Информационно - смысловые элементы текста по учебнику 10 класса по физике

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  И ФОРМУЛЫ КИНЕМАТИКИ.

1.      Механика – раздел физики, который изучает закономерности механического движения.

2.      Механическое движение – изменение положения тела в пространстве, относительно других тел, с течением времени.

3.      Главная задача механики - определение положения тела в любой момент времени

4.      Для определения положения тела должны быть заданы: тело отсчёта, система координат, координаты тела.

5.      Система отсчёта – тело отсчёта + система координат + часы.

6.      Движение может быть прямолинейным и криволинейным; вращательным и   

     поступательным; равномерным и неравномерным.

7.      Прямолинейное движение тела – траектория тела прямая линия.

8.      Криволинейное движение тела – траектория  тела кривая линия.

9.  Траектория – линия, вдоль которой движется тело.

10. Путь   – длина участка траектории.

11. Перемещение  – вектор, соединяющий начальное и конечное положение движущейся

      материальной точки.

12. Равномерное движение- движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит 

      одинаковые пути (          =         Х=Х_о     

13. Неравномерное движение - движение, при котором тело за равные промежутки времени 

проходит различные пути. (

                       = -скорость                а = - ускорение      

                                                                                           (характеризует  быстроту изменения скорости)                    

          Х=Х_о  - координата            - перемещение

14. Всякое движение относительно, это значит, что относительно разных систем отсчёта – движение

     различно.

15. Проявлением относительности движения является закон сложения скоростей:

                                                                                   

16. Если на тело с опорой действует только сила тяжести, то говорят, что  тело свободно падает, испытывает состояние невесомости:   Р=0   . При этом а=g.

17. В состоянии невесомости движение описывается уравнениями:                                                           

18. Движение тела под углом к горизонту.

                                            Y                                        

                                                                     g                                     Введём обозначения:                                                                  

                                           H                                                       

                                           L                                  X   

          Радиус кривизны траектории:

                                                    ДВИЖЕНИЕ ТОЧКИ ПО ОКРУЖНОСТИ              

1. Криволинейное движение по окружности может быть равномерным и равнопеременным.

2. При равномерном движении точки по окружности радиус-вектор R точки описывает за любые равные промежутки времени равные углы .

Это движение всегда с ускорением !!!

 

                                                                                                               

                                                                                                              

    Перемещение- хорда!     Ускорение - к центру!    Скорость – по касательной!                                           

Каждой точке траектории соответствует определённый радиус её кривизны R .

 ДАННОЕ ДВИЖЕНИЕ ХАРАКТЕРИЗУЮТ:

 Скорость 

                                                          угловая                

    линейная  

                                                                           

                                     (фи) – угол поворота радиуса.      

                                                                                                                       рад/с = const -  для данного движения

 Ускорение    а_ц.с.

  Ускорение при криволинейном равномерном движении называют центростремительным, т.к. в любой точке траектории оно направлено к центру.     Вектор ускорения в каждой точке траектории перпендикулярен вектору скорости в данной точке.

                                                                              

 Период обращения Т-

наименьший промежуток времени, через который движение повторяется, т. е. время за которое тело совершает один оборот. 

                                 

Частота обращения  - число оборотов за 1с                                                              

                                                                                   

3. При равнопеременном движении точки по окружности радиус-вектор R точки описывает за любые равные промежутки времени равномерно изменяющийся угол , т.е. угловая скорость вращения при данном виде движения изменяется.

4. Отношение - называется угловым ускорением

5. При равнопеременном движении точки по окружности полное ускорение  складывается из двух ускорений: касательного (тангенциального) и  нормального (центростремительного)

6. Касательное (тангенциальное) ускорение равно:

7. Нормальное (центростремительное) ускорение равно:

8. Полное ускорение:

9. Тангенциальное ускорение направлено по направлению скорости (по касательной), центростремительное направлено в центр – полное – есть сумма этих двух составляющих.

ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ.

1. Динамика изучает причины, приводящие к тому или иному виду движения.

2. Причиной движения является результирующая сила, действующая на тело.

