Pasiruošimas fizikos egzamino klausimams

FIZIKOS EGZAMINO KLAUSIMAI 2011 1 Fizikiniai dydžiai. Fizikinių dydžių matavimas. Matavimų klasifikacija. Matavimų vienetai. Pagrindiniai ir papildomi tarptautinės sistemos (SI) vienetai. Fizikiniai dydžiai Fizikinis dydis Matavimų vienetai. Masė m Kilogramas Ilgis I Metras Laikas t sekundė Srovės stipris l Amperas Temperatūra T Kelvinais Medžiagos kiekis V Molis Šviesos stipris - kandela Papildomi tarptautinės sistemos (SI) vienetai. Radianas rad Steradianas sr Jie klasifikuojami į: pagrindinius ir išvestinius. 2 Mechaninio judėjimo sąvoka. Dekarto koordinačių sistema. Kelio, poslinkio, greičio ir pagreičio sąvokos. Mechaninis judėjimas - kūnų padėties kitimas kitų kūnų atžvilgiu. Jis skirstomas į tiesiaeigi ir kreivaeigi Judėjimas tiesia linija vadinamas tiesiaeigiu; kreive – kreivaeigiu Dekarto koordinačių sistema: Dekarto koordinačių sistema vaizduoja tik binarinius santykius tarp 4 kvadrantų. Toliau visur naudojama struktūrinio lygio sistema. Pagreitis-  fizikoje apibrėžiamas kaip greičio pokytis (arba išvestinė) laiko atžvilgiu. Greitis- yra kūno įveiktas atstumas per laiko vienetą. Poslinkis - mažiausias atstumas tarp pradinio ir galinio judėjimo taškų. Kelias- inžinerinis statinys, skirtas transporto priemonių ir pėsčiųjų eismui. 3 Tiesiaeigis tolyginis ir tiesiaeigis tolygiai kintamas judėjimas. Judėjimas apskritimu. Kampinis greitis ir pagreitis. Tiesiaeigis tolyginis - yra tolyginis judėjimas. Tiesiaeigiu tolyginiu judėjimu vadiname tokį judėjimą, kai kūno poslinkiai per bet kuriuos lygius laiko tarpus yra vienodi. O trajektorija yra tiesė. Tiesiaeigis tolygiai kintamas judėjimas. Kūno judėjimas tiese, kai per vienodus laiko tarpus kūno greitis pasikeičia vienodai, vadinamas tiesiaeigiu tolygiai kintamu judėjimu. Kampinis greitis - apibūdina kampinio greičio kitimą laike. SI vienetų sistemoje kampinis pagreitis matuojamas radianais per sekundę kvadratu (rad/s2) ir žymimas graikiška raide alfa (). Judėjimas apskritimu - Kūno judėjimas apskritimu yra kreivaeigio judėjimo atvejis. Apskritimu tolygiai judančio kūno greičio kryptis nuolat kinta, taigi kūnas judantis tolygiai apskritimu juda su nekintančiu pagreičiu. Kampinis pagreitis - apibūdina kampinio greičio kitimą laike. SI vienetų sistemoje kampinis pagreitis matuojamas radianais per sekundę kvadratu (rad/s2) ir žymimas graikiška raide alfa (). 4 Dinamikos pagrindai. Jėgos ir jų rūšys bei klasifikacija. Masė ir kūno judesio kiekis. Niutono dėsniai. Norint apskaičiuoti kūno koordinates, reikia žinoti judėjimo pagreitį. Pagreičio atsiradimo priežastis nagrinėja mechanikos dalis, vadinama dinamika.Dinamikos pagrindą sudaro trys Niutono dėsniai, kuriuos 17 a. pabaigoje suformulavo Niutonas. Jėgos rūšys Klasifikacija Masė Pirmasis Niutono dėsnis Jėga Pirmasis Niutono dėsnis Į Antrąjį Niutono dėsnį neįeina jokia jėgos rūšis Antrasis Niutono dėsnis Impulsas Trečiasis Niutono dėsnis Impulsyvumo dėsnis Jėgos gamtoje Tamprumo jėga Sunkio jėga Kūno svoris Trinties jėga Sunkio jėga Kelių jėgų veikiamo kūno judėjimas Pirmasis Niutono dėsnis nusako sąlygas, kada kūnas nejuda arba juda tolygiai. Antruoju Niutono dėsniu nustatomas ryšys tarp kūną veikiančios jėgos, kūno masės ir pagreičio, kuriuo kūnas juda. Trečiasis Niutono dėsnis yra kūnų sąveikos dėsnis. Sąveikaujantieji kūnai veikia vienas kitątam tikromis jėgomis. Tų jėgų ryšį nusako trečiasis Niutono dėsnis. Masės - Inertiškumas yra viena svarbiausių kiekvieno kūno savybių, nes nuo jo priklauso pagreitis, kurį kūnas įgyja sąveikaudamas su kitais kūnais. Kūno inertiškumui apibūdinti fizikoje naudojamas dydis, vadinamas mase. Masė - inertiškumo matas. Sl sistemoje masės vienetas - kilogramas (kg). Kūno masės ir greičio sandauga (kūno judesio kiekis) yra fizikinis dydis, kuris vadinamas kūno impulsu arba kūno judesio kiekiu. Kūno impulsas- Impulso vektoriaus kryptis sutampa su greičio vektoriaus kryptimi. Sandauga Ft vadinama jėgos impulsu. SI sistemoje impulso matavimo vienetas - kg·m/s. Kūno impulso pokytis lygus jėgos impulsui. 5. Kinetinė, potencinė energija. Darbas, galia. Kinetinė - kūno energija, susijusi su to kūno judėjimu. Ji apibūdinama kaip darbas, kurio reikia išjudinti tam tikros pastovios masės kūną iš ramybės būsenos iki tam tikro judėjimo greičio. Kinetinė kūno energija nekinta, kol nekinta kūno judėjimo greitis ir masė. Potencinė energija - energija, kurią turi kūnas ar sistema dėl jo padėties ar būsenos. Ji lygi darbui, kuris panaudotas pakeičiant kūno padėtį ar būseną. Galia – darbas atliktas per vienetinį laiko tarpą. Darbas - vadinamas fizikinis dydis, lygus kūną veikiančios jėgos modulio ir kūno poslinkio sandaugai: A=Fs 6.Slėgis skysčiuose ir dujose. Paskalio dėsnis. Atmosferos slėgis. Bernulio lygtis. Tolydumo lygtis. Slėgio perdavimas skysčiams Iš bandymo su Paskalio rutuliu pastebėta kad skysčiai veržiasi čiurkšlėmis visomis kryptimis vienodai.  Slėgio perdavimas dujose. Iš bandymo su Paskalio rutuliu pastebėta kad dujos veržiasi visomis kryptimis vienodai. Paskalio dėsnis: Skysčiai ir dujos perduoda išorinį slėgį visomis kryptimis vienodai. Atmosferos slėgis -  tai toks slėgis, kuriuo kiekviename atmosferos taške oras suspaudžiamas aukščiau esančių atmosferos sluoksnių ir pats slegia aplinką. Atmosferos slėgis apatiniuose sluoksniuose keičiasi greičiau negu viršutiniuose. Aukštis, per kurį atmosferos slėgis pasikeičia vienu vienetu, vadinamas barometriniu žingsniu (mm Hg – nPa – mbar). Bernulio lygtis, taikoma elementariajai čiurkšlei. Integruojama diferencialinių lygčių sistema, kai idealiojo skysčio tekėjimas nusistovėjęs (greitis nekinta). Dviems idealiojo skysčio elementariosios čiurkšlės pjūviams gaunama tokia lygtis: Ši lygtis vadinama Bernulio lygtimi. Pirmą kartą ji paskelbta 1738 m. Tolydumo lygtis, kuri išreiškiama lygybėmis, galioja visada tekant bet kokioms srovėms, nes ji išreiškia krūvio tvermės dėsnį. Tolydumo lygtis : 7 Molekulinė kinetinė teorija ir jos išvados. Brauno judėjimas. Difuzija. Molekulinė kinetinė teorija teigia, kad visi kūnai sudaryti iš dalelių, kurios netvarkingai juda ir  tarpusavyje sąveikauja. Vadinasi, kūną sudarančios dalelės turi kinetinės (judėjimo) ir potencinės (sąveikos) energijos. Visų kūną sudarančių dalelių judėjimo ir sąveikos energija yra vidinė kūno energija. Brauno judėjimas -  skysčiuose (arba dujose) esančių dalelių šiluminis judėjimas.  1905 metais Albertas Einšteinas sukūrė Brauno judėjimo molekulinę kinetinę teoriją. Ją sukūrus ir prancūzų fizikui Ž. Pereno bandymais patvirtinus, molekulinė kinetinė teorija galutinai įsitvirtino. Difuzija -  procesas, kai skystos arba dujinės medžiagos molekulės skverbiasi iš didesnės koncentracijos vietų link mažesnės koncentracijos, pagal koncentracijos gradientą, kol pasikirsto vienodai. Lipiduose tirpios molekulės ir dujos difunduoja pro plazminę membraną. Procesas yra negrįžtamasis, jis vyksta, kol pasiekiama termodinaminė pusiausvyra. Proceso metu entropija didėja. Difuzija yra pernašos reiškinys. Savoji difuzija vyksta toje pačioje medžiagoje, abipusė difuzija - susiliečiančiose medžiagose. 