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснениедавления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение заключается втом, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с нимипо законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

Наосновании использования основных положений МКТ было получено основное уравнениеМКТ идеального газа, которое выглядит так: p=1/3m0nv2, где p– давление идеального газа, m0– масса молекулы, n – концентрациямолекул, v2 – средний квадрат скорости молекул.

Обозначивсреднее значение кинетической энергии поступательного движения молекулидеального газа Ek, получим основное уравнение МКТ идеального газа ввиде: p=2/3nEk.

Однако,измерив только давление газа, невозможно узнать ни среднее значениекинетической энергии молекул  отдельности, ни их концентрацию. Следовательно,для нахождения микроскопических параметров газа нужно измерение ещё какой-тофизической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такойвеличиной в физике является температура. Температура – скалярнаяфизическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия(состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров).Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояниесистемы и измеряется степенью его отклонения от принятого на нулевое, какмолекулярно-кинетическая величина – характеризует интенсивность хаотическогодвижения молекул и измеряется их средней кинетической энергией: Ek=3/2kT, где k=1,38×10-23 Дж/К иназывается постоянной Больцмана.

Температуравсех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова.Измеряется температура термометрами в градусах различных температурных шкал.Существует абсолютная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различныеэмпирические шкалы, которые отличаются начальными точками. До введенияабсолютной шкалы температур в практике широкое распространение получила шкалаЦельсия (за 00С принята точка замерзания воды, за 1000Спринята точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении).

Единицатемпературы по абсолютной шкале называется кельвином и выбрана равнойодному градусу по шкале Цельсия  1 К=10С. В шкале Кельвина за нульпринят абсолютный нуль температур, т.е. температура, при которой давлениеидеального газа при постоянном объёме равно –нулю. Вычисления дают результат,что абсолютный нуль температуры равен -2730С. Таким образом, междуабсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь T=t0C+273. Абсолютный нуль температур недостижим, так как любоеохлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближении кабсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолькозамедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически приабсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т.е.прекращается тепловое движение молекул.

Билет 6.

Вопрос1. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона).Изотермический, изобарный и изохорный процессы, их графики.

Состояниеданной массы полностью определено, если известны давление, температура и объёмгаза. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение,связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Дляпроизвольной массы газа единичное состояние газа описывается уравнениемМенделеева-Клайперона: pV=mRt/M, где p– давление, V – объём, R – универсальнаягазовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том,что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа приизобарном расширении при нагревании на 1 К (R=8,31 Дж/моль×К).

УравнениеМенделеева-Клайперона показывает, что возможно одновременное изменение пятипараметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы вгазах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматриватьприближённо как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти.Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный иизобарный.

Изопроцессомназывают процесс, происходящий сданной массой газа при одном постоянном параметре – температуре, давлении илиобъёме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы дляизопроцессов.

Изотермическим называют процесс, протекающий при постояннойтемпературе T=const. Он описывается закон Бойля-Мариотта. pV=const.

Изохорнымназывают процесс, протекающий пипостоянном объёме. Для него справедлив закон Шарля. V=const, p/T=const.

Изобарнымназывают процесс, протекающий припостоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T=const при p=const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можноизобразить графически (рис.).

Реальныегазы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высокихдавлениях (пока собственный объём молекул пренебрежительно мал по сравнению собъёмом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах(пока потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия можно пренебречьпо сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул), т.е. дляреального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

Билет 7.

Вопрос1.  Испарение и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пары. Парциональноедавление водяного пара. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха(психрометр).

Испарение – парообразование, происходящее при любой температуресо свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинетическойэнергии теплового движения молекул приводит к тому, что при любой температурекинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твёрдого тела можетпревышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большейкинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, атемпература тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно,испарение сопровождается охлаждением жидкости. Скорость испарения зависит: отплощади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизижидкости. Конденсация – процесс перехода вещества из газообразногосостояния в жидкое.

Испарениежидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенномуувеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразномсостоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества вгазообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекулвозвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкостьза то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессамииспарения и конденсации вещества. Вещество в газообразном состоянии,находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром.(Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессеиспарения.) Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.

Вследствиепостоянного испарения воды с поверхностей водоёмов, почвы и растительногопокрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержитсяводяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давлениясухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будетмаксимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отличие отненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенногопара не зависит от объёма, но зависит от температуры. Эта зависимость не можетбыть выражена простой формулой, поэтому на основе экспериментального изучениязависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, покоторым можно определить его давление при различных температурах.

Давлениеводяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называют абсолютнойвлажностью, или упругостью водяного пара. Поскольку давление парапропорционально концентрации молекул, можно определить абсолютную влажность какплотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженнуюв килограммах на метр кубический (r).

Большинствоявлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыханиеразличных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара ввоздухе, а от –того, насколько это количество близко к насыщению, т.е. от относительнойвлажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

Принизкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человекподвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажноститеплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма.Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах являетсяотносительная влажность 40-60%. Относительной влажностью называют отношениеплотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при даннойтемпературе, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре,выраженное в процентах, т.е. j=r/r0×100%.

Относительнаявлажность колеблется в широких пределах. Причём суточный ход относительнойвлажности обратен суточному ходу температуры. Днём, с возрастанием температурыи, следовательно, с ростом давления насыщения, относительная влажность убывает,а ночью возрастает. Одно и то же количество водяного пара может либо насыщать,либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийсяв нём пар до насыщения. Точкой росы называют температуру, при которойпар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. При достижении точки росы ввоздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсацияводяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которыеназываются гигрометрами и психрометрами.

Билет 8.

Вопрос1. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твёрдыхтел.

