Электрический ток и условия его существования.

Электрический ток и условия его существования.

Электрический ток – это упорядоченное, направленное, движение свободных зарядов в проводнике.

Постоянный ток – это эл.ток, характеристики которого со временем не меняются.

Условия существования электрического тока
Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:
-наличие в среде свободных электрических зарядов
-создание в среде электрического поля.
В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Сила тока I скалярная величина, характеризующая заряд Q, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени. Q=q*N I=Q/t

Сила тока измеряется в амперах, а заряд в кулонах. I=[A], Q=[Кл]

Плотность тока – j векторная величина j V_q, показывает силу тока на единицу S_сеч.

j=I/S_сечПлощадь сечения S_сеч.измеряется в квадратных метрах

Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение.

Сторонние силы – это такие силы, которые отличаются по природе от сил электростатического поля.

Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде, электрическими (но не электростатическими) полями, порождаемыми переменными во времени магнитными полями, и т. д.

ЭДС - физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:
ε = А_ст./q Единица измерения — 1 В (Вольт)

Напряжение — физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.
U = (A_ст.+ А_эл.)/q Единица измерения — 1 В.

Электрическая цепь. Однородный и неоднородный участок цепи.

Однородные и неоднородные участки цепи

Однородный участок цепи – участок цепи, на котором не действуют никакие сторонние силы(нет ист.тока)

Неоднородный участок цепи – участок цепи, на котором есть источник тока.

Электри́ ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитных процессов.

Электрическая цепь. Внешний и внутренний участок цепи, падение напряжения.

Электрическая цепь может быть разделена на два участка: внешний и внутренний.

Внешний участок, или, как говорят, внешняя цепь, состоит из одного или нескольких приемников электрической энергии, соединительных проводов и различных вспомогательных устройств, включенных в эту цепь.

Внутренний участок, или внутренняя цепь, — это сам источник.

Падение напряжения — постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника, по которому течёт электрический ток, обусловленное тем, что проводник обладает активным сопротивлением.

Сопротивление проводника

Сопротивление – величина, пропорциональная длине проводника l и обратно пропорциональна площади его поперечного сечения S

Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Удельное электрическое сопротивление проводника ρ [Ом*м] ρ =RS/l R = ρ *l/S

Закон Ома для участка цепи и для замкнутой цепи

Закон Ома для участка электрической цепи - сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

I=U/R

Закон Ома для полной электрической цепи - сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи (сумме внешнего и внутреннего сопротивлений)

I = ε / (R + r). где R - сопротивление внешнего участка цепи,
r - внутреннее сопротивление.

Последовательное соединение потребителей энергии

При последовательном соединении проводники соединены последовательно, то есть друг за другом, при этом I=const, U=U₁+U₂+U₃+…+U_n и R=R₁+R₂+R₃+…+R_n

Параллельное соединение источников тока.

Работа электрического тока

Работа эл.тока А равна произведению величины перемещаемого заряда Q на напряжение U

A=Q*U [A]=Дж, [U]=B, [Q]=Кл, [t]=c.

Т.к. I=Q/t, => Q=I*t, значит A=I*U*t

По закону Ома для участка цепи I=U/R, U=I*R

A=I*U*T => A=U²*t/R(удобно при паралл.соед.) => A=I²*R*t(удобно при последов.)

Природа света.

Природа света - волновая.

17 век Христиан Гюйгенс: 1) дифракция-огибание светом препятствий 2)интерференция-сложение волн.

19 век - теория максвелла (скорость света – частный случай электромагнитных волн) - электромагнитная теория скорость распространения электромагнитных волн в вакууме 3*10⁸ м/c равная скорости света в вакууме. 299 тыс. км/с

17в век О.Ремер астрономическим методом получил скорость света примерно 214, 3 км/с

19 век. Физо скорость света примерно 313тыс.км/с

Природа света – квантовая.