8. Idealiosios dujos ir jų dėsniai. Adiabatinis procesas. Idealiųjų dujų būsenos lygtis. Idealiosios dujos, tai dujos, kurių molekulės mažos, palyginus su atstumais tarp jų, ir kurios tarpusavyje nesąveikauja. Idealiųjų dujų - Daltono dėsnis: p=p1+p2+...+pn , (p – dujų mišinio slėgis, p1, ..., pn – mišinį sudarančių dujų slėgiai). Šarlio dėsnis izochoriniam procesui (V=const): const arba , (p0 – idealiųjų dujų slėgis 00C temperatūroje,  – temperatūrinis slėgio koeficientas). Boilio ir Marioto dėsnis izoterminiam procesui (T=const): pV=const. Adiabatinis procesas: Šilumos atžvilgiu izoliuotoje sistemoje vykstantis procesas vadinamas adiabatiniu procesu. Naudojant indą su stūmokliu parodoma, kaip vykstant šiam procesui keičiasi tūris, slėgis ir temperatūra. Procesas palyginamas su izoterminiu procesu. Nubraižomi kokybiniai izoterminio ir adiabatinio procesų grafikai. Pagrindines tokių dujų savybes aprašo dvi lygtys. Pirmoji (būsenos lygtis) dar vadinama idealiųjų dujų dėsniu: Antroji lygtis aprašo idealiųjų dujų energiją: 9. Kristaliniai ir amorfiniai kūnai. Mechaninės savybės. Amorfiniai: Juose, kitaip negu kristaliniuose, atomai išsidėstę netvarkingai. Tik artimiausi atomai - kaimynai - išsidėsto beveik tvarkingai. Bet amorfiniuose kūnuose to paties elemento struktūra visomis kryptimis tiksliai nesikartoja kaip kristaluose. Dažnai tas pats kūnas gali būti ir kristalinis, ir amorfinis. Pavyzdžiui, kvarcas SiO2 gali būti tiek kristalinės, tiek ir amorfinės formos (silicio dioksidas). Kvarco kristalinę formą schemiškai galima pavaizduoti kaip taisyklingą šešiakampę gardelę. Kvarco amorfinė struktūra yra netaisyklingos gardelės pavidalo. Kartu su šešiakampėmis joje esti ir penkiakampių arba septyniakampių gardelių. Amorfinių kūnų savybės. Visi amorfiniai kūnai izotropiniai: jų fizinės savybės vienodos visomis kryptimis. Prie amorfinių kūnų priskiriama stiklas, daugelis plastikų, derva, kanifolija, karamelė ir kt. Kristaliniai:  – kietieji kūnai, kurių molekulės (atomai arba jonai) erdvėje išsidėstę tvarkingai. Kristaliniai kūnai pasižymi simetriška struktūra, tam tikra lydymosi temperatūra, fizikiniu savybių anizotropija. Tai kietieji kūnai, kuriems būdinga taisyklinga geometrinė forma; ją lemia periodiškas dalelių išsidėstymas kristalo viduje. Kristalą sudarančių dalelių – atomų, molekulių ar jonų – taisyklingas išsidėstymas periodiškai kartojasi šimtus tūkstančių kartų. 10. Sistemos vidinė energija. Darbas. Šilumos kiekis. Savitoji šiluma. Šiluminė talpa. Termodinamikos dėsniai. Sistemos vidinę energiją sudaro dalelių kinetinė ir potencinė energija. Vidinė sistemos energija nepriklauso nuo to, kaip vyko procesas, bet priklauso nuo pradinės ir galinės sistemos būsenos. ΔU= U2-U1 Sistemos, kurią veikia išorinis slėgis atliekamas darbas yra skirtas tik išorinėms jėgoms nugalėti, šis darbas apsiriboja vien tūrio kitimu (Izobarinis procesas): A= p*ΔV= p(V2-V1) Vykstant izobariniams procesams šiluminis efektas yra toks: Qp=ΔU+A=U2-U1+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)=H2-H1=ΔH Savitoji šiluma- matuojama , m – kūno masė, rt – temperatūrų skirtumas. Savitoji šiluma yra šilumos kiekis, reikalingas 1 kg medžiagos masės temperatūrai padidinti vienam laipsniui. Savitoji šiluminė talpa išreiškiama formule : Termodinamikos dėsniai. Pirmasis dėsnis: Šiuo dėsniu išreiškiamas vienas pagrindinių gamtos dėsnių – energijos tvermės dėsnis. Pirmasis termodinamikos dėsnis nusako, jog energija negali būti sukurta ar sunaikinta. Sistemai pereinant iš vienos būsenos į kitą, jos visos energijos pokytis yra lygus tos sistemos atžvilgiu atlikto darbo ir jai suteikto šilumos kiekio sumai. Antrasis: Paprasčiau kalbant, antrasis termodinamikos dėsnis sako, jog uždaroje sistemoje šiluma iš šaltesnio kūno negali būti perduota šiltesniam. Iš šio dėsnio daroma išvada, jog procesas, kurio metu viena energijos forma – darbas – virsta kita – šiluma – yra negrįžtamas. Šiluma gali virsti darbu tik tada, kai vyksta koks nors kompensuojantis procesas. Antras termodinamikos dėsnis įvertina ir energijos kokybę. Trečiasis: Tai reiškia, jog pasiekus absoliutų nulį tikimybė sistemai išlikti vienintelėje savo būsenoje priartėja prie vieneto, t. y. visi procesai sustoja, nes sistemos entropija taip pat pasiekia nulį. 11. Elektrostatinis laukas vakuume – elektros krūvis. Elektros krūvio tvermės dėsnis. Krūvio tankio sąvoka. Elektrostatinis laukas vakuume – elektros krūvis Elektringosios dalelės (protonai ir elektronai) pasižymi savybe veikti viena kitą jėga, žymiai stipresne nei gravitacijos jėga. Ši jėga vadinama elektrine jėga. Norint išreikšti šios sąveikos jėgos dydį kiekybiškai, dalelei priskiriamas tam tikras dydis, vadinamas elektros krūviu. Elektros krūvis yra dalelių ar kūnų abipusės elektromagnetinės sąveikos intensyvumo matas. Elektros krūvis nėra materijos rūšis, o jos savybė. Kai kurios dalelės krūvio neturi. Elektros krūviai gali būti teigiami arba neigiami. Vienodo ženklo krūviai stumia vienas kitą, skirtingų traukia. Elektros krūviams galioja adityvumo principas: kūno elektros krūvis yra lygus jį sudarančių elektringų dalelių krūvių algebrinei sumai. Krūvis SI sistemoje matuojamas kulonais (C). Elektros krūvio tvermės dėsnis Krūvio tvermės dėsnis - visų sąveikaujančių uždaros sistemos kūnų elektros krūvių algebrinė suma yra pastovi. Visais atvejais krūviai persisikirsto, tačiau bendra jų suma nekinta. Gamtoje niekada neatsiranda ir neišnyksta be pėdsako vieno ženklo krūvis. Kartu su neigiamuoju krūviu − q visada sukuriamas to paties modulio teigiamasis krūvis + q. Nei neigiamas, nei teigiamas krūvis negali išnykti atskirai vienas nuo kito. Jeigu jų moduliai lygūs, jie gali tik kompensuoti vienas kitą. Krūvio tankio sąvoka. Krūvio tankis skirstomas į : tūrinis krūvio tankis, paviršinis krūvio tankis, ilginis krūvio tankis. Ilginis, paviršinis ar erdvinis (tūrinis) krūvio tankis yra elektros krūvio kiekis linijoje, plote ar tūryje atitinkamai. 