Зависимость сопротивления от температуры

Изменение температуры вызывает изменение сопротивления проводников (большинство металлических проводников при увеличении температуры свое сопротивление увеличивают, а вода, угольные нити ламп, растворы и т.п. – уменьшают).

Изменение сопротивления проводника от температуры, приходящееся на каждый ом сопротивления данного проводника при изменении температуры его на 1° С, называют температурным коэффициентом.

Таким образом, температурный коэффициент характеризует чувствительность изменений сопротивления проводника к изменениям температуры.

22) Электрическая проводимость различных веществ. Электрический ток в полкпроводниках. Полупроводники и их применение.

Электри́ческая проводи́мость — способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.

Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводимостью металлов и диэлектриков.

Терморезисторах, фоторезисторах, полупроводниковом диоде, полупроводниковом триоде (транзисторе).

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, образующих так называемый электронный газ в металле. По этой причине металлическую проводимость часто называют электронной проводимостью.

24) Электрический ток в жидкости. Закон электролиза.

Электрический ток в жидкостях обусловлен движением положительных и отрицательных ионов. В отличии от тока в проводниках где движутся электроны. Таким образом, если в жидкости нет ионов, то она является диэлектриком, например дистиллированная вода. Поскольку носителями заряда являются ионы, то есть молекулы и атомы вещества, то при прохождении через такую жидкость электрического тока неизбежно приведет к изменению химических свойств вещества.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt при прохождении через элетролит тока I, пропорциональна силе тока и времени, т. е. m=kiΔt

В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. он состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока.
Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью.

Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях.

Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги.

Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному называется электрическим пробоем.

1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях.

2. Искровой разряд возникает при больших напряженностях электрического поля (»3×10⁶ В/м) в газе, находящемся под давлением порядка атмосферного.

3. Дуговой разряд. Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным — возникает дуговой разряд.

4. Коронный разряд — высоковольтный электрический разряд при высоком (например, атмосферном) давлении в резко неоднородном поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (например, острия).

-Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.

-газовые разряды используются всчётчиках Гейгера).

-Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания.

-Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций.

Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов).

26)ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ--электрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность;
- создать эл.ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;
- действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ или CRT)- это традиционная технология формирования изображения на «дне» герметично запечатанной стеклянной «бутылки».

Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле.

Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока.

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

где α — угол между векторами магнитной индукции и тока,
B — индукция магнитного поля,
I — сила тока в проводнике,
l — длина проводника.

Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.
Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

где dF — сила, с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током I,
dl — элемент длины проводника.

Направление силы dF определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила правой руки.
Сила dF максимальна, когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (α = 90, sinα = 1)

Магнитные св-ва веществ -Магнитные поля создаются либо постоянными магнитами, либо токами.

У большинства веществ внутри атомов магнитные поля отдельных электронов, а также магнитные поля отдельных атомов и молекул полностью или почти полностью скомпенсированы. Поэтому их магнитные свойства очень слабы они называются немагнитными.

28) Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого контура в нем возникает электрический ток, который называют индукционным током.

Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле уменьшает (компенсирует) изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого тока.

Правило Ленца:Индукционный ток всегда имеет такое направление, что взаимодействие его с первичным магнитным полем противодействует тому движению, вследствие которого происходит индукция.

Магнитным потоком через замкнутый контур площадью S называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции Б на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos а(Ф-вебер)

изменения магнитного потока пропорциональны изменению площади S

Закон Эл-Маг. Индукции: Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур:

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока:.(Это так же и самоиндукция ЭДС)

Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.В формуле,где

— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.

29) Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени.

Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — под действием внешней переменной силы.

Основные кинематические характеристики механического движения: траектория, путь, перемещение, скорость и ускорение.

30) Электромагнитные колебания — это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения.

Свободные электромагнитные колебания - колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия. Вынужденные электромагнитные колебания - колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.

Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания

Гармоническое колебание — колебания, при которых физическая (или любая другая) величина изменяется с течением времени по синусоидальному или косинусоидальному закону.