Каждыйможет разделить тела на твёрдые и жидкие. Однако это деление будет только повнешним признакам. Для того чтобы выяснить, какими же свойствами обладаюттвёрдые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево, уголь) – этоорганические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысокихтемпературах – это аморфные. Третьи будут изменять своё состояние принагревании так, как показано на графике (рис.). Это и есть кристаллическиетела. Такое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется ихвнутренним строением. Кристаллические тела – это такие тела, атомы имолекулы которых расположены в определённом порядке, и этот порядок сохраняетсяна достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое расположениеатомов или ионов в кристалле называют кристаллической решёткой. Точкикристаллической решётки, в которых расположены атомы или ионы, называют узламикристаллической решётки.

Кристаллическиетела бывают монокристаллами и поликристаллами. Монокристалл обладаетединой кристаллической решёткой во всём объёме.

Анизотропиямонокристаллов заключается взависимости их физических свойств он направления. Поликристалл представляетсобой соединение мелких, различным образом ориентированных монокристаллов(зерен) и не обладает анизотропией свойств. Большинство твёрдых тел имеютполикристаллическое строение (минералы, сплавы, керамика).

Основнымисвойствами кристаллических тел являются: определённость температуры плавления,упругость, прочность, зависимость свойств от порядка расположения атомов, т.е.от типа кристаллической решётки.

Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядокрасположения атомов и молекул по всему объёму этого вещества. В отличие откристаллических веществ аморфные вещества изотропны. Это значит, чтосвойства одинаковы по всем направлениям. Переход из аморфного состояния в жидкоепроисходит постепенно, отсутствует определённая температура плавления. Аморфныетела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятсяразличные вещества: стёкла, смолы, пластмассы и т.п.

Упругость– свойство тел восстанавливать свою формуи объём после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавшихдеформацию тел. Для упругих деформаций справедлив закон Гука, согласно которомуупругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям s=E|e|,где s — механическое напряжение, e — относительное удлинение, Е – модуль Юнга (модуль упругости).Упругость обусловлена взаимодействием и тепловым движением частиц, из которыхсостоит вещество.

Пластичность– свойство твёрдых тел под действиемвнешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранятьостаточные деформации после того, как действие этих сил прекратится.

Билет 9.

Вопрос1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия и способы её измерения. Первыйзакон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.Адиабатный процесс.

Каждоетело имеет вполне определённую структуру, оно состоит из частиц, которыехаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое телообладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – это величина,характеризующая собственное состояние тела, т.е. энергия хаотического(теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер ит.д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомногоидеального газа определяется по формуле U=3/2×m/M×RT.

Внутренняяэнергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другимителами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача исовершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии,охлаждение при расширении).

Теплопередача– это изменение внутренней энергиибез совершения работы: энергия передаётся от более нагретых тел к менеенагретым. Теплопередача бывает трёх видов: теплопроводность(непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицамивзаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (переносэнергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергииэлектромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче являетсяколичество теплоты (Q).

Этиспособы количественно объединены в закон сохранения энергии, который читаетсятак. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количестватеплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой.DU=Q+A,где DU – изменениевнутренней энергии, Q – количество теплоты, переданное системе, А – работавнешних сил. Если система сама совершает работу, то её условно обозначают А’.Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первымзаконом термодинамики, можно записать так: Q=A’+DU, т.е. количество теплоты, переданное системе, идётна совершение системой работы и изменение её внутренней энергии.

Приизобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами A’=p(V2-V1)=pDV,где V1 и V2– начальный и конечный объёмы газа.

Еслипроцесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадьюфигуры, заключённой между линией, выражающей зависимость p(V)и начальным и конечным объёмами газа (рис.)

Рассмотримприменение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим сидеальным газом.

Визотермическом процессе температурапостоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнениепервого закона термодинамики примет вид: Q=A’, т.е.количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы приизотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.

В изобарномпроцессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идёт наувеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: Q=DU+A’.

Приизохорном процессе газ не меняет своего объёма, следовательно, работа имне совершается, т.е. А=0, и уравнение первого закона имеет вид Q=DU,т.е. переданное количество теплоты идётна увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатнымназывают процесс, протекающий безтеплообмена с окружающей средой. Q=0, следовательно, газ при расширении совершает работуза счёт уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, A’=DU. Кривая,изображающая адиабатный процесс, называется адиабатной.

Билет 10.

Вопрос1. Взаимодействие заряжённых тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрическогозаряда.

Законывзаимодействия атомов и молекул удаётся понять и объяснить на основе знаний остроении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атоманаходится положительно заряжённое ядро, вокруг которого вращаются поопределённым орбитам отрицательно заряжённые частицы. Взаимодействие междузаряжёнными частицами называется электромагнитным. Интенсивностьэлектромагнитного взаимодействия определяется физической величиной – электрическимзарядом, который обозначается q. Единица электрического заряда– кулон (Кл). 1 кулон – это такой электрический заряд, который, проходя черезпоперечное сечение проводника за 1с, создаёт в нём ток силой 1 А. Способностьэлектрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимномуотталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряданазвали положительным, носителем элементарного положительного зарядаявляется протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителемявляется электрон. Элементарный заряд равен e=1,6×10-19Кл.

Зарядтела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:

q=e(Np-Ne),

гдеNe – количество электронов, Np – количествопротонов.

Полныйзаряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т.е. алгебраическаясумма зарядов всех тел, остаётся постоянной: q1+q2+…+qn=const. Электрический заряд не создаётся и не исчезает, атолько переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленныйфакт называется законом сохранения электрического заряда. Никогда инигде в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака.Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаевобъясняется переходами элементарных заряжённых частиц – электронов – от однихтел к другим.