12. Elektrostatinio lauko sąvoka. Elektrinio lauko stipris. Elektrinio lauko vaizdavimas. Taškinio krūvio elektrinis laukas. Elektrinis laukas yra materijos forma, supanti krūvius. Kiekvienas krūvis erdvėje aplink save sudaro elektrinį lauką. Visos elektrinių jėgų sąveikos yra perduodamos elektriniu lauku. Nekintantis laike elektrinis laukas yra vadinamas elektrostatiniu lauku. STIPRIS - Pagrindinė elektrinio lauko charakteristika yra elektrinio lauko stipris (žymimas ). Jis yra lygus jėgai, veikiančiai vienetinį teigiamą krūvį: . Elektrinio lauko vaizdavimas Jį būtų galima pavaizduoti tiesės atkarpa su rodykle, kaip yra vaizduojami vektoriai. Tačiau toks vaizdavimo būdas nėra patogus, kai mus domina ne vienas lauko taškas, o tam tikra lauko sritis. Patogesnis būtų Faradėjaus (M. Faraday) pasiūlytas laukovaizdavimas jėgų linijomis. Taškinio krūvio elektrinis laukas. Taškinio krūvio q sudaryto elektrinio lauko stipris taške, nutolusiame atstumu r nuo to krūvio, gali būti apskaičiuotas pasitelkus Kulono dėsnį: 13. Elektrostatinių jėgų atliekamas darbas perkeliant krūvį. Krūvio potencinė energija. Įstatome į gautą išraišką taškinio krūvio, kuris kūrė nagrinėjamą elektrinį lauką, stiprio išraišką: ----- ------ Kaip matome, elektrostatinio lauko jėgų atliekamas darbas nepriklauso nuo jų veikiamo krūvio judėjimo trajektorijos, o priklauso tik nuo poslinkio. Šia savybe pasižyminčios jėgos vadinamos potencialinėmis, o tų jėgų laukai – potencialiniais laukais. Krūvio potencinė energija Kaip buvo minėta – norint pakeisti potencinę energiją, reikia atlikti darbą. Potencialinių jėgų atliktas darbas yra lygus kūno neigiamam potencinės energijos pokyčiui: tai bendrumo dėlei nerašydami indekso gauname Wp išraišką: Iš šios lygties išplaukia, kad krūvių elektrostatinės stūmos (qq’>0) potencinė energija yra teigiama, o traukos (qq’, kai E=1V/m, priklauso nuo krūvininko masės, rūšies, laidininko medžiagos ir temperatūros. Srovės tankio išraišką galima išreikšti ir per krūvininkų dreifinį judrumą: 18. Laidininko savitasis laidumas. Omo dėsnio diferencialine išraiška. Omo dėsnio išraiška vienalyčiam laidininkui pastoviai nuolatinei srovei. Imkime laidininką, kuriame srovę perneša tik vieno tipo krūvininkai.Vektorinė elektros srovės stiprio tankio išraiška tada bus: Šiame sąryšyje tarp srovės stiprio tankio ir elektrinio lauko proporcingumo koeficientas: - vadinamas laidininko savituoju laidumu. Tada: Dydis, atvirkščias savitajam laidumui, vadinamas laidininko savitąja varža: Omo dėsnio diferencialine išraiška - sąryšis vadinamas Omo dėsnio diferencialine išraiška. Iš jos, kaip atskiras atvejis, vienalyčiam vienodo skerspjūvio ploto laidininkui, tekant jame nuolatinei pastoviai srovei, suintegravus gaunama Omo dėsnio išraiška vienalyčiam laidininkui pastoviai nuolatinei srovei: 19. Omo dėsnio bendriausia išraiška. Elektrovaros jėga. Omo dėsnis nevienalytei grandinės daliai. Grandinės dalies varža bei įtampa. Uždarai grandinei, kurios savitasis laidumas g, diferencialinė Omo dėsnio išraiška užrašoma: Ši lygtis yra vadinama Omo dėsnio bendriausia išraiška. Elektrovaros jėga pašalinių jėgų veikimą apibūdinantis fizikinis dydis (sutrumpintai ev). Ankstesnėje literatūroje ji dar vadinama terminu elektrovaros jėga. Elektrovara uždarame kontūre yra pašalinių jėgų darbo, atliekamo perkeliant krūvį kontūru, ir to krūvio santykis. Omo dėsnis nevienalytei grandinės daliai ir Grandinės dalies varža bei įtampa. Omo dėsnio bendriausią išraišką: galime išreikšti: Jeigu padauginsime abi puses iš: , gausime: Suintegravus grandinės daliai 1-2, gausime: - dydis, vadinamas grandinės dalies varža. - dydis, vadinamas grandinės dalyje veikianti elektrovara. Ji lygi pašalinių jėgų darbui, atliekamam perkeliant teigiamą vienetinį krūvį. Įstačius pažymėtus dydžius į: , gauname: Omo dėsnio nevienalytei grandinės daliai integralinę išraišką. - dydis, vadinamas grandinės dalies įtampa (V). Grandinės dalies įtampa yra lygi darbui, kurį atlieka elektrostatinės ir pašalinės jėgos, perkeldamos toje grandinės dalyje vienetinį teigiamą krūvį. Jeigu pašalinių elektrovaros jėgų nėra E=0, įtampa sutampa su potencialų skirtumu. Jeigu grandinės dalyje potencialų skirtumas Dj=0 (trumpas jungimas), tai: Jeigu elektrovaros šaltinių yra daugiau nei vienas: 20. Omo dėsnio išraišką uždarai grandinei. Elektrine varža, savitoji varža. Savitosios varžos temperatūrinė priklausomybė. Visos uždaros grandinės varža, kuri sudaryta iš apkrovos varžos Ra ir elektrovaros šaltinių vidinių varžų ri. Lygtyje: , dydis: Iš čia gauname Omo dėsnio išraišką uždarai grandinei: Elektrine varža vadiname laidininko savybe priešintis elektros srovei. Elektrinės varžos matavimo vienetas – omas. Grandinės dalies varža lygi 1 , jeigu tekant 1 A srovei, įtampa tarp tos dalies galų lygi 1 V. Pritaikykime prieš tai gautą varžos išraišką: vienalyčiam (r=0), vienodo skerspjūvio, ploto S laidininkui. Gauname: - tokio laidininko varža priklauso nuo: 1. laidininko ilgio, 2. laidininko skerspjūvio ploto, 3. laidininko savitosios varžos dydžio. Išsireiškus savitosios varžos dydį, gauname: iš čia matome, kad: Laidininko savitoji varža skaitine verte yra lygi medžiagos kubo, kurio kraštinė 1 m varžai. Savitosios varžos matavimo vienetas ommetras (Wm). savitoji varža. Savitosios varžos temperatūrinė priklausomybė. Laidininko savitoji varža: , nepriklauso nuo laidininko matmenų. Tai savybė, priklausanti nuo laidininko medžiagos tipo ir temperatūros. Nustatyta, kad laidininko savitoji varža nuo temperatūros priklauso tiesiškai: • savitoji varža, esant t=00 C temperatūrai. • temperatūrinis varžos koeficientas • temperatūra. 21. Srovės darbas ir galia. Džaulio ir Lenco dėsnis. Tekant elektros srovei, krūvininkai juda kryptingai. Vadinasi, elektrinio lauko jėgos perneša juos grandine iš vieno jos taško į kitą, t.y. atlieka darbą. Elementarusis elektros srovės darbas, kai laidas nejuda, lygus: čia U – įtampa laido galuose, dq – per laiką dt perneštas elektros krūvį Šis darbas lygus laide išsiskyrusiai energijai: Pastovios nuolatinės srovės atveju I = const. Todėl visa laide išsiskyrusi energija: Tai energija, kurią elektros srovė iš šaltinio perkelia į laidą. Dėl to jis įšyla iki temperatūros, atitinkančios dinaminę pusiausvyrą: kiek šilumos išsiskiria, tiek jos ir išspinduliuojama per tą patį laiką. Ši išraiška yra integralinė Džaulio ir Lenco dėsnio išraiška: laide išsiskyręs šilumos kiekis proporcingas srovės stipriui, jos tekėjimo laikui ir įtampai jo galuose. Galia yra išsiskyrusios energijos kiekis per laiko vienetą, iš Džaulio ir Lenco dėsnio: 22. Elektros srovė dujose ir skysčiuose. Elektros srovė dujose Dujos sudarytos iš elektriškai neutralių molekulių, ir normaliomis sąlygomis jos yra dielektrikai. Pakanka per milimetro dalį atitraukti vieną laidą nuo kito, kad liautųsi tekėjusi srovė. Sudarius grandinėje kelių centimetrų oro tarpą, elektros srovė netekės. Kaitinant arba apšviečiant dujas, dalis atomų jonizuojasi – suskyla į teigiamuosius jonus ir elektronus. Oro tarpe atsiranda elektringų dalelių – krūvininkų Aukštoje temperatūroje dujų molekulės įgyja tokią didelę energiją, kad susidurdamos išmuša elektronus – jonizuoja viena kitą. Netekusios elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. Atsilikę elektronai skrieja vieni arba prisijungia prie neutralių molekulių ir sudaro neigiamus jonus. Elektros srovė skysčiuose. Gryni skysčiai (vanduo, sieros rūgštis, šarmai) išskyrus neorganinių druskų, metalų oksidų lydalus, yra prasti elektros laidininkai, o kai kurie ir visai geri izoliatoriai. Elektros srovei yra laidūs neorganinių druskų, šarmų ir rūgščių tirpalai. Medžiagos, kurios ištirpintos arba išlydytos praleidžia elektros srovę, vad. elektrolitais. Elektrolitui tirpstant vandenyje, molekulės suyra į teigiamą ir neigiamą elektros krūvį turinčias dalis, vadinamas jonais. Elektrolito molekulių skilimas į jonus, veikiant tirpikliui, vadinamas elektrolitine disociacija. Priešingas disociacijai procesas vadinamas jonų rekombinacija. Nesant išorinio elektrinio lauko, tirpalo jonai ir molekulės juda chaotiškai. Atsiradus tirpale elektriniam laukui, atsiranda ir kryptingas jonų judėjimas: teigiami jonai juda link neigiamo elektrodo, vadinamo katodu, o neigiami jonai – link teigiamo elektrodo, vadinamo anodu. Kiekviename elektrolite elektros srovę sukuria teigiamieji ir neigiamieji jonai, t.y. įelektrinti medžiagos atomai bei molekulės. Šie du priešingi jonų srautai ir sudaro elektros srovę elektrolituose (1 pav.). Taigi, elektrolitų laidumas yra joninis. Nuo ko priklauso elektrolitų laidumas? Elektrolitų laidumas priklauso nuo tirpalo koncentracijos ir nuo temperatūros. Esant pastoviai tirpalo koncentracijai, jų laidumas padidėja 2 – 2,5 %. Skysčiai, pavyzdžiui, skysti metalai, gali pasižymėti ir elektroniniu laidumu. Kylant temperatūrai, jonų koncentracija didėja, todėl elektrolito elektrinė varža mažėja. 