Амплитудой колебаний называют наибольшее смещение тела от положения равновесия х_оили Х_м. Это определяет величину, размер колебания. Периодом колебаний (Т) называют наименьший промежуток времени,через который движение.

31) Резистор, конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока

Резистор в цепи постоянного и переменного тока в любой момент времени обладает одним и тем же значением сопротивления R = U/I. Ток и напряжение совпадают по фазе. На векторной диаграмме направления этих векторов совпадают (рис.1).

Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает емкостным сопротивлением Xc:

Величину емкостного сопротивления можно рассчитать по формуле Xc = U/I, предварительно измерив напряжение на конденсаторе U и силу тока в цепи I.

При этом колебания силы тока в цепи опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на p/2. Если сила тока меняется по закону I = Imsin(wt), то напряжение - U = Umsin(wt - p/2).

В цепи, содержащей конденсатор, происходит периодический обмен энергией между генератором и конденсатором без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.

Катушка индуктивности, включенная в цепь переменного тока обладает сопротивлением:

Величину индуктивного сопротивления можно рассчитать по формуле XL = U/I, предварительно измерив напряжение на катушке U и силу тока в цепи I.

Отметим, что значение XL больше, чем сопротивление катушки в цепи постоянного тока. Это связано с тем, что при протекании переменного тока через катушку индуктивности благодаря явлению самоиндукции в последней возникает индукционное электрическое поле, противодействующее полю, создаваемому генератором переменного напряжения. Это индукционное поле и является причиной индукционного сопротивления XL.

Связь индуктивности и явления самоиндукции можно проследить, исходя из следующего соотношения:

L = ec, если скорость изменения тока самоиндукции равна dI/dt = 1 A/c.

В цепи, содержащей катушку индуктивности, колебания напряжения в цепи опережают по фазе колебания силы тока на p/2. Если напряжение меняется по закону U = Umsin(wt), то сила тока - I = Imsin(wt - p/2).

В цепи, содержащей катушку индуктивности, происходит периодический обмен энергией между генератором и катушкой без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.

ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ, ИНДУКТИВНЫМ И ЕМКОСТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Цепь переменного тока, в которую включены последовательно активное сопротивление r, индуктивность L, обладающая индуктивным сопротивлением ХL, и емкость С, обладающая емкостным сопротивлением Хс.

Под действием переменного напряжения в этой цепи протекает переменный ток.

Выясним, чему равно общее напряжение на зажимах цепи. Построим векторную диаграмму тока и напряжений для рассматриваемой цепи (рис. 57, б). Так как сопротивления соединены последовательно, то в них протекает одинаковый ток. Отложим по горизонтали, в выбранном масштабе вектор тока I. В цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе, поэтому вектор напряжения Uа откладываем по вектору тока.

Напряжение на индуктивности опережает ток на угол j = 90°. Поэтому вектор UL откладываем вверх

В цепи с емкостью, наоборот, напряжение отстает от тока на угол j = 90°. Поэтому вектор Uc откладываем на диаграмме вниз под углом 90° к вектору тока.

Для определения общего напряжения, приложенного к зажимам цепи, сложим векторы UL и UС. Для этого отнимем от большего вектора UL вектор UС и получим вектор UL-UC, выражающий векторную сумму этих двух напряжений. Теперь сложим векторы (UL-UC) и Ua. Суммой этих векторов будет диагональ параллелограмма – вектор U, изображающий общее напряжение на зажимах цепи.

На основании теоремы Пифагора из треугольника напряжений АО Б следует, что

Определим полное сопротивление цепи переменного тока, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления. Для этого разделим стороны треугольника напряжений АОБ на число I выражающее силу тока в цепи, и получим подобный треугольник сопротивлений А'О'Б'. Его сторонами являются сопротивления r, (ХL — Хс) и полное сопротивление цепи Z.

Пользуясь теоремой Пифагора, можно написать, что

Силу тока в цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями определяют по закону Ома:

На векторной диаграмме (рис. 57, б) видно, что в рассматриваемой цепи ток и напряжение генератора не совпадают по фазе. Из треугольника напряжений следует, что

Резонанс в электрической цепи — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тока при приближении частоты внешнего напряжения (эдс) и собственной частоты колебательного контура.