примерно 500 лет до н/э Пифагор: свет - поток частиц.

17 век Исак Ньютон придерживался этой же теории. Карпускула(от лат.) – частица.

Карпускулярная теория Ньютона: 1) прямолинейное распространение свет 2) закон отражения 3) образование тени от предметов

19 в Генрих Герц открыл явление фотоэффекта.

20 век. Свет имеет двойственную природу - обладает корпускулярно-волновым дуализмом: при распространении - как волна, а при излучении и поглощении - как поток частиц.

связь между длинной иволны лямда и частотой ню

лямда=с/ню с - скорость света в вакууме [м/с] лямда [м] ню [Гц]

Законы отражения

1.Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2Угол отражения γ равен углу падения α: γ = α

Зеркальное отражение - если шероховатости меньше лямды и дифузное шероховатости сравнимы с лямда

Диффузное отражение света. Зеркальное отражение света.

Законы преломления света.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред:

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

n = n₂/n₁.

Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ ₁ к скорости их распространения во второй среде υ ₂:

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

Природа света из 26.

Интерференция волн – это явление наложения когерентных волн; свойственно волнам любой природы (механическим, электромагнитным и т.д.)

Когерентные волны - это волны, испускаемые источниками, имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства амплитуда колебаний (смещения ) этой точки будет зависеть от разности расстояний от источников до рассматриваемой точки. Эта разность расстояний называется разностью хода.
При наложении когерентных волн возможны два предельных случая:

Условие максимума:

где

Разность хода волн равна целому числу длин волн ( иначе четному числу длин полуволн).

В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки максимальна и равна удвоенной амплитуде.

Условие минимума:

, где

Разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн.

Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга.
Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

В результате наложения когерентных волн (интерференции волн) образуется интерференционная картина.

При интерференции волн амплитуда колебаний каждой точки не меняется во времени и остается постоянной.

При наложении некогерентных волн нет интерференционной картины, т.к. амплитуда колебаний каждой точки меняется со временем.

Интерференция света

1802г. Английский физик Томас Юнг поставил опыт, в котором наблюдалась интерференция света.

Опыт Томаса Юнга

От одного источника через щель А формировались два пучка света ( через щели В и С), далее пучки света падали на экран Э. Так как воны от щелей В и С были когерентными, на экране можно было наблюдать интерференционную картину: чередование светлых и темных полос.

Светлые полосы – волны усиливали друг друга (соблюдалось условие максимума).
Темные полосы – волны складывались в противофазе и гасили друг друга (условие минимума).

Если в опыте Юнга использовался источник монохроматического света (одной длины волны, то на экране наблюдались только светлые и темные полосы данного цвета.)

Если источник давал белый свет (т.е. сложный по своему составу), то на экране в области светлых полос наблюдались радужные полосы. Радужность объяснялась тем, что условия максимумов и минимумов зависят от длин волн.

Интерференция в тонких пленках

Явление интерференции можно наблюдать, например:

- радужные разводы на поверхности жидкости при разливе нефти, керосина, в мыльных пузырях;

Толщина пленки должна быть больше длины световой волны.

При проведении своего опыта Юнгу впервые удалось измерить длину световой волны.

В результате опыта Юнг доказал, что свет обладает волновыми свойствами.

Применение интерференции:
- интерферометры – приборы для измерения длины световой волны
- просветление оптики ( в оптических приборах при прохождении света через объектив потери света составляют до 50%) – все стеклянные детали покрывают тонкой пленкой с показателем преломления чуть меньше, чем у стекла; перераспределяются интерференционные максимумы и минимумы и потери света уменьшаются.

Природа света из 26.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Дифракция - это явление, присущее волновым процессам для любого рода волн.

Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.

Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.