Электризация– это сообщение телу электрическогозаряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении)разнородных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избытокили недостаток электронов.

Вслучае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случаенедостатка – положительный.

Законывзаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатистика.

Основнойзакон электростатистики был экспериментально установлен французским физикомШарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечныхзарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов иобратно пропорционален квадрату расстояния между ними. F=k×|q1|×|q2|/r2, где q1и q2 – модули зарядов, r – расстояниемежду ними, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выборасистемы единиц, в СИ k=9×109 Н×м2/Кл2.

Величина,показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чемв среде, называется диэлектрической проницаемостью среды e. Для среды с диэлектрической проницаемостью e закон Кулона записывается следующим образом:

F=k×|q1|×|q2|/(e×r2).

Вместокоэффициента k часто используется коэффициент, называемыйэлектрической постоянной e0.Электрическая постоянная связана с коэффициентом k следующимобразом: k=1/4pe0и численноравна e0=8,85×10-12 Кл/Н×м2.

Сиспользованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:

F=1/(4pe0)×|q1|×|q2|/r2.

Взаимодействиенеподвижных электрических зарядов называют электростатистическим, или кулоновским,взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (2рисунка).

Кулоновскаясила направлена вдоль прямой, соединяющей заряжённые тела. Она является силойпритяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковыхзнаках.

Билет 11.

Вопрос1. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Энергия заряжённого конденсатора.Применение конденсаторов.

Длянакопления значительных количеств разноимённых электрических зарядовприменяются конденсаторы. Конденсатор – это система двух проводников(обкладок), разделённых слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению сразмерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины,расположенных параллельно и разделённые диэлектриком, образуют плоскийконденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулюзаряды противоположного знака, то напряжённость между пластинами будет в двараза больше, чем напряжённость одной пластины. Вне пластин напряжённость равнанулю.

Обозначаютсяконденсаторы на схемах так:

-     -      конденсатор постоянной ёмкости;

-     -      конденсатор переменной ёмкости.

Электроёмкостьюконденсатора называют величину,равную отношению заряда одной из пластин к напряжению между ними.Электроёмкость обозначается С.

Поопределению С=q/U. Единицей электроёмкости является фарад (Ф). 1 фарад– это электроёмкость такого конденсатора, напряжение между обкладками которогоравно 1 вольту при сообщении обкладкам разноимённых зарядов по 1 кулону.

Электроёмкостьплоского конденсатора находится по формуле:

C=ee0S/d,

гдеe0–электрическая постоянная, e — диэлектрическая постояннаясреды, S – площадь обкладки конденсатора, d – расстояниемежду обкладками (или толщина диэлектрика).

Есликонденсаторы соединяются в батарею, то при параллельном соединении C0=C1+C2 (рис.) При последовательном соединении 1/C0=1/C1+1/C2(рис.2)

Взависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные,слюдяные.

Конденсаторыприменяются для накопления электроэнергии и использования её при быстромразряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, ввыпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.

Билет 12.

Вопрос1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Омадля полной цепи.

Вэлектрическом поле из формулы определения напряжения (U=A/q) легкополучить выражение для расчёта работы переноса электрического заряда А=Uq,так как для тока заряд q=It, то работа тока: A=UIt, или A=I2Rt=U2/R×t.

Мощностьпо определению N=A/t, следовательно, N=UI=I2R=U2/R.

Русскийучёный Х. Ленц и английский учёный Джоуль опытным путём в середине прошлоговека установили независимо друг от друга закон, который называется закономДжоуля-Ленца и читается так. При прохождении тока по проводнику количествотеплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока,сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Q=I2Rt.

Полнаязамкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входятвнешние сопротивления и источник тока (рис.) Как один из участков цепи, источниктока обладает сопротивлением, которое называется внутренним, r.

Длятого чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике токазарядам сообщалась дополнительная энергия, она берётся за счёт работы поперемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического поля. Источниктока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭЛС –электродвижущая сила источника. ЭДС – характеристика энергии неэлектрическойприроды в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрическоготока. ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдользамкнутой цепи положительного заряда к этому заряду x=Аст/q.

Пустьза время t через поперечное сечение проводника пройдёт электрическийзаряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении зарядаможно записать так: Аст=xq. Согласно определению силы тока q=It,поэтому Aст=xIt. Присовершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивлениякоторых R и r, выделяется некоторое количество теплоты. По законуДжоуля-Ленца оно равно: Q=I2Rt+I2rt. Согласно закону сохранения энергии А=Q.Следовательно, x=IR+Ir. Произведение силы тока на сопротивление участка цепичасто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДСравна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.Обычно это выражение записывают так: I=x/(R+r).Эту зависимость опытным путём получил Георг Ом, называется она законом Ома дляполной цепи и читается так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональнаЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и,следовательно, может быть измерена вольтметром.

Билет 13.

Вопрос1. Магнитное поле, условие его существования. Действие на электрический заряд;опыты, иллюстрирующие это действие. Магнитная индукция.

В1920 году датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачиваетсяпри пропускании электрического тока через проводник, находящийся около неё(рис.). В том же году французский физик Ампер установил, что два проводника,расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если токтечёт по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны(рис. 2). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическимвзаимодействием. Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов,согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом:всякий движущийся электрический заряд создаёт в окружающем пространствемагнитное поле. Магнитное поле – особый вид материи, который возникает впространстве вокруг любого переменного электрического поля.

Ссовременной точки зрения в природе существует совокупность двух полей –электрического и магнитного – это электромагнитное поле, оно представляет собойособый вид материи, т.е. существует объективно, независимо от нашего сознания.Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и наоборот,переменное электрическое поле всегда порождает переменное магнитное поле.Электрическое поле, вообще говоря, можно рассматривать отдельно от –магнитного,так как носителями его являются частицы – электроны и протоны. Магнитное полебез электрического не существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокругпроводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменнымэлектрическим полем движущихся заряжённых частиц в проводнике.