23. Magnetinis laukas vakuume. Magnetinio lauko savybės, pagrindinės charakteristikos. Magnetinė indukcija. Magnetinės indukcijos linijos. Magnetinis laukas vakuume Pirmą kartą istorijoje minimas 4000 m. pr.m.e Kinijoje. Tik 1820 m. H. Erstedas atrado elektrinių ir magnetinių reiškinių sąryšį. 1845 m. M. Faradėjus pirmasis pavartojo magnetinio lauko sąvoką. Magnetinis laukas –atskira elektromagnetinio lauko apraiška, pasižyminti jam charakteringomis savybėmis. Pagrindinė magnetinio lauko, kaip ir visų laukų, savybė – veikti kūną jėga. Charakteringosios magnetinio lauko savybės: 1. Magnetinį lauką kuria tik judantys krūviai. 2. Magnetinis laukas veikia jėga tik judančius krūvius. 3. Magnetinis laukas nėra potencialinis - jėgų linijos yra visada uždaros. 4. Magnetinio lauko jėga veikia statmenai krūvio judėjimo krypčiai ir lauko stipriui. Pagrindinė magnetinio lauko savybė – veikti judantį krūvį jėga. Magnetinio lauko savybės, pagrindinės charakteristikos Pagrindinės magnetinio lauko charakteristikos: 1. Magnetinė indukcija – B; 2. Magnetinio lauko stipris – H; 3. Magnetinio lauko srautas – F; Magnetinė indukcija Svarbiausia magnetinio lauko poveikio charakteristika yra magnetinė indukcija. Magnetinė indukcija B – magnetinio lauko jėginė charakteristika, apibūdinanti magnetinio lauko mechaninį poveikį judantiems krūviams. Apibūdinama dviem būdais: 1. Srovės rėmelio sukimo gebėjimu. 2. Srovės vienetinio ilgio veikimu jėga. Srovės rėmelio sukimo gebėjimas. Srovės rėmelis, kurio teka elektros srovė, patalpintas statmenai magnetinio lauko linijoms, yra sukamas. Gebėjimas sukti apibūdinamas jėgos momentu: Jei rėmelis bus vienetinis, t.y. jo plotas bus lygus 1 m2 ir juo tekės 1 A srovė, jėgos momentas bus lygus magnetinei indukcijai. Todėl: Magnetinė indukcija skaitine verte lygi jėgos momentui, veikiančiam vienetinio ploto, kuriuo teka 1 A elektros srovė srovės rėmelį patalpintą statmenai į magnetinį lauką. Srovės vienetinio ilgio veikimu jėga. Magnetinę indukciją galima apibūdinti ir kitaip – per jėgą veikiančią laidininką, kuriuoteka srovė ir kuris patalpintas statmenai išoriniam magnetiniam laukui. Magnetinė indukcija yra lygi jėgai, veikiančiai 1 m ilgio laidininką, kuriuo teka 1 A elektros srovė, patalpintą statmenai išoriniam magnetiniam laukui. Nepriklausomai nuo apibūdinimo, magnetinės indukcijos matavimo vienetas: Tesla (T), kas yra 1 T=1 N/Am. Magnetinės indukcijos linijos. Magnetinį lauką grafiškai vaizduojame magnetinės indukcijos linijomis, kurių liestinės kiekviename taške sutampa su vektoriaus B kryptimi. Magnetinės indukcijos linijų kryptis nusakoma dešininio sraigto taisykle: Jei sukamas dešininis sraigtas slenka srovės kryptimi, tai sukimo kryptis rodo magnetinės indukcijos kryptį. Kitaip: magnetinės indukcijos linijų sukimosi kryptis sutampa su laikrodžio rodyklės kryptimi, jei žiūrėtume į laidą iš galo, o srovė tekėtų nuo mūsų. Linijų tankis yra proporcingas vektoriaus B moduliui. Nuolatinio magneto lauko linijos išeina iš šiaurinio ir sueina į pietinį polių. 24. Srovės elemento sukurtas magnetinis laukas. Bio ir Savaro dėsnis. Tiesiu laidu tekančios srovės magnetinis laukas. Apskritiminės srovės magnetinis laukas. Srovės elemento sukurtas magnetinis laukas. Magnetinį lauką kuria tik judantys krūviai, o elektros srovė yra kryptingas krūvių judėjimas. Todėl: Laidininku tekanti srovė visada kuria sūkurinį magnetinį lauką. Šio lauko magnetinės indukcijos dydis bet kuriame erdvės taške nusakomas Bio ir Savaro dėsniu. Čia Idl – nykstamai mažas srovės elementas, kuriantis aplink save sūkurinį lauką, apibūdinamą elementarios magnetinės indukcijos dydžiu dB. Matome, kad elektros srovės magnetinės indukcijos dydis priklauso nuo: 1. Elektros srovės stiprio I, 2. Atstumo nuo laidininko r, 3. Kampo a, Nustatyta, kad magnetiniams laukams galioja superpozicijos principas: kelių šaltinių sukurto magnetinio lauko magnetinė indukcija B yra lygi kiekvieno jų atskirai sukurto lauko indukcijų geometrinei sumai. Norint suskaičiuoti bet kokio laidininko sukurtą magnetinį lauką kuriame nors taške, reikia integruoti (sumuoti) visų srovės elementų sukurtus magnetinius laukus: Tiesiu laidu tekančios srovės magnetinis laukas. Be galo ilgo laidininko magnetinė indukcija taške C: Apskritiminės srovės magnetinis laukas. Apskritimo formos laido centre magnetinis laukas skaičiuojamas taip pat taikant superpozicijos principą. Kadangi visų apskritimo srovės elementų sukurtas magnetinis laukas centre yra tos pačios krypties, jų laukai sumuojasi (arba integruojasi pagal apskritimo ilgį: Galima įrodyti, kad ašies taškuose nutolusiuose nuo centro atstumu h, magnetinė indukcija lygi: 25. Magnetinio lauko ir elektros srovės sąveika – Ampero jėga. Ampero dėsnis. Lorenco jėga. Patalpinus laidininką į magnetinį lauką, jį pradeda veikti jėga. A . Amperas nustatė, kad elementarioji jėga, kuria indukcijos B magnetinis laukas veikia srovės elementą Idl, yra lygi: - ši jėga vadinama Ampero jėga. Ji didžiausia, kai vektoriai dl ir B statmeni. Ilgio l laidininkui: Skaliariškai: Ampero jėgos kryptis nustatoma vektorinės sandaugos arba kairiosios rankos taisyklėmis. Kuri formuluojama taip: linijos statmenai veria delną, keturi ištiesti pirštai rodo srovės kryptį, o delno plokštumoje 90º kampu atlenktas nykštys rodo Ampero jėgos kryptį. Kiekvienas laidininkas, kuriuo teka elektros srovė, kuria aplink save sūkurinį magnetinį lauką. Jeigu tokie laidininkai yra netoli vienas kito ir yra lygiagretūs vienas kitam, jie veikia vienas kitą jėga. Ši jėga, priklausomai nuo srovės krypčių viena kitos atžvilgiu, gali būti stūmos arba traukos. Šios lygtys išreiškia Ampero dėsnį: dviejų plonų be galo ilgų lygiagrečių laidų, kuriais teka srovės, magnetinės sąveikos jėga proporcinga srovių stiprių sandaugai, laido ilgiui ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų. Lorenco jėga Kiekvieną nejudančią, turinčią krūvį q dalelę, esančią elektriniame lauke, veikia jėga: Magnetinis laukas dalelę, turinčią krūvį, veikia ypatingai. Charakteringosios magnetinio lauko poveikio dalelei, turinčiai krūvį, savybės: 1. Magnetinio lauko veikimo jėga priklauso nuo: 1.1 Magnetinio lauko indukcijos, 1.2 Dalelės krūvio, 1.3 Dalelės judėjimo greičio, 1.4 Kampo tarp dalelės judėjimo krypties ir B vektoriaus krypties. 