Для наблюдения дифракции можно:

- пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.
- или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

Дифракционная решетка

- это оптический прибор для измерения длины световой волны.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Если на решетку падает монохроматическая волна. то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладыается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

Итак, условие максимума:

где k – порядок (или номер) дифракционного спектра

Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных линий, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

Точность измерения длины волны тем больше, чем больше штрихов приходится на единицу длины решетки.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Поляризация волн

Свойство поперечных волн – поляризация.

Поляризованной волной называется такая поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости.

Поляризация света

Опыт с турмалином – доказательство поперечности световых волн.

Кристалл турмалина – это прозрачный, зеленого цвета минерал, обладающий осью симметрии.

В луче света от обычного источника присутствуют колебания векторов напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения световой волны. Такая волна называется естественной волной.

При прохождении через кристалл турмалина свет поляризуется.
У поляризованного света колебания вектора напряженности Е происходят только в одной плоскости, которая совпадает с осью симметрии кристалла.

Поляризация света после прохождения турмалина обнаруживается, если за первым кристаллом (поляризатором) поставить второй кристалл турмалина (анализатор).
При одинаково направленных осях двух кристаллов световой луч пройдет через оба и лишь чуть ослабнет за счет частичного поглощения света кристаллами.

Схема действия поляризатора и стоящего за ним анализатора:

Если второй кристалл начать поворачивать, т.е. смещать положение оси симметрии второго кристалла относительно первого, то луч будет постепенно гаснуть и погаснет совершенно, когда положение осей симметрии обоих кристаллов станет взаимно перпендикулярным.

Применение поляризованного света:

- плавная регулировка освещенности с помощью двух поляроидов
- для гашения бликов при фотографировании (блики гасят, поместив между источником света и отражающей поверхностью поляроид)

- для устранения слепящего действия фар встречных машин.

Поляроид, поляризационный светофильтр, один из основных типов оптических линейных поляризаторов; представляет собой тонкую поляризационную плёнку, заклеенную для защиты от механических повреждений и действия влаги между двумя прозрачными пластинками (плёнками).

ДИСПЕРСИЯ

Луч белого света, проходя через трехгранную призму не только отклоняется, но и разлагается на составляющие цветные лучи.
Это явление установил Исаак Ньютон, проведя серию опытов.

Опыты Ньютона

Опыт по разложению белого света в спектр:

или

Ньютон направил луч солнечного света через маленькое отверстие на стеклянную призму.
Попадая на призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов – спектр.

Опыт по синтезу (получению) белого света:

Сначала Ньютон направил солнечный луч на призму. Затем, собрав вышедшие из призмы цветные лучи с помощью собирающей линзы, Ньютон на белой стене получил вместо окрашенной полосы белое изображение отверстия.

Выводы Ньютона:

- призма не меняет свет, а только разлагает его на составляющие
- световые лучи, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости; наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, менее сильно – красные

- красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый - наименьшую, поэтому призма и разлагает свет.
Зависимость показателя преломления света от его цвета называется дисперсией.

Запомни фразу, начальные буквы слов которой дают последовательность цветов спектра:

" Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан".

Спектр белого света:

Выводы:

- призма разлагает свет
- белый свет является сложным (составным)
- фиолетовые лучи преломляются сильнее красных.

Цвет луча света определяется его частотой колебаний.

При переходе из одной среды в другую изменяются скорость света и длина волны, а частота, определяющая цвет остается постоянной.

Границы диапазонов белого света и его составляющих принято характеризовать их длинами волн в вакууме.
Белый свет – это совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

Где можно наблюдать явление дисперсии?

- при прохождении света через призму
- преломление света в водяных каплях, например, на траве или в атмосфере при образовании радуги
- вокруг фонарей в тумане.

Как объяснить цвет любого предмета?

- белая бумага отражает все падающие на нее лучи различных цветов
- красный предмет отражает только лучи красного цвета, а лучи остальных цветов поглощает
-
Глаз воспринимает отраженные от предмета лучи определенной длины волны и таким образом воспринимает цвет предмета.

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.