3. Эффект действия силы зависит от: 1) модуля силы; 2) направления силы; 3) точки приложения силы; 4) времени её действия;  5) площади, на которую действует сила.

2. Инерция – свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не подействуют другие тела (или сила).

3. Существуют инерциальные и неинерциальные системы отсчёта.

4. Инерциальные системы отсчёта  - это такие системы, которые находятся в покое или движутся прямолинейно равномерно по отношению к движению исследуемого тела.

5. Мерой инерции тела является его масса:

6. Ньютон ввёл три основные законы динамики.

7. 1 закон Ньютона: существуют такие со, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.

8. 2 закон Ньютона: ускорение, приобретаемое телом под действием внешних сил, пропорционально величине этих сил и обратно пропорционально массе тела:     

9. 3 закон Ньютона: силы, с которыми тела действуют друг на друга в инерциальных со, равны по величине и противоположны по направлению. Эти силы приложены только к разным телам!

10.  Все законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчёта и при скоростях << c.

11.  Взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу, называют гравитационным.

12.  Между любыми двумя материальными точками действует сила притяжения

13.  Сила притяжения прямо пропорциональна произведению масс этих тел (точек) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:      закон всемирного тяготения

Область применимости закона всемирного тяготения:                                                                        

          - для медленно движущихся тел;

          - для материальных точек (для тел, размеры которых значительно меньше, чем расстояние между ними); для тел, имеющих форму шара (для шара большего радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых значительно меньше размеров шара).

14. Гравитационное взаимодействие осуществляется гравитационным полем. Такое поле существует

      вокруг любого тела (например, планеты, камень, человек, лист бумаги и т.д.).

15.  Гравитационное поле обладает всепроникающей способностью.

16.  Силовой характеристикой   гравитационного поля является ускорение свободного падения: 

                                               - на поверхности Земли (h = 0).

                              , где   R – радиус Земли (R _З = 6,4 · 10 ⁶ м)

                                                                              M – масса Земли (М =  6 · 10 ²⁴ кг)

                                                                              h -   высота над поверхностью Земли (м)

                                                                             g – ускорение свободного падения (м / с ² ).        

18. Ускорение свободного падения зависит:

     от высоты над поверхностью Земли;

     от широты местности;

     от плотности пород земной коры;

     от формы Земли (приплюснута у полюсов).

19. Ускорение свободного падения не зависит от массы тела.

20. Тело в  гравитационном поле, поднятое на высоту h, обладает потенциальной энергией:

                                                                                                                                   W_п = m g h     (Дж)

21. Две материальные точки  или два однородных шара обладают потенциальной энергией  

      гравитационного взаимодействия:    

ИМПУЛЬС ТЕЛА. ЭНЕРГИЯ.

1. Импульс тела – векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость:             

                                                                                            

2. Импульс силы – векторная величина, равная произведению силы, действующей на тело, на время действия этой силы :     

3. Замкнутая система тел – система на которую не действуют внешние силы

4. ЗСИ – геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной.

                                   

5. Используя понятие импульса, второй закон Ньютона можно записать так:

          

6.          - это уравнение выражает второй закон Ньютона в импульсном виде:

Импульс силы равен изменению импульса тела.

7. Следствием закона сохранения импульса является реактивное движение:

8. Энергия - физическая величина, показывающая может ли тело совершать работу. Если тело может совершить работу, то оно обладает энергией!

                                                                                  = 

                                                              кинетическая – энергия движения   

Механическая энергия                     она всегда положительна и величина её определяется выбором

                                                                                      системы отсчёта

                                         Потенциальная – энергия положения или взаимодействия тел.                                                             

                                                   1                     

                                                                                                                      Земля 0                            2

 

                                                                                                                                                3

9. Закон сохранения энергии:

Полная механическая энергия замкнутой системы тел остаётся неизменной

      

W_п1, W_к1 – потенциальная и кинетическая энергия системы в первый момент времени

W_п2, W_к2 – потенциальная и кинетическая энергия системы в следующий момент времени

10. Если в замкнутой системе действует сила трения, то механическая энергия не сохраняется, часть её переходит во внутреннюю энергию. Таким образом, энергия не создается и не исчезает, а лишь передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую в равных количествах.

УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ. ВЯЗКАЯ ЖИДКОСТЬ. ОБТЕКАНИЕ ТЕЛ.

ПОДЪЁМНАЯ СИЛА КРЫЛА.

1. Гидроаэромеханика –  наука, изучающая механические свойства жидкостей и газов, их движение и движение твердых тел в них.

2. Общие свойства жидкостей и газов:  текучи и легко изменяют форму.  

3. При стационарном течении жидкости (газа), когда все частицы среды имеют одинаковую скорость, через любое сечение потока жидкости (газа) за единицу времени проходит одинаковая масса жидкости (газа).   m = ρ · υ · S· t      

4. Если жидкость однородна и несжимаема, т.е.  ρ = const,  то  υ·S = const  или 

                                υ ₁ · S₁ = υ ₂ · S₂     - уравнение неразрывности,                                             υ – скорость течения (м / с), S – площадь сечения потока (м ² ), ρ – плотность жидкости (кг / м ³).

5. Согласно уравнению неразрывности скорость течения больше там, где сечение потока меньше.

6. Полное давление в любом сечении установившегося потока одинаково согласно уравнению Бернулли

    p₁ + ρ· g · h ₁ +  = p₂ + ρ · g · h ₂ +         - уравнение Бернулли

7. Давление текущей жидкости (газа) больше там, где скорость течения меньше, и, наоборот, меньше там, где скорость течения больше:  p ₁ · υ ₁ = p ₂ · υ ₂          закон Бернулли

8. Скорость истечения жидкости из достаточно большого сосуда через малое отверстие равна

          υ =           - формула Торричелли, 

h ₁ – высота жидкости в сосуде,                                                                                                                                         h ₂ – высота расположения отверстия, из которого истекает жидкость (h ₁ > h ₂ ).

9. Течение жидкости или газа называют стационарным, если скорость и давление остаются постоянными в каждой точке пространства, где протекают жидкость или газ.

10. При небольших скоростях жидкость (и газ) течет как бы разделенной на слои, которые скользят друг относительно друга не перемешиваясь, такое течение называют ламинарным.

11. При увеличении скорости характер течения жидкости изменяется. Течение, у которого слои жидкости, начинают беспорядочно перемещаться и возникают завихрения, называют турбулентным.

Турбулентное течение нестационарное.

12. Вязкость (внутреннее трение) – трение между проскальзывающими относительно друг друга слоями жидкости, а не между жидкостью и твердым телом.  

13. Вязкость жидкости  сильно зависит от температуры. При повышении температуры вязкость жидкости уменьшается.

14.        --  сила внутреннего трения,  где η – коэффициент вязкости (кг/ м · с),                   

 S –  площадь соприкосновения слоёв (м ²), υ – скорость слоев (м / с), d – расстояние между слоями (м).

15. При движении твердых тел в жидкости или газе возникает сила сопротивления.

16.Форму тела, при которой сила сопротивления мала, называют обтекаемой.

17.  Каждое крыло у самолета в сечении имеет несимметричную форму. Воздушный поток обтекает крыло с разной скоростью сверху и снизу так, что давление воздуха на крыло сверху меньше, чем снизу. Благодаря этому возникает подъёмная сила, которая действует на крылья летящего самолёта.

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО – КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ.

1.      МКТ изучает тепловые явления на основе предположения, что тела состоят из молекул и атомов.

2.   МКТ строения вещества была создана М.В. Ломоносовым.

3. Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая все его свойства и способная к  

    самостоятельному существованию.

4. В основе МКТ лежат три положения:

    1. Все тела в природе состоят из молекул, между которыми есть промежутки.                                      Опытные факты, которые подтверждают это положение:                                                                                                                                                               

      Наблюдение молекул с помощью ионного проектора, электронного микроскопа.                                                         

      Определение размеров молекул: их диаметра, массы, объёма.

     2. Молекулы находятся в состоянии непрерывного хаотического движения.   