Магнитноеполе является силовым полем. Силовой характеристикой магнитного поля называютмагнитную индукцию (В). Магнитная индукция – это векторная физическаявеличина, равная максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля наединичный элемент тока. B=F/Il. Единичный элемент тока – это проводник длиной 1 м исилой тока в нём 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1Н/А×м.

Магнитнаяиндукция всегда порождается в плоскости под углом 900кэлектрическому полю. Вокруг проводника с током магнитное поле также существуетв перпендикулярной проводнику плоскости.

Магнитноеполе является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полейвводятся силовые линии, или линии индукции, — это такие линии, вкаждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной.Направление силовых линий находится по правилу буравчика. Если буравчикввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадает снаправлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода стоком представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости,перпендикулярной проводнику (рис. 3).

Какустановил Ампер, на проводнике с током, помещённый в магнитное поле, действуетсила. Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током,прямо пропорциональна силе тока, длине проводника в магнитном поле иперпендикулярной составляющей вектора магнитной индукции. Это и естьформулировка закона Ампера, который записывается так: FA=IlBsina.

Направлениесилы Ампера определяют по правилу левой руки. Если левую руку расположитьтак, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярнаясоставляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогнутый на 900большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 4). B=Bsina.

Билет 14.

Вопрос1. Полупроводники. Собственная проводимость и примесная проводимостьполупроводников. Полупроводниковые приборы и примеры их практическогоиспользования.

Полупроводники– это вещества, удельноесопротивление которых убывает с повышением температуры, наличием примесей,изменением освещённости. По этим свойствам они разительно отличаются отметаллов. Обычно к полупроводникам относятся кристаллы, в которых дляосвобождения электрона требуется энергия не более 1,5-2 эВ. Типичнымиполупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомыобъединены ковалентной связью. Природа этой связи позволяет объяснить указанныевыше характерные свойства. При нагревании полупроводников их атомыионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседнимиатомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны поддействием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создаваяток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов вкристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ионможет нейтрализоваться, захватив электрон. Далее, в результате переходов отатомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения вкристалле места с недостающим электроном. Внешне этот процесс хаотическогоперемещения воспринимается как перемещение положительного заряда, называемого«дыркой». При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченноедвижение «дырок» – ток дырочной проводимости.

Видеальном кристалле ток создаётся равным количеством электронов и «дырок».Такой тип проводимости называют собственной проводимостьюполупроводников. При повышении температура (или освещённости) собственнаяпроводимость проводников увеличивается.

Напроводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бываютдонорные и акцепторные. Донорная примесь – это примесь с большейвалентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуютсялишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводникназывают полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью n=4донорной примесью является мышьяк с валентность n=5. Каждый атомпримеси мышьяка приведёт к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторнаяпримесь – это примесь с меньшейвалентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнееколичество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называютполупроводником p-типа. Например, для кремния акцепторной примесьюявляется индий с валентностью n=3. Каждый атом индия приведёт к образованию лишней«дырки».

Принципдействия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах p-n-перехода.При приведении в контакт двух полупроводниковых приборов p-типаи n-типа в месте контакта начинается диффузия электроновиз n-области в p-область, а «дырок» – наоборот,из p- в n-область. Этот процесс будет не бесконечным во времени,так как образуется запирающий слой, который будет препятствоватьдальнейшей диффузии электронов и «дырок».

p-n-Контактполупроводников, подобно вакуумному диоду, обладает одностороннейпроводимостью: если к p-области подключить «+» источника тока, а к n-области«-» источникатока, то запирающий слой разрушится и p-n-контакт будет проводить ток,электроны из n-области пойдут в p-область, а«дырки» из p-области в n-область (рис.). В первом случаеток не равен нулю, во втором – ток равен нулю. Это означает, что если к p-областиподключить «-» источника, а к n-области –«+» источника тока, то запирающий слойрасширится и тока не будет.

Полупроводниковыйдиод состоит из контакта двух полупроводников p- и n- типа         . Полупроводниковые диоды имеют: небольшие размеры и массу, длительный срокслужбы, высокую механическую прочность, высокий коэффициент полезного действия,их недостатком является зависимость сопротивления от температуры.

Врадиоэлектронике применяется также ещё один полупроводниковый прибор:транзистор, который был изобретён в 1948 г. В основе триода лежит не один, адва p-n-перехода. Основное применение транзистора – это использованиеего в качестве усилителя слабых сигналов по току и напряжению, аполупроводниковый диод применяется в качестве усилителя слабых сигналов по токуи напряжению, а полупроводниковый диод применяется в качестве выпрямителя тока.После открытия транзистора наступил качественно новый этап развития электроники– микроэлектроники, поднявший на качественно иную ступень развитие электронной техники, систем связи, автоматики. Микроэлектроника занимается разработкойинтегральных микросхем и принципов их применения. Интегральной микросхемой называютсовокупность большого числа взаимосвязанных компонентов – транзисторов, диодов,резисторов, соединительных проводов, изготовленных в едином технологическомпроцессе. В результате этого процесса на одном кристалле одновременно создаётсянесколько тысяч транзисторов, конденсаторов, резисторов и диодов, до 3500.Размеры отдельных элементов микросхемы могут быть 1-5 мкм. Микропроцессорсовременной ЭВМ, размещённый на кристалле кремния размером 6х6 мм, содержит несколькодесятков или даже сотен тысяч транзисторов.

Однаков технике применяются также полупроводниковые приборы без p-n-перехода.Например, терморезисторы (для измерения температуры), фоторезисторы (вфотореле, аварийных выключателях, в дистанционных управлениях телевизорами ивидеомагнитофонами).

Билет 15.

Вопрос1.  Электромагнитная индукция, примеры этого явления. Магнитный поток. Законэлектромагнитной индукции. Правило Ленца.

Явлениеэлектромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Он опытнымпутём установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого контура внём возникает электрический ток, который называют индукционным током.Опыты Фарадея можно воспроизвести следующим образом: при внесении или вынесениимагнита в катушку, замкнутую на гальванометр, в катушке возникает индукционныйток (рис.). Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечникеили одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить систочником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки вовторой катушке появится индукционный ток (рис.2) Объяснение этого явления былодано Максвеллом. Любое переменное магнитное поле всегда порождает переменноеэлектрическое поле.

Дляколичественной характеристики процесса изменения магнитного поля череззамкнутый контур вводится физическая величина под названием магнитный поток. Магнитнымпотоком через замкнутый контур площадью S называютфизическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В наплощадь контура S и на косинус угла a между направлениемвектора магнитной индукции и нормалью к площади контура. Ф=BScosa (рис.3).

Опытнымпутём был установлен основной закон электромагнитной индукции: ЭДС индукциив замкнутом контуре равна по величине скорости изменения магнитного потокачерез контур. x=DФ/t.

Единицамагнитного потока Ф – вебер (Вб): 1 Вб=1 В×с.

Изосновного закона DФ=xt следует смысл размерности: 1 вебер – это величинатакого магнитного потока, который, уменьшаясь до нуля за одну секунду, череззамкнутый контур наводит в нём ЭДС индукции 1 В.

Классическойдемонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый р=опытФарадея: чем быстрее перемещать магнит через витки катушки, тем большевозникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

Зависимостьнаправления индукционного тока от характера изменения магнитного поля череззамкнутый контур в 1833 году опытным путём установил русский учёный Ленц. Онсформулировал правило, носящее его имя. Индукционный ток имеет такоенаправление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменениевнешнего магнитного потока через контур. Ленцем был сконструирован прибор,представляющий собой два алюминиевых кольца, сплошное и разрезанное,укреплённые на алюминиевой перекладине и имеющие возможность вращаться вокругоси как коромысло (рис. 4). При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало«убегать» от магнита, поворачивая соответственно коромысло. При вынесениимагнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнитавнутри разрезанного кольца никакого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыттем, что магнитное поле индукционного тока стремилось компенсировать изменениевнешнего магнитного потока.

Билет 16.

Вопрос1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле.

Явлениесамоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике приизменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумялампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна изкоторых подключается через катушку (рис.). При замыкании ключа лампочка 2,включенная через катушку, загорается позже лампочки 1. Это происходит потому,что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу,магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая всоответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Длясамоиндукции выполняется установленный опытным путём закон: ЭДС самоиндукциипрямо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике. x=LDI/t.

Коэффициентпропорциональности L называют индуктивность. Индуктивность – этовеличина, равная ЭЛС самоиндукции при скорости изменения тока в проводнике 1А/с. Единица индуктивности – генри (Гн). 1 Гн=1Вс/А. 1 генри – этоиндуктивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольтпри скорости изменения тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитныесвойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемостисреды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней.

Приотключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включеннаяпараллельно катушке, даёт кратковременную вспышку (рис. 2). Ток в цепивозникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся приэтом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Энергия магнитногополя находится по формуле WМ=LI2/2.

Энергиямагнитного поля зависит от индуктивности проводника и силы тока в нём. Этаэнергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическоеполе порождается переменным магнитным полем, а переменное электрическое полепорождает переменное магнитное поле, т.е. переменные электрические и магнитноеполя не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позволяет сделатьвывод о существовании единого электромагнитного поля. Электромагнитное поле –одно из основных физических полей, посредством которого осуществляетсявзаимодействие электрически заряжённых частиц или частиц, обладающих магнитныммоментом. Электромагнитное поле характеризуется напряжённостью электрическогополя и магнитной индукцией. Связь между этими величинами и распределением впространстве электрических зарядов и токов была установлена в 60-х годахпрошлого столетия Дж. Максвеллом. Эта связь носит название основных уравненийэлектродинамики, которые описывают электромагнитные явления в различных средахи в вакууме. Получены эти уравнения как обобщение установленных на опытезаконов электрических и магнитных явлений.

Билет 17.

Вопрос1.  Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур ипревращения энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и периодколебаний.

Электромагнитныеколебания – это колебанияэлектрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическимизменением заряда, тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнутьи существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур. Колебательныйконтур – это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора(рис. А). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушкепотечёт ток (рис. Б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратитсяиз-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца,будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор (рис. В). Ток в данномнаправлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении (рис. Г).Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитныеколебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора (Wэ=CU2/2)в энергию магнитного поля катушки с током(WМ=LI2/2), и наоборот.

Периодэлектромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре (т.е. в такомконтуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и ёмкостиконденсатора и находится по формуле Томпсона T=2pÖLC. Частота с периодом связана обратно пропорциональнойзависимостью v=1/T.

Вреальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будутзатухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практическогоприменения важно получить незатухающие электромагнитные колебания, а для этогонеобходимо колебательный контур пополнять электроэнергией, чтобыскомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитныхколебаний применяют генератор незатухающих колебаний, который является примеромавтоколебательной системы.

Билет 18.

Вопрос1.  Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры ихпрактического использования.

Английскийучёный Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея поэлектричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн,способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитнымиволнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрическогополя возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменениимагнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийсяпроцесс взаимного порождения магнитного и электрического полей долженнепрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающемпространстве (рис.). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полейпроисходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическоеполе порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревоеэлектрическое поле.