1 частота внешнего напряжения (ЭДС генератора) совпадает с собственной частотой колебательного контура

2 амплитуда тока зависит от величины активного сопротивления

3 разность фаз между током и напряжением равна нулю

4 напряжение на катушке индуктивности и напряжение на конденсаторе равны между собой и во много раз больше внешнего, равного напряжению на активном сопротивлении

5 общее сопротивление равно активному т.к XL=XC

6 амплитуда колебаний (величина заряда) устанавливается не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени

7 энергия полностью поступает в электрическую цепь и безвозвратно превращается в другие виды энергий.

32)Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).

Переменный ток имеет следующие характеристики: амплитуду, частоту, период.

Промежуток времени, по истечении которого изменение переменной величины (ЭДС, напряжения, тока) повторяются, называется периодом. Период измеряется в секундах и обозначается Т.

Число периодов в секунду называется частотой переменного тока. Частота обозначается f и измеряется в герцах (Гц).

Между периодом и частотой существует следующая зависимость: T = 1/f; f = 1/T

Переменный электрический ток имеет форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота.

Электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.

Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.

Максимальное значение напряжения электрического тока Umax - это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды. Среднее значение напряжения электрического тока Uср - это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

Максимальное же напряжение следует из формулы:

Получение однофазного переменного тока. Такой ток получают от генераторов переменного тока.Между полюсами N и S электромагнита вращается стальной цилиндр, на котором укреплена рамка, изготовленная из медного изолированного провода. Концы рамки присоединены к медным кольцам, изолированным от вала. К кольцам прижаты неподвижные щетки, которые соединены проводами с приемником энергии. Вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон индуктируются электродвижущие силы, которые, суммируясь, образуют общую электродвижущую силу. При каждом обороте рамки направление общей электродвижущей силы изменяется на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами электромагнита. Индуктируемая в рамке электродвижущая сила также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Следовательно, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться электродвижущая сила, периодически изменяющаяся по величине и направлению.

Если неподвижные щетки, соединенные проводами с приемником энергии, образуют замкнутую электрическую цепь, то от источника энергии к приемнику будет протекать переменный однофазный ток.

Время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл изменений по величине и направлению, называется периодом. Он обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Число периодов в секунду называется частотой переменного тока. Она обозначается буквой f и измеряется в герцах.

Так как частота показывает число полных циклов изменения тока по величине и направлению за одну секунду, то период определяется как частное от деления одной секунды на частоту: Т=1/f,

В технике применяют переменные токи различных частот. В России все электростанции вырабатывают электроэнергию переменного тока стандартной частоты - 50 гц. Этот ток называют током промышленной частоты и используют для снабжения электроэнергией промышленных предприятий и для освещения.

Получение трехфазного переменного тока. В технике широкое применение находит трехфазный переменный ток. Трехфазным током называют систему, состоящую из трех однофазных токов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе на одну треть периода друг относительного друга и протекающих по трем проводам. Трехфазный ток получают в трехфазном генераторе, создающем три электродвижущие силы, сдвинутые по фазе на угол 120° (одну треть периода).

Простейший генератор трехфазного тока представляет собой кольцеобразный стальной сердечник, на котором расположены три обмотки, сдвинутые одна относительно другой по окружности сердечника на 120°. Сердечник с обмотками называют статором генератора, а вращающийся внутри статора электромагнит - ротором. По обмотке ротора, называемой обмоткой возбуждения, проходит постоянный ток, который намагничивает ротор, образуя северный N и южный S полюсы. При вращении ротора созданное им магнитное поле пересекает обмотки статора, в которых индуктируется электродвижущая сила. Величина электродвижущей силы зависит от скорости, с которой магнитные силовые линии ротора пересекают магнитное поле статора. Полюсы ротора и обмотки статора должны быть такими, чтобы в каждой из обмоток статора возникала синусоидальная электродвижущая сила, сдвинутая по фазе на 120°.