Опытные факты, которые подтверждают это положение:                                                                                                                           

      Броуновское движение – это беспорядочное непрерывное движение мельчайших, взвешенных в жидкости или газе частиц какого-либо твердого тела под ударами молекул жидкости или газа. 

      Диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в межмолекулярное пространство другого.     

      Давление газа на стенки сосуда. 

     3. Между молекулами существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания.

Опытные факты, которые подтверждают это положение: 

      Сохранение формы твердых тел.          

      Оказание сопротивления сжатию тел.

      Прилипание стекла к воде.

5. Средний диаметр молекулы  10 ^{– 10 м.}       Средняя масса молекулы   10 ^{– 26 кг}.

6. Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества (Мŗ) называют физическую величину, показывающую, во сколько раз масса молекулы (или атома) данного вещества больше  массы атома углерода:           Мŗ =              

7. Количество вещества (ν) – величина, пропорциональная числу молекул (N) данного вещества (измеряется в молях).      ν =       

8. Число Авогадро (N _А) – число молекул в 1 моле вещества.   N_А = 6,02 · 10 ²³ моль ^{– 1} .

9. Молярная масса (М) – масса 1 моля вещества.          М = N_A · m ₀ =        ,   

где m ₀ – масса молекулы данного вещества,      m = N · m ₀      - масса данного вещества.     

10. Концентрация молекул, которая показывает, какое число частиц содержится в единичном объеме вещества      n =          

11. ГАЗЫ. Расстояние между молекулами или атомами во много раз больше размеров самих молекул. Вследствие этого силы взаимодействия между молекулами очень незначительны.                             Молекулы движутся по прямым, сталкиваясь, друг с другом или со стенками сосуда. Многочисленные удары о стенки сосуда создают давление газа.  В газах потенциальная энергия молекул во много раз меньше кинетической энергии молекул.

12. ЖИДКОСТИ. Молекулы в жидкостях расположены почти вплотную друг к другу. На таких расстояниях их притяжение уже значительно. Молекулы совершают колебательное движение около положения равновесия и время от времени “прыгают” из одного положения равновесия в другое, что приводит к свойству текучести жидкости. В жидкостях кинетическая энергия молекул соизмерима с их потенциальной энергией.

13. ТВЕРДЫЕ ТЕЛА. Атомы и молекулы твердых тел находятся ближе друг к другу, чем в жидкостях и газах. У большинства твердых тел они расположены в строгом порядке и совершают колебания около неизменных положений равновесия – узлов. В кристаллическом теле выделяется некоторое определенное правильное расположение узлов, которое носит название кристаллической решетки.      

ТЕМПЕРАТУРА.

1. Температурой называется скалярная физическая величина, характеризующая интенсивность теплового движения молекул.

2. Температуру измеряют термометрами.

3. Основные виды термометров:

      Спиртовые или ртутные. Их действие основано на зависимости объема жидкости от температуры  

      Газовые, в основе действия, которых лежит изменение давления газа от температуры.

      Электрические. В основе их работы лежит зависимость электрического сопротивления от температуры

      Пирометры. Их работа основана на изменении оптических свойств веществ и лучеиспускательной способности от температуры.                                                                                                          

С помощью пирометров измеряют большие температуры, которые существуют в доменных и мартеновских печах.

У всех термометров есть реперные точки, т.е. точки, в которых вещество может находиться одновременно в нескольких агрегатных состояниях.

4. Шкала температур Цельсия ().                                                                                                                                 Реперные точки: 0 ⁰ С – температура таяния льда и замерзания воды, 100 ⁰ С – температура кипения воды. 

5. Абсолютная температура – температура Т, измеренная по шкале Кельвина.

Кельвин предложил лишь одну реперную точку 0 К. Температура, при которой полностью прекращается поступательное движение молекул в теле, называют абсолютным нулем температур. Самая низкая температура, которую даже теоретически нельзя получить.

6. Соотношение между абсолютной температурой (Т) и температурой (t) по шкале Цельсия:

                                           T (К) =t⁰С+ 273

7. Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул в макротелах.