Электрическиеи магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме.Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условиемвозникновения электромагнитных волнявляется ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитногополя происходит при изменении тока в проводнике, а изменение магнитного поляпроисходит при изменении скорости зарядов, т.е. при движении их с ускорением.Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчётамМаксвелла, должна быть приблизительно равна 300000 км/с.

Впервыеопытным путём получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путёмопределил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическимопределением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны – этоволны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронныегармонические колебания.

Конечно,электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Ониподчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения.При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются законупреломления волн: отношение синуса угла падения к синусу углапреломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношениюскорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волнво второй среде и называется показателем преломления второй средыотносительно первой.

Явлениедифракции электромагнитных волн, т.е. отклонение направления их распространенияот прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении черезотверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции.Интерференция – это способность когерентных волн к наложению, в результате чеговолны в одних местах друг от друга усиливают, а в –других местах – гасят.(Когерентные волны – это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.)Электромагнитные волны обладают дисперсией, т.е. когда показательпреломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты спропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают,что эти волны являются поперечными.

Прираспространении электромагнитной волны вектора напряжённости Е и магнитнойиндукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимноперпендикулярны между собой (рис.2).

Возможностьпрактического применения электромагнитных волн для установления связи безпроводов продемонстрировал 7 мая 1895 года русский физик А. Попов. Этот деньсчитается днём рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимообеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитныеволны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное полеоказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле –сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым(рис.3 а). Закрытый колебательный контур практически не излучаетэлектромагнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит изкатушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим угломразвёрнуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитноепространство (рис. 3 б). Предельным случаем раскрытого колебательного контураявляется удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая системаназывается открытым колебательным контуром (рис.3 в). В действительностиконтур состоит из катушки и длинного провода – антенны.

Энергияизлучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитныхколебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антеннепропорциональна четвёртой степени частоты колебаний. На частотах в десятки,сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожнамала. Поэтому для осуществления радио и телевизионной связи используютсяэлектромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотенмегагерц.

Припередаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различныевиды модуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключаетсяв том, что высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют позакону низкой частоты. В этом и заключается один из принципов радиопередачи.Другим принципом является обратный процесс – детектирование. Прирадиоприёме из принятого антенной приёмника модулированного сигнала нужноотфильтровать звуковые высокочастотные колебания.

Спомощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковыхсигналов, но и изображения предметов. Большую роль в современном морском флоте,авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежитсвойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрикаэлектромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Билет 19.

Вопрос1. Волновые свойства света (интерференция, дифракция, поляризация).Электромагнитная теория света.

Свет – это электромагнитные волны в интервале частот 63×1014¸+8×1014Гц, воспринимаемых человеческим глазом,т.е. длин волн в интервале 380¸770 нм.

Светуприсущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление,интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать давление навещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечнуюскорость распространения в вакууме 300000 км/с, а в среде скорость убывает.

Наиболеенаглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции идифракции. Интерференцией света называют пространственноеперераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких)когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникаютмаксимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина).Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляныхплёнок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частичноотражаются от поверхности тонкой плёнки, частично проходят её. На второй границеплёнки вновь происходит частичное отражение волны (рис. 1). Световые волны,отражённые двумя поверхностями тонкой плёнки, распространяются в одномнаправлении, но проходят разные пути. При разности хода l,кратной целому числу длин волн, l=2kl/2.

Приразности хода, кратной нечётному числу полуволн, l=(2k+1)l/2, наблюдаетсяинтерференционный минимум. Когда выполняется условие максимума для одной длинысветовой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещённая белымсветом тонкая цветная прозрачная плёнка кажется окрашенной. Явлениеинтерференции в тонких плёнках применяется для контроля качества обработкиповерхностей просветления оптики.

Припрохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центральногосветлого пятна наблюдается чередующиеся тёмные и светлые кольца; если светпроходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых итёмных полос.

Явлениеотклонения света от прямолинейного направления распространения при прохожденииу края преграды называют дифракцией света. Дифракция объясняется тем,что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точекотверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция светаиспользуется в спектральных приборах, основным элементом которых являетсядифракционная решётка. Дифракционная решётка представляет собойпрозрачную пластинку с нанесённой на ней системой параллельных непрозрачныхполос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.

Пустьна решётку (рис. 2) падает монохроматический (определённой длины волны) свет. Врезультате дифракции на каждой щели свет распространяется не только впервоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решёткойпоставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будутсобираться в одну полоску.

Параллельныелучи, идущие от краёв соседних щелей, имеют разность хода l=dsinj, где d –постоянная решётки – расстояние между соответствующими краями соседних щелей,называемое периодом решётки, j — угол отклонениясветовых лучей от перпендикуляра к плоскости решётки. При разности хода, равнойцелому числу длин волн dsinj=kl, наблюдается интерференционный максимум для даннойдлины волны. Условие интерференционного максимума выполняется для каждой длиныволны при своём значении дифракционного угла j. Врезультате при прохождении через дифракционную решётку пучок белого светаразлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значение для красногосвета, так как длина волны красного света больше всех остальных в областивидимого света. Наименьшее значении угла дифракции для фиолетового света.

Опытпоказывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторыекристаллы, например исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двухкристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второйкристалл без ослабления.

Еслиже второй кристалл повернут на 900, то свет через него не проходит.Происходит явление поляризации, т.е. кристалл пропускает только такиеволны, в которых колебания вектора напряжённости электрического полясовершаются в одной плоскости – плоскости поляризации. Явление поляризациидоказывает волновую природу света и поперечность световых волн.

Узкийпараллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призмуразлагается на пучки света разного цвета. Объясняется разложение белого светатем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, апоказатель преломления света зависит от длины его волны. Показатель преломлениясвязан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в средезависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

Наосновании совпадения экспериментально измеренного значения скоростиэлектромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет – этоэлектромагнитная волна. Эта гипотеза подтверждена свойствами, которыми обладаетсвет.

Билет 20.

ОпытыРезерфорда по рассеиванию a-частиц.Ядерная модель атома.

Слово«атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время,вплоть до начала XX века, подразумевали мельчайшие неделимые частицывещества. К началу XX веку в науке накопилось много фактов, говоривших осложном строении атомов.

Большиеуспехи в исследовании строения атомов были достигнуты в опытах английскогоучёного Эрнеста Резерфорда по рассеянию a-частиц припрохождении через тонкие слои вещества. В этих опытах узкий пучок a-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкуюзолотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударамибыстрых частиц. Было обнаружено, что большинство a-частицотклоняется от прямолинейного распространения после прохождения фольги, т.е.рассеивается, а некоторые a-частицы вообще отбрасываютсяназад. Рассеяние a-частиц Резерфорд объяснил тем, что положительныйзаряд не распределён равномерно в шаре радиусом 10-10 м, какпредполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома – атомном ядре.При прохождении около ядра a-частица, имеющая положительныйзаряд, отталкивается от него, а при попадании в ядро – отбрасывается впротивоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд,следовательно, существует центральная положительно заряжённая часть атома, вкоторой сосредоточена значительная масса атома. Расчёты показали, что дляобъяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10-15м.

Резерфордпредположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Суть модели строенияатома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находитсяположительно заряжённое ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра покруговым орбитам на больших расстояниях вращаются электроны (как планеты вокругСолнца). Заряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблицеМенделеева.

Планетарнаямодель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:электрон, имеющий заряд, должен за счёт кулоновских сил притяжения упасть наядро, а атом – это устойчивая система; при движении по круговой орбите,приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волнывсевозможных частот, т.е. излучаемый свет должен иметь непрерывный спектр, напрактике же получается иное: электроны атомов излучают свет, имеющий линейчатыйспектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первымпопытался датский физик Нильс Бор.

Билет 21.

Квантовыепостулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами, объяснение этихпроцессов на основе квантовых представлений. Принцип спектрального анализа ипримеры его практического применения.

Воснову своей теории Бор положил два постулата. Первый постулат: атомнаясистема может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях,каждому из которых соответствует своя энергия; в стационарном состоянии атом неизлучает.

Этоозначает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться нанескольких вполне определённых орбитах. Каждой орбите электрона соответствуетвполне определённая энергия.

Второйпостулат: при переходе из одного стационарного состояния в другоеиспускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергияфотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv=Em-En; h=6,62×10-34 Дж×с, где h –постоянная Планка.

Припереходе электрона с ближней орбиты на более удалённую атомная системапоглощает квант энергии. При переходе с более удалённой орбиты электрона наближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

ТеорияБора позволила объяснить существование линейчатых спектров.

Спектризлучения (или поглощения) – этонабор волн определённых частот, которые излучает (или поглощает) атом данноговещества.

Спектрыбывают сплошные, линейчатые иполосатые.

Сплошныеспектры излучают все вещества,находящиеся в твёрдом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всехчастот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходомот одного цвета к другому в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зелёный,синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать, где сидит фазан).

Линейчатыеспектры излучают все вещества ватомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборыволн вполне определённых частот. Как у каждого человека свои личные отпечаткипальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только для него спектр.Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделённыепромежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомовконкретного вещества существуют только ему свойственные стационарные состояниясо своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетическихуровней, которые может менять атом, т.е. электрон в атоме может переходитьтолько с одних определённых орбит на другие, вполне определённые орбиты дляданного химического вещества.

Полосатыеспектры излучаются молекулами.Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линийнаблюдается отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы.

Характернымявляется то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же ипоглощается, т.е. спектры излучения по набору излучаемых частот совпадают соспектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуютсвойственные только им спектры, то существует способ определения химическогосостава вещества методом изучения его спектров. Этот способ называется спектральныманализом. Спектральный анализ применяется для определения химическогосостава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определенияхимического состава звезд, атмосфер, планет; является основным методом контролясостава вещества в металлургии и машиностроении.

Билет 22.

Фотоэффект.Законы фотоэффекта и их объяснение. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта ипостоянная Планка. Примеры практического применения фотоэффекта.

В1900 году немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается ипоглощается отдельными порциями – квантами (или фотонами). Энергия каждогофотона определяется формулой E=hv, где h – постоянная Планка, равная 6,63×10-34 Дж×с, v –частота света. Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явлениефотоэффекта, открытого в 1887 году немецким учёным Генрихом Герцем и изученногоэкспериментально русским учёным А.Г. Столетовым.

Фотоэффект– это явление испускания электроноввеществом под действием света.

Врезультате исследований были установлены три закона фотоэффекта.

1.   1.     Сила тока насыщения прямо пропорциональнаинтенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.

2.   2.     Максимальная кинетическая энергия фотоэлектроновлинейно возрастает с частотой света и зависит от его интенсивности.

3.   3.     Если частота света меньше некоторой определённой дляданного вещества минимальной частоты, то фотоэффекта не происходит.

Зависимостьфототока от напряжения показана на рисунке 1.

Теориюфотоэффекта создал немецкий учёный А. Эйнштейн в 1905 году. В основе теорииЭйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие оквантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующееобъяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию hv.При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определённуювеличину, которую называют работой выхода (Авых). Работавыхода – это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон изметалла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь)имеет вид: />Это уравнение носит название уравнениеЭйнштейна.