Если к каждой из трех обмоток генератора подключить нагрузку, то в результате получатся три цепи однофазного переменного тока. При равенстве сопротивлений потребителей амплитуды токов в каждой цепи будут равны между собой, а фазовые соотношения между токами будут такими же, как и между электродвижущими силами в обмотках генератора. Каждую из обмоток генератора вместе с внешней цепью, присоединенной к ней, принято называть фазой. Чтобы из этих независимых однофазных систем образовать единую трехфазную систему, необходимо соединить отдельные обмотки. Обмотки генератора могут соединяться двумя способами: звездой и треугольником.

Напряжение между линейными проводами называют линейным, а напряжение, а каждой фазе - фазным.

Фазы трехфазного генератора соединяют следующим образом: конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой, а к точкам соединения фаз подключают линейные провода. Поскольку фазы потребителя или генератора при таком соединении подключаются непосредственно к линейным проводам, фазные напряжения их равны линейным, т. е. Uф=Uл, а линейные токи по абсолютной величине больше фазных в 1,73 раза при одинаковой нагрузке фаз. Соединение треугольником обмоток генераторов встречается довольно редко. В двигателях трехфазного тока концы обмоток можно соединить звездой или треугольником.

Активная, то есть полезная мощность однофазного переменного тока определяется по формуле: P = U*I*cos j

Коэффициентом мощности называется отношение активной мощности к полной:

Коэффициент мощности практически является косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением.

Чем меньше cos j имеет потребитель, тем меньше будет коэффициент полезного действия (кпд) машины, тем меньшую активную мощность будет отдавать генератор.

Недогрузка электродвигателей переменного тока;

Соединение обмоток электрической машины звездой

Соединение звездой – концы обмоток соединены вместе, а начала обмоток подключаются к линейным проводам.

Точка, в которой соединяются концы обмоток, называется нулевой или нейтральной. Провод, подключенный к ней, также называется нейтральным или нулевым.

Разность потенциалов между линейным и нулевым проводом называется фазным напряжением (Uф).

Разность потенциалов между двумя линейными проводами называется линейным напряжением (Uл).

Зависимость между линейным и фазным напряжением: Uл = Ö3 Uф

При соединении звездой линейный ток равен фазному. Iл = Iф

Соединение треугольником называется соединение, когда конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки, конец второй обмотки с началом третьей, конец третьей с началом первой обмотки.

При соединении треугольником: Uл = Uф; Iл = Ö3 Iф

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же самой частоты. Принцип работы трансформатора основан на явлении взаимоиндукции.

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки или отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации.

Выпрямители служат для преобразования переменного тока в постоянный.

34) Производство, передача и использование электрической энергии. Трансформаторы. Производство и использование электрической энергии. Передача электроэнергии. Альтернативные источники энергии.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую

энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при

Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования,

посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую

Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная)

энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является

Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока.

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в

сравнительно немногих местах. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров. Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. Чтобы уменьшить потери, нужно увеличить сопротивление.

Но для уменьшения R, к примеру, в 100 раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз.

Это в принципе невозможно. Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество

выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же эффект, что и от стократного утяжеления провода. Наиболее эффективным способом уменьшения потерь электроэнергии является повышение напряжения.

В наше время на электроэнергии работают большая часть предметов и приборов, которые люди используют как при работе, так и в быту. Свет в тёмное время суток мы получаем с помощью электроэнергии. Раньше, когда ещё не была открыта электроэнергия, книги, документы и т.д. оформлялись в ручную и это занимало большое количество времени. Сейчас же используются печатные машинки и компьютеры, которые работают на электроэнергии. Они позволяют в 8-10 раз увеличить скорость написания книги, документа и т.д., по сравнению с написанием вручную.

Сейчас основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность.

Трансформатор – это аппарат, предназначенный для повышения и понижения переменного напряжения при изменении частоты тока. Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.

Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный

металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого

располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет

солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем

в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,

таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о

катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих

жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность

извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она

многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок,

созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании

энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей

возможностей обуздать эту непокорную стихию.

35) Электромагнитные волны, гипотеза Максвелла. Волновые явления. Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн. Изобретение радио Поповым А. С. Принцип радиосвязи(модуляция и детектирование). Свойства электромагнитных волн. Радиолокация. Распространение радиоволн.

Распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля называются ЭЛЕКТРОМАГНЫТНЫМИ ВОЛНАМИ.

Подтоком смещения следует понимать изменяющееся электрическое поле. Именно оно, согласно гипотезе Максвелла, является вторым источником магнитного поля.

Явление порождения магнитного поля переменным электрическим полем называется магнитоэлектрической индукцией.

Под волновыми явлениями наука понимает механические колебания и всякого рода излучения (микроволны, радиоволны, свет и пр.)

Герц получал электромагнитные волны, возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения серию импульсов быстропеременного тока. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одна заряженная частица, а огромное число электронов, движущихся согласованно. В электромагнитной волне векторы и перпендикулярны друг другу. В данном случае вектор лежит в плоскости, проходящей через вибратор, а вектор перпендикулярен этой плоскости. Излучение волн происходит с максимальной интенсивностью в направлении, перпендикулярном оси вибратора. Вдоль этой оси излучения не происходит.

Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора (резонатора), представляющего собой такое же устройство, как и излучающий вибратор.

Первый радиоприёмник, реагирующий звонком на радиоволны, излучаемые грозовыми разрядами, был продемонстрирован 7 мая 1895 года русским учёным А. С. Поповым. В этом же году им был создан первый радиопередатчик. Для записи принимаемых от него сигналов на телеграфную ленту Попов включил в цепь звонка своего приемника телеграфный аппарат Морзе. 24 марта 1896 года Попов продемонстрировал первую в мире радиопередачу и приём телеграфного текста. Расстояние передачи было 250 м

Радиосвязью называют приём и передачу информации с помощью радиоволн с частотой примерно от 10^5 до 10^9 Гц.

Изменение амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равно частоте звукового сигнала, называется амплитудной модуляцией.

Детектирование (или демодуляция) – это процесс преобразования модулированных колебаний высокой частоты в низкочастотные колебания.

Радиолокация - обнаружение и определение местоположения различных объектов с помощью радиотехнических устройств.

Попадая на границу раздела двух сред, часть электромагнитных волн отражается, а часть проходит во вторую среду, преломляясь.

Распространение радиоволн, явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот.

36) Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Законы геометрической оптики (закон отражения, преломления, полного отражения).

Два способа передачи воздействий. От источника света, например лампочки, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, вызывая, в частности, их нагревание. Попадая в глаз, свет вызывает зрительное ощущение — мы видим. Можно сказать, что при распространении света происходит передача воздействий от одного тела (источника) к другому (приемнику). Вообще же действие одного тела на другое может осуществляться двумя различными способами: либо по средством переноса вещества от источника к приемнику, либо же по средством изменения состояния среды между телами (без переноса вещества).

Скорость света в вакууме определяется в точности 299792458 м/с (около 300 000 км в секунду)

Ско́рость све́та в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c» (произносится как [це]). Скорость света в вакууме —фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта.

А1) Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения лежат в одной плоскости.

А1 и А2 – составляют содержание закона отражения света.

Б1) Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела 2-х сред в точке падения луча лежат в одной плоскости.

Б2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред, равная отношению скоростей света в этих средах:

Б1 иБ2 – составляют содержание закона преломления света.

При > _o преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.

Угол падения ₀., соответствующий углу преломления 90°, называют предельным углом полного отражения.

37) 1 Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).

у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления

у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

3 Спектр - распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы).

По характеру распределения значений физической величины спектры могут быть дискретными (линейчатыми), непрерывными (сплошными), а также представлять комбинацию (наложение) дискретных и непрерывных спектров.

5 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.

В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральные анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения.

38) 1 Интерференция волн — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве. Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.

2 Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

Тот факт, что расположение интерференционных полос зависит от длины волны и разности хода лучей, позволяет по виду интерференционной картины (или их смещению) проводить точные измерения расстояний при известной длине волны или, наоборот, определять спектр интерферирующих волн (интерференционная спектроскопия).

применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).

Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий.

39) Дифракция Волн - явление огибания волнами препятствий и проникновение их в область геометрической тени. Явление дифракции можно качественно объяснить применением принципа Гюйгенса к распространению волн в среде при наличии преград.