8.      К отдельным молекулам понятие температуры неприменимо.

9.      Состояние системы можно описать с помощью трёх макропараметров:  (давления, объёма и 

     температуры).

10.  Термодинамическое равновесие системы – такое состояние системы, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными, а температура у всех тел системы одинаковая.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МКТ.

1. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ – это идеализированная модель, согласно которой:

      размеры молекул газа пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними;

      между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;

      столкновения молекул газа между  собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа позволяет вычислить давление газа р, если известны масса m ₀  молекулы газа, среднее значение квадрата скорости   и концентрация n молекул:

     р =         - основное уравнение МКТ.

3. Среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа:

                                

4. Основное уравнение МКТ можно записать и так:

                          р =  

Давление идеального газа пропорционально плотности кинетической энергии

5. Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа пропорциональна его абсолютной температуре.            

                          k = 1,38 · 10 ^{– 23} Дж / К – постоянная Больцмана.

6. Опытный факт: для любых газов, находящихся в состоянии теплового равновесия,     

                                                           

7. Соотношение между давлением, концентрацией молекул и абсолютной температурой

                       р = n k T    - закон Авогадро

9.      Закон Авогадро: в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.

 

10.  Скорости молекул газа экспериментально определил Штерн:

УРАВНЕНИЕ МЕНДЕЛЕЕВА – КЛАПЕЙРОНА. ИЗОПРОЦЕССЫ.

                                                      

                                                                                                        Уравнение Менделеева

                                                                                                            Клапейрона (уравнение

                                                                                                                          состояния идеального газа)

                m, M – const                                          

                                                                                              Уравнение Клапейрона                                                              

Изопроцесс-  количественная зависимость между двумя параметрами при постоянном значении

третьего параметра.                                           

                                               Изопроцессы

Изотермический процесс (закон Бойля – Мариотта)

Процесс изменения состояния термодинамической системы, идущий при постоянной температуре

1662г. анг. Бойль и 1667г. фр. Мариотт  

                    const    pV= const                                                

                      p₁V₁= p₂V₂                для двух состояний газа

Для данной массы газа при неизменной температуре, произведение давления газа на его

объём есть величина постоянная.

                                        P                                                   V                                                  P

 

                                                                       V                                                  T                                                 T

Изобарный процесс (закон Гей – Люссака)

Процесс изменения состояния термодинамической системы, идущий при постоянном давлении

1802г. фр. Гей – Люссак

                             для двух состояний газа

Для данной массы газа при неизменном давлении, отношение его объёма к температуре

есть величина постоянная.                                        

                                      V                                                      P                                                  P

                                                                     T                                                     T                                                 V

Изохорный процесс (закон Шарля)

Процесс изменения состояния термодинамической системы, идущий при постоянном объёме.

Конец 18в.фр. Шарль

                               для двух состояний газа

Для данной массы газа при неизменном объёме  отношение давления газа к его температуре

есть величина постоянная.

                              P                                                   V                                                 P                                                                                                             

                    

                                                                  T                                                   T                                                 V

Область применения: уравнение состояния и газовые законы достаточно точно описывают

поведение реальных газов при небольших давлениях и высоких температурах.

Закон Дальтона: Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений газов,

образующих смесь        р= р₁+р₂+р₃+…+р_N,          где р₁,р₂,…,р_N-парциальные давления газов

Парциальное давление- давление, которое производил бы газ, входящий в состав смеси,

если бы он был один в сосуде. 

Вывод: Уравнение состояния содержит в себе в качестве частных случаев газовые законы,

связывающие изменение двух термодинамических параметров при неизменном значении третьего:

 

                      при Т=const           PV= const      ( закон Бойля – Мариотта)

                      при P= const           = const     ( закон Гей – Люссака)

                      при V= const             = const   ( закон Шарля)

Применение газов в технике: 

      Газ как амортизатор (камера автомобиля)

      Газ как рабочее тело двигателей

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.

1.       Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.

2.      Физические процессы, протекающие в телах при их нагревании или охлаждении, называются тепловыми явлениями.