Еслиhv<Aвых, тофотоэффекта не происходит. Значит, красная граница фотоэффекта равна vmin=Aвых/h.

Приборы,в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами.Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такогофотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновомуизлучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепяхпеременного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости,освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах ифототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуютполупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходитизменение концентрации носителей тока. Они используются при автоматическомуправлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепяхпеременного тока, в качестве невозобновляемых источников тока в часах,микрокалькуляторах, проходят испытания первые солнечные автомобили, используютсяв солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных иорбитальных автоматических станциях.

Сявлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действиемсвета в фотографических материалах.

Билет 23.

Составатомного ядра. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная энергия,условия её осуществления. Термоядерные реакции.

В1932 году английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическимзарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтронами. Обозначаетсянейтрон n. После открытия нейтрона физики Д.Д. Иваненко иВернер Гейзенберг в 1932 году выдвинули протонно-нейтронную модель атомногоядра. Согласно этой модели ядро атома любого вещества состоит из протонов инейтронов. (Общее название протонов и нейтронов – нуклоны.) Число протоновравно заряду ядра и совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Суммачисла протонов и нейтронов равна массовому числу. Например, ядро атомакислорода />состоит из 8 протонов и16-8=8 нейтронов. Ядро атома />состоит из 92 протонов и235-92=143 нейтронов.

Химическиевещества, занимающие одно и то же место в таблице Менделеева, но имеющие разнуюатомную массу, называются изотопами. Ядро изотопов отличаются числомнейтронов. Например, водород имеет три изотопа: протий – ядро состоит из одногопротона, дейтерий – ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, тритий –ядро состоит из одного протона и двух нейтронов.

Еслисравнить массы ядер с массами нуклонов, то окажется, что масса ядра тяжёлыхэлементов больше суммы масс протонов и нейтронов в ядре, а для лёгких элементовмасса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов в ядре. Следовательно,существует разность масс между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов,называемая дефектом массы. />

Таккак между массой и энергией существует связь />то при делении тяжёлых ядер ипри синтезе лёгких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефектамасс, и эта энергия называется энергией связи атомного ядра. />

Выделениеэтой энергии может происходить при ядерных реакциях.

Ядернаяреакция – это процесс изменениязаряда ядра и его массы, происходящий при взаимодействии ядра с другими ядрамиили элементарными частицами. При протекании ядерных реакций выполняются законысохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (массовыхчисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов(массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции.

Цепнаяреакция деления – это ядернаяреакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этойреакции. Необходимым условием развития цепной реакции деления являетсятребование />где k – коэффициентразмножения нейтронов, т.е. отношение числа нейтронов в данном поколении к ихчислу в предыдущем поколении. Способностью к цепной ядерной реакции обладаетизотоп урана 235U. При наличии определённых критических параметров(критическая масса – 50 кг, шаровая форма радиусом 9 см) три нейтрона,выделившиеся при делении первого ядра, попадают в три соседних ядра и т.д.Процесс идёт в виде цепной реакции, которая протекает за доли секунды в виде ядерноговзрыва. Неуправляемая ядерная реакция применяется в атомных бомбах. Впервыерешил задачу об управлении цепной реакцией деления ядер физик Энрико Ферми. Имбыл изобретён ядерный реактор в 1942 году. У нас в стране реактор был запущен в1946 году под руководством И.В. Курчатова.

Термоядерныереакции – это реакции синтеза лёгкихядер, происходящие при высокой температуре (примерно 107 К и выше).Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах звезд.На Земле термоядерная реакция осуществлена только при экспериментальныхвзрывах, хотя ведутся международные исследования по управлению этой реакцией.

Билет 24.

Вопрос1. Радиоактивность. Виды излучений и методы их регистрации. Биологическоедействие ионизирующей излучений.

Радиоактивность–  это испускание ядрами некоторыхэлементов различных частиц, сопровождающиеся переходом ядра в другое состояниеи изменением его параметров. Явление радиоактивности было открыто опытным путёмфранцузским учёным Анри Беккерелем в 1896 году для солей урана. Он заметил, чтосоли урана засвечивают завёрнутую во много слоёв фотобумагу невидимымпроникающим излучением.

Английскийфизик Резерфорд исследовал радиоактивное излучение в электрических и магнитныхполях и открыл три составляющие этого излучения, которые были названы a-, b-, g-излучением.

a-Распад представляетсобой излучение a-частиц (ядер гелия) высоких энергий. При этом массаядра уменьшается на 4 единицы, а заряд – на 2 единицы (рис.).

b-Распад – излучениеэлектронов, заряд которых возрастает на единицу, массовое число не изменяется.

g-излучениепредставляет собой испускание возбуждённым ядром квантов света высокой частоты.Параметры ядра при этом излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояниес меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т.е. происходит цепочкапоследовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивныхэлементов идёт до свинца. Свинец – конечный продукт распада.

Приборы,применяемые для регистрации ядерных излучений называются детекторами ядерныхизлучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, обнаруживающиеядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества:газоразрядный счётчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Существуеттакже метод фотоэмульсий, основанный на способности пролетающей частицысоздавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы виден нафотографии после проявления.

Радиоактивныеизлучения оказывают сильное биологическое действие на ткани живого организма,заключающееся в ионизации атомов и молекул среды. Возбуждённые атомы и ионыобладают сильной химической активностью, поэтому в клетках организма появляютсяновые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действиемионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточныхструктур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения, приводящийк дисбалансу белых и красных кровяных телец. Человек заболевает белокровием,или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы излучения приводят к смерти.