2. Magnetinio lauko jėga veikia statmenai dalelės judėjimo krypčiai ir B vektoriui. 3. Magnetinis laukas veikdamas dalelę jėga keičia tik jos kryptį, bet nekeičia jos energijos Magnetinio lauko jėgos poveikį pirmasis ištyrė H. Lorencas. Šios jėgos dydis, kuris yra vadinamas magnetine Lorenco jėgos komponente yra lygus: arba skaliariškai: Bendrai Lorenco jėga vadinama elektromagnetinio poveikio jėga: 26. Magnetinis laukas medžiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas. Santykine magnetinė skvarba. Kiekvienas judantis krūvis kuria aplink save sūkurinį magnetinį lauką, kurio stiprumas priklauso nuo judėjimo greičio ir krūvio dydžio: Elektrono, judančio apskritimine atomo orbita, būseną patogu nusakyti orbitiniu impulso momentu: Tokios sistemos, turinčios krūvį ir impulso momentą, magnetinės savybės aprašomos dydžiu, vadinamu elektrono orbitiniu magnetiniu momentu: Jis yra vektorius, nukreipta priešinga Ll kryptimi. Kiekvienam elektronui, be orbitinio impulso momento Ll būdingas ir savasis judesio kiekio momentas arba spi - Ls, su kuriuo sijęs savasis magnetinis momentas. Medžiagos įmagnetėjimas Atomo atstojamasis magnetinis momentas yra lygus visų jo elektronų orbitinių ir savųjų momentų geometrinei sumai: Priklausomai nuo orbitinių momentų išsidėstymo, atomo magnetinis momentas gali būti lygus arba nelygus nuliui. Makroskopinio kūno magnetinis momentas yra lygus visų jį sudarančių atomų magnetinių momentų geometrinei sumai: Šio kūno tūrio vieneto magnetinis momentas yra vadinamas medžiagos įmagnetėjimu. Magnetinis laukas veikia medžiagoje esančius magnetinius momentus atitinkamai juos orientuodamas, todėl pakeičia jos įmagnetėjimą ir magnetinio lauko indukcijos viduje dydį. Įmagnetėjimas priklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprio H ir medžiagos tipo: Medžiagos įmagnetėjimas Koeficientas - vadinamas magnetine juta, laikomas kiekybiniu struktūrinių pokyčių, sukeltų išorinio magnetinio lauko, medžiagoje matu. Jis išreiškiamas: Koeficientas - vadinamas santykine magnetine skvarba ir yra lygus vidinės ir išorinės magnetinės indukcijos medžiagoje santykiui: Jis priklauso nuo medžiagos, išorinio magnetinio lauko stiprio, temperatūros ir dažnio. Išreiškę , gauname magnetinės indukcijos medžiagoje priklausomybę nuo išorinio magnetinio lauko stiprio, kurios dydis, kryptis ir kitimo pobūdis priklauso nuo įmagnetėjimo mechanizmų vykstančių įvairiose medžiagose. Santykine magnetinė skvarba  Fizikinis dydis, apibūdinantis medžiagos magnetines savybes. Santykinė magnetinė skvarba – dydis, nurodantis, kiek kartų magnetinė indukcija medžiagoje yra didesnė nei vakuume. Absoliučioji magnetinė skvarba – dydis, lygus santykinės magnetinės skvarbos ir magnetinės konstantos sandaugai. Dažnai fizikoje yra naudojamas terminas magnetinė skvarba turint omeny, kad tai yra santykinė magnetinė skvarba. (Santykinė) magnetinė skvarba žymima raide μ. 27. Reiškiniai, vykstantys medžiagose, veikiant jas išoriniu magnetiniu lauku. Paramagnetizmas. Diamagnetizmas.Feromagnetizmo prigimtis. Domenai. Histerezės kilpa. Kiuri temperatūra. Reiškiniai, vykstantys medžiagose, veikiant jas išoriniu magnetiniu lauku, skirstomi į: 1. Paramagnetinius, 2. Diamagnetinius, 3. Feromagnetinius, 4. Antiferomagnetinius ir 5. Ferimagnetinius. Magnetinės indukcijos dydis medžiagoje priklausys nuo jos savybių, priklausomai nuo to, kokie įmagnetėjimo reiškiniai vyks. Kadangi įmagnetėjimo reiškinių kiekybinį pasireiškimą parodo santykinė magnetinės skvarbos dydis, tai magnetinio lauko priklausomumo dėsniai yra papildomi šiuo dydžiu. Pvz.: Bio ir Savaro dėsnis medžiagoje yra: Paramagnetizmas Atomų, kurių išoriniai orbitiniai elektronų momentai yra nekompensuoti, magnetinis momentas, . Tačiau dėl šiluminio judėjimo medžiagoje, neesant išorinio magnetinio lauko, jos bendras įmagnetėjimas ir magnetinio lauko indukcija yra lygus nuliui. Paveikus tokią medžiagą magnetiniu lauku, atomų magnetinių momentų išsidėstyme pradeda dominuoti viena kryptis. Magnetinio lauko indukcija ir įmagnetėjimas padidėja. Įmagnetėjimo dydis išreiškiamas: čia - atomų koncentracija. Medžiagos, sudarytos iš magnetinius momentus turinčių atomų, tačiau nedaug įsimagnetinančios išoriniame lauke, vadinamos paramagnetikais. Jų magnetinis jautrio ženklas yra teigiamas, o dydis =10-5-10-2 mažas. Jis nepriklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprio, tačiau priklauso nuo temperatūros. Paramagnetikai yra dujos, skysčiai, visi magnetiniame lauke silpnai įsimagnetinantys metalai Pt, Al, Ti, Cu, Co, Ni, Mn, V, Cr. Diamagnetinius Iš elektromagnetizmo teorijos žinoma, kad bet koks išorinio magnetinio lauko, veriančio kontūrą, pokytis indukuoja kontūre srovę, kurios magnetinis laukas priešinasi išorinio lauko pokyčiams (E. Lenco taisyklė). Įnešus medžiagą į magnetinį lauką, atomo elektronų judėjime pasireiškia precesijos aplink magnetinio lauko linijas efektas. Šis papildomas judėjimas indukuoja priešingos laukui krypties magnetinį momentą arba įmagnetėjimą: - atomo elektronų skaičius. - elektrono orbitos plokštumoje, statmenoje magnetiniam laukui, projekcija Tokiu būdu, įvyksta išorinio magnetinio lauko išstūmimas iš medžiagos arba lauko ekranavimas. Diamagnetizmo reiškinys vyksta visose medžiagose, tačiau jo dydis yra skirtingas. Stipriausiai jis pasireiškia medžiagose, sudarytose iš atomų, kurių išoriniai elektronų sluoksniai yra visiškai užpildyti. Tokių atomų . Diamagnetikų magnetinis jautris yra neigiamas, jo vertė nedidelė. Medžiagos, kuriose pasireiškia tik diamagnetizmo reiškinys vadinamos diamagnetikais. Tai Sb, C, Te, Au, Ag, Hg, Zn, Bi, daugelis mineralų, organinės medžiagos, vanduo. Feromagnetizmo prigimtis Feromagnetikais vadinamos medžiagos, pasižyminčios savaiminiu įmagnetėjimu. T.y., panaikinus išorinį magnetinį lauką, medžiagos įmagnetėjimas nėra lygus nuliui. Feromagnetizmo reiškiniu pasižyminčios medžiagos turi dar kelias savybes: 1. Didelė santykinė magnetinė skvarba; 2. Magnetinės skvarbos priklausomybė nuo išorinio magnetinio lauko; 3. Feromagnetinės histerezės reiškinys; 4. Magnetinės skvarbos priklausomybė nuo temperatūros. Feromagnetizmo reiškinio ir feromagnetikų savybių ypatumai aiškinami savaime įsimagnetinusių sritelių, vadinamų feromagnetiniais domenais, susidarymu. Domenų susidarymo teoriją sukūrė Landau ir Livšicas dar 1935 metais. Ši teorija pagrįsta kelių tipų energijų konkuravimo procesu, kurio metu vyksta kristalo domeninis susiskaldymas. Feromagnetikais gali būti tik tokios medžiagos, kurių paskutiniai sluoksniai yra nepilnai užpildyti elektronais, t.y. jų . Tokiems atomams, turintiems magnetinį momentą, atitinkamoje kristalinėje gardelėje energetiškai yra palankiau išsidėstyti tvarkingai. Domenai Norint pakreipti visus masyvaus, bet ribotų matmenų, kristalo atomų magnetinius momentus lygiagrečiai, reikia suteikti papildomos energijos. Ši energija yra lygi tokio kristalo kuriamai magnetinio lauko energijai. Todėl tokiam kristalui energetiškai palankiau susiskaldyti į antilygiagrečias sritis. Tai atitinka mažesnę energiją. Susiskaldymui į domenus, t.y. domeninių sienelių sukūrimui, taip pat reikia energijos. Dauguma feromagnetikų, priklausomai nuo kristalinės gardelės tipo ir cheminės sudėties, pasižymi magnetine anizotropija, todėl viena kryptimi susiskaldymo energija gali būti mažesnė, nei kitomis. Šių trijų tipų energijų konkurencija, bei anizotropija lemia atitinkamos formos ir matmenų domeninės struktūros susidarymą. Procesas baigiasi, nusistovėjus energetinei pusiausvyrai, kuri atitinka mažiausią vidinę kristalo energiją. Histerezės kilpa Jeigu feromagnetiką permagnetiname periodiniame magnetiniame lauke, tai, visai panašiai į feroelektrikus, B(B0) priklausomybę vaizduoja kreivė, vadinama histerezės kilpa. Kiuri temperatūra Didinant temperatūrą feromagnetikai virsta paramagnetikais. Kiekvienam feromagnetikui yra būdinga temperatūros vertė (Kiuri temperatūra), kurią pereidamas jis virsta paramagnetiku. Pavyzdžiui, Fe Kiuri temperatūra lygi 770o C, Ni – 360o C, Gd – 17o C. 28. Elektromagnetinės indukcijos reiškinys. Elektromagnetinės indukcijos Faradėjaus dėsnis. Elektrovaros jėgos kryptis - Lenco taisyklė  Elektromagnetinė indukcija - reiškinys, kai elektros srovė ima tekėti laidininku, esančiu kintamajame magnetiniame lauke arba judančiu pastoviame magnetiniame lauke. Elektromagnetinės indukcijos Faradėjaus dėsnis Laidininkui judant statmenai magnetinio lauko linijoms greičiu v= Tada jame indukuojasi evj, išreiškiama: E=Bl lΔb= ΔS- judančio laidininko nubrėžiamas plotas, o B ΔS= ΔΦ- jį veriantis magnetinis srautas. Elektrovaros jėgos kryptis - Lenco taisyklė Magnetiniame lauke judant tiesiam laidininkui, indukuotoji srovė teka ta kryptimi, kuria teigiamą krūvį veikia Lorenco jėga. Srovės krypčiai rasti galima taikyti dešnės rankos taisyklę: dešnę ranką reikia ištiesti taip, kad magnetinio lauko linijos eitų į delną, o atlenktas nykštys rodytu laidininko judėjimą sukeliančios jėgos kryptį. Tada ištiesti pirštai rodys indukuotosios srovės kryptį. Srovė gali indukuotis ir nesant mechaninio judėjimo. Pvz. Įjungiant arba išjungiant srovę vidinėje ritėje, o išorinėje idukuojasi srovė, nes atsiranda arba išnyksta magnetinis laukas. Taisyklę indukuotosios srovės krypčiai nustatyti suformulavo Emilis Lencas (1804-1865). Indukuotoji srovė visuomet teka tokia kryptimi, kad jos magnetinis laukas priešinasi tam magnetinio lauko kitimui, dėl kurio jis atsirado, priešinasi savo atsiradimo priežasčiai. Tai galima pademonstruoti pritaikius dešinės ir kairės rankos taisykles. Indukuojasi srovė, kurios kryptį rodo ištiesti dešinės rankos pirštai. Pritaikę indukuotai srovei kairės rankos taisyklę, pamatysime, kad ją veiks priešingos krypties Ampero jėga. Ši jėga atsiranda todėl, kad indukuotoji srovė kuria savo magnetinį lauką, ir priešinasi laidininko judėjimui išoriniame magnetiniame lauke. 29. Indukcinės evj kilmė judančiame ir nejudančiame laidininke. Tarkime turime ilgio l laidininką, judantį pastoviu greičiu statmenai magnetinio lauko linijoms kryptimi Ox. Laidininke esančius elektronus šiuo atveju pradės veikti Lorenco jėgos magnetinė komponentė: Ši jėga perskirstys krūvininkus taip, kad gale C atsiras jų perteklius. Dėl to tarp laido galų atsiras potencialų skirtumas j1-j2, o laidininke – E stiprumo elektrostatinis laukas: , kurio kryptis yra priešinga FLm. Nusistovėjus pusiausvyrai: Todėl: . Iš kitos pusės elektrostatinio lauko ir potencialų skirtumo ryšys: Išreiškę potencialų skirtumą: Atvirai grandinei, elektrovaros arba: Indukcinės evj kilmė judančiame laidininke Kadangi potencialų skirtumas yra lygus elektrovaros jėgai, iš prieš tai gautos išraiškos: arba: Todėl indukcinės elektrovaros jėgos dydis priklauso nuo laido judėjimo greičio v, ilgio l ir magnetinės indukcijos stiprio B. Šiuo efektu yra pagrįstas elektros srovės generatoriaus veikimas. Magnetiniame lauke atitinkamu kampiniu dažniu yra sukamas rėmelis. Rėmelio, besisukančio pastoviame magnetiniame lauke indukcinė evj yra lygi: 30. Saviindukcijos reiškinys – induktyvumas. Abipusės indukcijos reiškinys. Magnetinio lauko energija. Saviindukcijos reiškinys – induktyvumas Elektros srovė, tekėdama bet kokios formos ir dydžio uždaru kontūru, kuria magnetinį lauką. Šio lauko indukciją bet kuriame erdvės taške, kaip žinome, galime paskaičiuoti naudodami Bio ir Savaro dėsnį: , lauko srautas: , tada: , dydis, priklausantis tik nuo kontūro geometrinių matmenų ir erdvę užpildančios medžiagos savybių, vadinamas kontūro induktyvumu L: , jei kontūro matmenys nekinta ir aplinka neferomagnetinė: Induktyvumo vienetas – henris (1H=1Wb/1A), tai induktyvumas tokio kontūro, kurį veria 1 Wb magnetinis srautas, kai juo teka 1 A nuolatinė elektros srovė. Induktyvumas yra kontūro charakteristika. Abipusės indukcijos reiškinys Abipusės indukcijos reiškinys - indukcinės elektrovaros atsiradimas laidžiame kontūre, esančiame greta kito kontūro, kuriuo tekančios kintamosios srovės sukurtas magnetinis laukas veria tą kontūrą. Kadangi kontūrai yra greta vienas kito, antrą kontūrą veriantis magnetinis srautas: Jei srautas kinta, antrame kontūre indukuojasi evj: Jei kontūrai nejuda: Jei paleistume antruoju kontūru elektros srovę, gautume atvirkštinį efektą. Elektrovaros išraiškos analogiškos. Proporcingumo koeficientai vadinami abipusius induktyvumu. Abipusės indukcijos reiškiniu pagrįstas transformatoriaus veikimas. Magnetinio lauko energija Uždaroje pastovaus induktyvumo L ir ominės varžos R grandinėje, į kurią įjungtas nuolatinės elektrovaros jėgos šaltinis, įjungus elektros srovę, grandinėje atsiras saviindukcijos evj. Omo dėsnis visai grandinei užrašomas: Per laiką dt srovės šaltinis atlieka darbą: Į šia išraišką įstatome iš Omo dėsnio išreikštą elektrovaros dydį: Pirmas dėmuo reiškia Džaulio šilumą – šilumą atiduotą laidininkui. Antras dėmuo reiškia darbą, sukuriant magnetinį lauką, jis lygus energijos pokyčiui: suintegravus pagal srovės pokytį: Gauname kontūro magnetinės energijos išraišką. Taigi, sukuriant magnetinį lauką, tam tikras energijos kiekis W perkeliamas iš srovės šaltinio į elektros grandinę supančią erdvę. 31. Elektrinių virpesių kontūras. Savieji virpesiai. Tomsono formulė. Virpesių kontūrą sudaro C talpos kondensatoriaus ir L induktyvumo ritė. Ritės apvejos jungiamieji laidai turi aktyviąją varžą. Tokiame tokiame kontūre vykstantys elektriniai virpesiai, vadinami savaisiais. Tomsono formulė – kontūre vykstančių virpesių periodas priklauso nuo kondensatoriaus talpos bei ritės induktyvumo. T=2 LC. L – ritės induktyvumas henriai, C – kondensatoriaus elektrinė talpa, T – virpesių periodas sekundėmis. 