Дифракцией света называется огибание световыми волнами границы непрозрачных тел и проникновение света в область геометрической тени. Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов(щелей, выступов) нанесенных на некоторую поверхность.Существуют отражательные и прозрачные дифракционные решетки. Дифракционная решетка применяется для разбития фронта световой волны, падающей на дифракционную решетку, на отдельные когерентные пучки.

Поперечность световых волн: Электромагнитные волны - это поперечные волны. Если свет - это тоже электромагнитные волны, то и они, следовательно, должны быть поперечными. Какие оптические явления подтверждают это? Если пропустить свет через кристалл шпата, то после вторичного прохождения света через такой же кристалл, при определенной ориентации светового луча и кристалла, луч практически полностью исчезает. Отсюда можно заключить, что в результате действия на свет первого кристалла вышедшая из него световая волна оказывается не такой, какой она была до этого. Это объясняется следующим образом. Некоторые кристаллы (особенно турмалин) обладают свойством пропускать только такие световые волны, в которых вектор напряженности Е имеет составляющую, параллельную определенному направлению в кристаллической решетке кристалла, называемому его осью. Естественный свет, создаваемый Солнцем или какими-либо обычными источниками, например лампами, представляет собой совокупность световых волн, излучаемых огромным количеством различных атомов. В таком свете колебания вектора Е происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения света. Если пучок такого света направить на кристалл турмалина, то через него будет пропущена лишь та часть падающего света, в которой электрический вектор ориентирован параллельно оси кристалла. В результате прохождения через кристалл турмалина свет из естественного превращается в линейно-поляризованный. Поляризация света: Процесс ориентации колебаний вектора Е световой волны в определенном направлении называется поляризацией света. 41) Геометрическая оптика: Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором свет рассматривается без учета его природы как совокупность отдельных и независимых друг от друга световых лучей. Линзы: Линза - это деталь из оптически прозрачного однородного материала (обычно стекло), ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. Фокус: Лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, после преломления в линзе либо сами (если линза собирающая), либо своими продолжениями в обратную сторону (если линза рассеивающая) проходят через точку, лежащую на этой оси и называемую главным фокусом линзы. Оптическая сила: Величина, обратная фокусному расстоянию линзы, называется ее оптической силой (D). D=1/F Диоптрия: Диоптрия (1 дп)- это единица измерения оптической силы линзы, т.е. оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Виды линз: Различают выпуклые (собирающие) линзы (у которых середина толще, чем края) и вогнутые (рассеивающие) линзы (у которых середина тоньше, чем края).

42) Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9·10¹⁴ — 3·10¹⁶ Герц). Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны^[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Открытие инфрокрасных лучей.- Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем. Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.

Применение инфракр. Лучей- Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии.в медецине.

Рентгеновские лучи проходят через непрозрачные тела и предметы, такие как, например, бумага, материя, дерево, ткани человеческого и животного организма и даже через определенной толщины металлы. Причем, чем короче длина волны излучения, тем легче они проходят через перечисленные тела и предметы.

Рентге́новская тру́бка — электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения.

Шкала электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу – длина волны в метрах, вверху – частота колебаний в герцах

1) электромагнитные колебания низкой частоты м

43) Гипотеза Планка — гипотеза, выдвинутая 14 декабря 1900 года Максом Планком и заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию Е, пропорциональной частоте ν излучения:

где h или h=h/2 π — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка. На основе этой гипотезы он предложил теоретический вывод соотношения между температурой тела и испускаемым этим телом излучением — формулу Планка.

Тепловое излучение или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.

Квантовая теория поля (КТП) — раздел физики, изучающий поведение квантовых систем с бесконечно большим числом степеней свободы — квантовых (или квантованных) полей; является теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и превращений. Именно на квантовой теории поля базируется вся физика высоких энергий, физика элементарных частиц и физика конденсированного состояния.

Именно на квантовой теории поля базируется вся физика элементарных частиц.

При построении квантовой теории поля ключевым моментом было понимание сущности явления перенормировки.

Фотон (от греч «свет»)— элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны.