БилетNo 18

1. Квантово-волновой дуализм. Интерференция и дифракция света. Свет — это электромагнитные волны в интервале частот , воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 - 770 нм.
Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в среде скорость убывает.
Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции. Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее. На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны (рис. 46). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн,

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн, , наблюдается интерференционный минимум. Когда выполняется условие максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная


белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей просветления оптики.
При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку (рис. 47) падает монохроматический (определенной длины волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будутсобираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода I = d sin ф, где d — постоянная решетки — расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, ср — угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн, наблюдается интерференционный максимум для данной длины волны. Условие интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла ф. В результате при прохождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.
Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит. Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости — плоскости поляризации. Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность световых волн.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.
На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет — это электромагнитная волна. Эта гипотеза подтверждена свойствами, которыми обладает свет.

2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, пере­дача и использование электроэнергии. Трансформатор – это электротехническое устройство, которое служит для преобразования (повышения или понижения) переменного напряжения.

Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор представляет собой две изолированные друг от друга катушки (обмотки), намотанные на общий замкнутый сердечник. К одной из обмоток (первичной) подключается источник переменного тока, а к другой (вторичной) – потребитель.

Переменный ток в первичной обмотке создаёт в сердечнике переменный магнитный поток, который наводит ЭДС самоиндукции в каждом витке первичной обмотки

е= - DФ/Dt,

где DФ – изменение магнитного потока через один виток за время Dt. Этот же магнитный поток пронизывает и витки вторичной катушки и создаёт в каждом её витке ЭДС индукции, равную е.

Если первичная обмотка имеет n₁ витков, а вторичная n₂ витков, то в обмотках индуцируются соответственно ЭДС Е₁ и Е₂, равные

Возникающие в обмотках ЭДС пропорциональны числу витков.

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называют коэффициентом трансформации k.

Коэффициент трансформации определяется в режиме холостого хода.

Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой (нагрузка не подключена). В этом случае Е₁»U₁, E₂»U₂, где U₁ – напряжение источника, приложенное к первичной обмотке, а U₂ – напряжение на зажимах вторичной обмотки. Тогда

Если n₂>n₁ (k<1), то трансформатор называется повышающим, если n₂<n₁ (k>1), то - понижающим.

При передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны потери, связанные с нагреванием проводов. По закону Джоуля-Ленца Q=I²Rt. Уменьшение потерь можно достичь уменьшением силы тока. При данной мощности Р=IU уменьшение силы тока возможно при увеличении напряжения. Поэтому на электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы, а на месте потребления – понижающие.

3. Задача на последовательное и параллельное соединение проводни­ков.

Как изменится мощность электрической плиты, если два тепловыделя­ющих элемента сопротивлением 15 Ом каждый соединить последовательно, а не параллельно?

Дата добавления: 2015-08-31