32. Slopinamieji elektromagnetiniai virpesiai. Virpesių kontūro slopinimo dekrementas. Kontūro kokybė. Slopinamieji elektromagnetiniai virpesiai Kiekvieno realaus kontūro . Suteikta pradžioje elektros energija palaipsniui virsta Džoulio šiluma ir virpesiai slopsta. Todėl realaus kontūro, kurio svyravimus nepalaiko išorinis šaltinis, dif. lygtis yra: . Pažymėkime: , arba: Tada: - šios, slopinamųjų elektromagnetinių svyravimų dif. lygties sprendinys yra: Šioje lygtyje dydis , vadinamas slopinimo koeficientu. O yra slopinamųjų virpesių kampinis dažnis. Virpesių kontūro slopinimo dekrementas Virpesių slopimo sparta apibūdinama srovės, įtampos ar krūvio vertės santykiu su to paties dydžio verte po vieno svyravimo. , šis santykis vadinamas slopinimo dekrementu. O jo natūrinis logaritmas: - logaritminiu slopinimo dekrementu. Logaritminis slopinimo dekrementas yra fizikinis dydis, skaitine verte atvirkštinis skaičiui virpesių, po kurių amplitudė sumažėja e kartų. Panaudoję išraišką, gauname: kai slopinimas mažas, tai: slopinimo dekrementas tampa lygus: Kontūro kokybė Panaudoję išraišką, gauname: kai slopinimas mažas , gauname O slopinimo dekrementas tampa lygus: Virpesių kontūro slopinamosios savybės dažniausiai apibūdinamos atvirkščiu logaritminiu slopinimo dekrementui dydžiu, vadinamu kontūro kokybe: Kai slopinimai maži: 33. Priverstiniai elektromagnetiniai virpesiai. Pilnutinė kontūro varža – impedansas. Rezonansinis dažnis. Priverstiniai elektromagnetiniai virpesiai. Virpesiai, kurie vyksta veikiant išorinei periodinei evj, vadinami priverstiniais. Vykstant priverstiniams virpesiams, energijos nuostoliai, atsiradę varžoje, kompensuojami išorinio energijos šaltinio. Todėl virpesiai yra neslopstantieji. Jeigu virpesių kontūrui paduosime išorinę periodinę įtampą: Virpesių diferencialinė lygtis atrodys: Ši lygtis analogiška mechaninių priverstinių svyravimų diferencialinei lygčiai. Tokia sistema aprašoma harmoniniais svyravimais: čia: ir Srovės amplitudės išraiška iš tikrųjų yra Omo dėsnis amplitudinėms vertėms. , kur dydis: vadinamas pilnutine elektrine varža. Pilnutinė varža dar vadinama impedansu. Ji nusako pilnąją varžą, kontūru tekant kintamai srovei. Impedansas susideda iš aktyviosios varžos (rezistanco) ir reaktyviosios varžos (reaktanso). Reaktansą sudaro induktyvioji varža - induktansas ir talpinė varža (kapisitansas). Kitoks yra įtampos UC rezonansinis dažnis. Panaudojus ir , išreiškiame kondensatoriaus įtampą: matome, kad įtampos amplitudė yra: iš vardiklio minimumo sąlygos gauname rezonansinį dažnį 34. Elektromagnetinės bangos – pagrindinės savybės. Elektromagnetinės bangos energija. Elektromagnetinių bangų spektras. Kintantis elektrinis ar magnetinis laukas kuria sūkurinius laukus, kurių liestinės kiekviename erdvės taške statmenos, juos sukūrusiam laukui. Iš to seka, kad elektromagnetinės bangos yra skersinės. Šiuo atveju turime plokščią elektromagnetinę bangą. • magnetinį lauką sukuria elektros srovė (judantys krūviai) pav.3. • magnetinis laukas aptinkamas pagal jo poveikį elektros srovei. Elektromagnetinės bangos energija Elektromagnetinės bangos, sklisdamos erdvėje, perneša energija. Šios energijos tūrinis tankis susideda iš elektrinio ir magnetinio laukų energijų turinio tankio: Elektromagnetinės bangos laukų stiprumus sieja lygybė: Todėl: ir Dar kartą pasinaudoję laukų stiprumų lygybę, gauname: bangos energijos tūrinį tankį padauginę iš jos sklidimo greičio, gauname energijos srauto tankį. arba vektoriškai: vadinamas Pointingo vektoriumi Energijos srauto tankis lygus energijos kiekiui, pernešamam per vienetinį laiko tarpą, pro vienetinį plotą, statmeną energijos sklidimo krypčiai. Elektromagnetinių bangų spektras Elektromagnetinių bangų dažninis spektras – nuo 104 iki 1020 Hz. Elektromagnetinės bangos skirstomos pagal dažnį: Radijo bangos: 1. Ilgosios bangos (10 km – 100 m), 2. Trumposios bangos (100 m – 10 m), 3. Video bangos (10 m – 0.01 m), 4. Mikrobangos (0.01 m – 1 mm). Infraraudonos (1 mm – 0.76 mm), Regimos (0.76 – 0.38 mm), Ultravioletinės (0.38 mm – 0.05 mm), Rentgeno spinduliai (0.05 mm g – spinduliai. - – 3 pm) 35. Pagrindiniai geometrinės optikos dėsniai. Santykinis ir absoliutinis lūžio rodiklis. Visiškas vidaus atspindys. Pagrindiniai geometrinės optikos dėsniai Atspindžio dėsnis: kritęs ir atsispindėjęs spindulys yra vienoje plokštumoje su statmeniu į atspindintį paviršių kritimo taške, kritimo kampas yra lygus atspindžio kampui. Spindulių nepriklausomumo sklidimo dėsnis: atskiri spinduliai sklinda nepriklausomai vienas nuo kito. Tiesaus sklidimo dėsnis: vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiai Lūžio dėsnis: lūžęs bangos spindulys yra toje plokštumoje, kurioje yra kritęs spindulys ir tiesė, statmena kritimo paviršiui. Kritimo ir lūžimo kampų sinusų santykis yra lygus santykiniam lūžio rodikliui. Santykinis ir absoliutinis lūžio rodiklis Santykinis lūžio rodiklis taip pat yra lygus šviesos greičių aplinkose santykiui. Jeigu šviesa krinta iš vakuumo (kurio lūžio rodiklis n=1) į aplinką, aplinkos lūžio rodiklis išreiškiamas ir vadinamas absoliutiniu lūžio rodikliu. Absoliutinis lūžio rodiklis yra aplinkos charakteristika, parodanti, kiek kartų toje aplinkoje šviesos greitis yra mažesnis, nei vakuume. Aplinka, kurios absoliutinis lūžio rodiklis yra didesnis, lyginant su kita, vadinama optiškai tankesne. Ir atvirkščiai - aplinka, kurios absoliutinis lūžio rodiklis yra mažesnis, lyginant su kita, vadinama optiškai retesnė. Visiškas vidaus atspindys. Didinant kritimo kampą, didėja ir lūžio kampas. Tam tikro dydžio kampu krintantis spindulys jau nepereina antrąją aplinką, o atsispindi pagal atspindžio dėsnius. Šis reiškinys vadinamas visišku vidaus atspindžiu, o mažiausias kritimo kampas, kuriam esant gaunamas visiškas vidaus atspindys, vadinamas ribiniu kampu ir. 36.Šviesos banginės savybės. Interferencija. Interferencijos maksimumo ir minimumo sąlygos. Svarbiausia šviesos banginė savybė – jos interferencija. Tarkime dvi, koherentinės elektromagnetinės bangos, sklinda beveik lygiagrečiai ir taške P susitinka. Mūsų nagrinėjamų bangų E vektorių išraiškos : Susitikimo taške P jų svyravimų atstojamoji amplitudė bus lygi: Interferencijos maksimumo ir minimumo sąlygos. Interferencinių maksimumų ir minimumų sąlygos. Maksimumo sąlyga: Tada Minimumo sąlyga: Tada Interferencijos panaudojimas. Prietaisai, kuriuose panaudojamas šviesos interferencijos reiškinys, vadinami interferometrais. Interferometrai yra dviejų tipų: 1) Vienuose šviesos banga išskaidoma į dvi koherentines bangas, kurios nueina skirtingo ilgio kelius ir sudėtos interferuoja. Šiai grupei priklauso J.Žameno, A.Maikelsono, V.Liniko ir kiti interferometrai. 2) Antruose šviesos banga išskaidoma į daug atskirų koherentinių bangų. Į šią interferometrų grupę įeina O.Liumerio ir E.Gerkio interferometras, Ch.Fabri ir A.Pero etalonas ir kt. 37.Difrakcijos sąvoka. Difrakcinė gardelė. Difrakcija erdvinėje gardelėje ir jos taikymas kristalografijoje. Difrakcijos sąvoka Šviesai sutinkant didelių matmenų objektus kontūrus, ekrane, esančiame už objekto, susidaro ryškus šešėlis. Kontrastingų šešėlių susidarymas tenkina geometrinės optikos dėsnius, kurios pagrindinis teiginys yra: optiškai vienalytėse aplinkose šviesa sklinda tiesiai. Tačiau geometrinė optika negalioja objektams, kurių dydis yra šviesos bangos ilgio eilės. Šviesa, sutikusi tokių matmenų objektus pagal savotiškus dėsnius užlinksta už jų. Šis reiškinys vadinamas šviesos difrakcija (lot. Difractic – sulaužytas). Kitaip tariant šviesos difrakcija vadiname jos bangų užlinkimą sutikus kliūtį, t.y. jų nuokrypį nuo tiesaus sklidimo. Todėl vietoje griežto geometrinio kliūties šešėlio gaunamas interferencinis vaizdas. Šio vaizdo pobūdis priklauso nuo kliūties matmenų ir formos. Difrakcija erdvinėje gardelėje ir jos taikymas kristalografijoje Šviesa gali difraguoti ne tik vienmatėje, bet ir dvimatėje ir erdvinėje gardelėje. Plačiausiai praktiškai taikoma rentgeno spindulių difrakcija kristaluose. Fridrichas ir Knipingas. Rentgeno spinduliams (λ~10-10 m.) kristalas yra natūrali erdvinė difrakcinė gardelė. 38.Kvantinės optikos pagrindai. Šiluminis spinduliavimas. Emisijos ir absorbcijos geba. Absoliučiai juodas kūnas. Kirchhofo dėsnis. Kvantinės optikos pagrindai Šviesos sklidimo dėsnius makro matmenyse - atspindžio, lūžimo ir šešėlio susidarymo reiškiniai lengvai paaiškinami laikant šviesą atitinkamų dalelių srautu. Optikos šaka, nagrinėjanti šviesos sklidimo dėsnius, laikydama šviesą dalelių srautu vadinama geometrine optika. 2. Šviesos banginiai reiškiniai – interferencija, difrakcija, dispersija ir kt. lengvai paaiškinami laikant šviesą elektromagnetinėmis bangomis. Todėl fizikos šaka, nagrinėjanti bangines šviesos savybes vadinama banginė optika. 3. Vėliau atrasti reiškiniai – šiluminio spinduliavimo, fotoefekto ir kt. dėsningumai negali būti paaiškinti vien banginėmis šviesos savybėmis. Šiuos reiškinius galima paaiškinti šviesą laikant ne tik bangomis, bet ir tam tikros energijos dalelių (korpuskulų) srautu. Fizikos šaka, nagrinėjanti korpuskulines šviesos savybes vadinama kvantine optika. Šiluminis spinduliavimas 1. Spinduliavimas – procesas apibūdinantis: 1.1 Sklindančių erdvėje elektromagnetinių bangų ar dalelių srautą, arba 2.1 Bangų ar dalelių sklidimą iš materialiosios sistemos 2. Spinduliavimas gali būti: šiluminis arba liuminescencinis. 3. Šiluminio spinduliavimo mechanizmai. Elektromagnetinės bangos generavimas. 4. Šiluminis spinduliavimas – spinduliavimas sukeltas medžiagos dalelių šiluminių virpesių. 5. Kiekvienas kūnas, kurio temperatūra aukštesnė, nei 0 K, spinduliuoja energiją. 6. Kūno išspinduliuotos energijos spektras ir intensyvumas priklauso nuo spinduliuojančio kūno savybių ir temperatūros. 7. Emisijos ir absorbcijos geba. Absoliučiai juodas kūnas. Tarkime, kad į kūno paviršiaus elementarųjį plotelį krinta dažnių intervalo nuo ν iki dν spinduliavimo energijos srautas: Šio srauto dalį kūnas sugeria. Nedimensinį jų santykį: vadiname kūno absorbcijos geba. Šis dydis priklauso nuo nagrinėjamojo kūno temperatūros ir krintančio spinduliavimo dažnio. Kūną, kurio bet kokioje temperatūroje visų dažnių spinduliavimo absorbcijos geba – G.Kirchhofas pavadino absoliučiai juodu kūnu. Galima pagaminti kūną, kurio spinduliavimo ir absorbcijos savybės labai artimos absoliučiai juodo kūno savybėms. Tai beveik uždara ertmė su nedidele anga. Kūnas, kurio absorbcijos geba pastovi visiems dažniams, tačiau yra mažesnė už vienetą, vadinamas pilkuoju. Kirchhofo dėsnis. Skirtingos temperatūros ir absorbcijos gebos kūnus patalpinkime termiškai izoliuotoje aplinkoje. Kiekvienas kūnas spinduliuoja ir sugeria šiluminius spindulius. Nustatyta, kad praėjus tam tikram laikui jų temperatūra suvienodėja. Tai gali atsitikti tik tada, jei kūnas, kuris per laiko vienetą daugiau energijos sugeria, per tą patį laiką jos daugiau ir išspinduliuoja. Šį dėsningumą 1859 m. kiekybiškai suformulavo G. Kirchhofas: konkrečioje temperatūroje kūno emisijos gebos ir absorbcijos gebos santykis nepriklauso nuo to kūno prigimties – tai visiems kūnams, tarp jų ir absoliučiai juodam kūnui, universali dažnio ir temperatūros funkcija (Kirchhofo dėsnis). Šis dėsnis skirtingiems kūnams išreiškiamas : - absoliučiai juodo kūno emisijos geba. Iš Kirchhofo dėsnio seka, kad jei kūnas smarkiau spinduliuoja energiją, tai geriau ją ir sugeria. 39. Energinis šviesis. Stefano ir Bolcmano dėsnis. Vyno poslinkio dėsnis. Planko dėsnis. Energijos kvantas. Energinis šviesis. Stefano ir Bolcmano dėsnis. Kūnų energinis šviesis yra tiesiog proporcingas absoliutinei temperatūrai T ketvirtuoju laipsniu. Vėliau nustatyta, kad šis teiginys teisingas tik absoliučiai juodam kūnui. 1884 m. L.Bolcmanas, remdamasis termodinamika, teoriškai gavo tokią pat išvadą. Todėl šis absoliučiai juodo kūno šiluminio spinduliavimo dėsningumas vadinamas Stefano ir Bolcmano dėsniu. Jis užrašomas: Proporcingumo koeficientas σ yra fundamentali fizikinė konstanta, vadinama Stefano ir Bolcmano konstanta. Eksperimentiškai nustatyta: Vyno poslinkio dėsnis. Spektrografu išskaidant absoliučiai juodo kūno spinduliavimą į spektrą ir tiriant šio spektro priklausomybę nuo temperatūros galima padaryti tokias išvadas: 1. Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektras yra ištisinis, t.y. spinduliuojamos įvairaus dažnio (ilgio) bangos. 2. Tam tikrą bangos ilgį λ0 atitinka spinduliavimo spektrinio tankio maksimumas. 3. Kylant temperatūrai T, šis maksimumas slenka link trumpųjų bangų. Planko dėsnis Tiriant absoliučiai juodo kūno spinduliavimą, to kūno teoriniu modeliu imama visais galimais dažniais virpančių harmoninių osciliatorių begalinė sistema. Pagal klasikinę elektrodinamiką kiekvienas toks osciliatorius spinduliuoja jo virpesių dažnio elektromagnetines bangas. Be to, pagal šią teoriją kiekvienos sistemos energija gali kisti tolydžiai, t.y. sistema gali išspinduliuoti bet kokias energijos vertes. Laikantis šios koncepcijos, teoriškai gautos kreivės (punktyrinė linija) neatitiko realių šiluminio spinduliavimo kreivių analizinės išraiškos. Energijos kvantas Šviesos kvanto energija tiesiogiai proporcinga šviesos dažniui: , kur proporcingumo koeficientas h yra vadinama Planko konstanta. 40. Išorinis fotoefektas. Einšteino lygtis fotoefektui. Fotonas, fotono energija. Išorinis fotoefektas Elektronų spinduliavimas iš kietųjų kūnų (metalų, puslaidininkių, dielektrikų) ir skysčių, absorbavus jiems elektromagnetinį spinduliavimą, vadinamas išoriniu fotoefektu. (Puslaidininkiuose ir dielektrikuose gaunamas ir vidinis fotoefektas). Išorinį fotoefektą pirmąkart 1887 m.pastebėjo H.Hercas. Teorinė interpretacija, laikant šviesą elektromagnetinėmis bangomis: Elektromagnetinės bangos intensyvumas I yra tiesiog proporcingas amplitudės kvadratui, todėl fotoefekto dėsningumai turėtu būti sekantys: 1. Elektronai neišlėks iš metalo tol, kol amplitudė Em (atitinkamai šviesos intensyvumas) nepasieks tam tikros metalui būdingos krizinės vertės, pakankamos išlaisvinti elektronui. Kitaip tariant, fotoefektui turėtų egzistuoti šviesos intensyvumo slenkstis. 2. Fotoelektronų energija turėtų būti tiesiog proporcinga šviesos intensyvumui. Einšteino lygtis fotoefektui Einšteino lygtis fotoefektui atitinka grafiką, kurioje tiesės posvyrio kampo tangentas yra lygus Planko konstantos h skaitinei vertei. Išlėkusio elektrono kinetinė energija yra lygi fotono energijos ir išlaisvinimo darbo skirtumui. Kai sugerto fotono energija A

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!