3.      Существует два метода для изучения тепловых явлений: термодинамический (с точки зрения теплоты и работы)  и молекулярно – кинетический (с точки зрения поведения атомов и молекул)

4.      Энергия бывает механическая (потенциальная и кинетическая) и внутренняя.

5. Внутренняя энергия – энергия внутри тел (U).

6. Внутри – частицы.

7. Внутренняя энергия – сумма кинетической и потенциальной энергии частиц:     U = (W _k + W _п) · N        

8. Единицей  измерения  внутренней энергии в системе СИ является ДЖОУЛЬ-.

9. Внутренняя энергия идеального газа  равна сумме кинетических энергий хаотического движения всех молекул, а потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю.

                                          U = W _k · N       

    10. Внутренняя энергия идеального газа: U =·ν RT = = ··RT = ·pV    

                                                     i = 3, если газ одноатомный

                                                     i = 5, если газ двухатомный

                                                        i = 6, если газ многоатомный

Внутреннюю энергию тела можно изменить.

11. Изменение внутренней энергии (ΔU) данной массы газа происходит только при изменении его температуры:

                                                 ΔU = ·ν R ΔT = = ··R ΔT 

Есть два способа изменения внутренней энергии тела: совершение работы и теплопередача.

12. Передать тепло можно тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Количество теплоты (Q) – мера энергии, переданной от одного тела к другому в результате теплообмена.       Q = ΔU.  

13. Нагревание и охлаждение:      Q = c m (t ₂ – t ₁) = c m Δt  = с m ΔT  —  количество теплоты

Δt =  ΔT,                                                                                                                                                

с – удельная теплоемкость (Дж/ (кг· ⁰ С)) – энергия, необходимая для нагревания тела                              массой в 1 кг на 1⁰ С (на один кельвин).

14. Теплоемкость тела (С) называют количество теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы изменить его температуру на 1 К.     C = c · m    . Единица измерения теплоемкости тела -  Дж / К.

15. Плавление и кристаллизация (отвердевания):             Q = λ · m    ,

λ – удельная теплота плавления (отвердевания) (Дж/ кг) равна количеству теплоты, необходимому для

      превращения 1 кг твердого вещества в жидкость при температуре плавления.

16. Парообразования и конденсация:             Q = L · m    ,                                                                                                  

L – удельная теплота парообразования (Дж/ кг) равна количеству теплоты, необходимому для

      превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении. 

17. Сгорание топлива:                Q = q · m    ,                                                                                                                                   q – удельная теплота сгорания (Дж/ кг) показывает, какое количество теплоты выделяется при полном

      сгорании топлива массой 1 кг.

18. Тепло выделяется в процессах: а) охлаждения, б) кристаллизации, в) конденсации,                                      

                                                            г) сгорании топлива.

19. Тепло поглощается в процессах: а) нагревания, б) плавления, в) парообразования (испарение и кипение).

20. Если в теплообмене участвует несколько тел, то количество теплоты, отданное телами (Q _О), внутренняя энергия которых уменьшается, должно быть равно количеству теплоты,                          полученному ими (Q _П):         ∑ Q _О  = ∑ Q _П        — уравнение теплового баланса. 

21. А – работа – физическая величина, характеризующая изменение внутренней энергии при совершении газом работы.

22. Работа в термодинамике:      А  = p (V₂ – V₁ ) = p ΔV    . 

Можно определить численное значение работы графическим способом: Работа газа численно равна площади заштрихованной фигуры, ограниченная графиком р = f (V), осью OV и перпендикулярами к ней.

23. Работа и количество теплоты являются мерой изменения внутренней энергии, в этом заключается их эквивалентность. Теплота может быть получена путём совершения механической работы.

24. Англ. Б. Румфорд впервые заметил, что нагреть тело можно без сообщения ему количества теплоты, а совершив над ним работу (сверление пушечного ствола).

25. Англ. Джоуль попытался установить количественное соотношение между теплотой и механической энергией (при совершении работы 4,2 Дж происходит такое же повышение температуры, как и при сообщении телу количества теплоты в 1 кал.)

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ К ИЗОПРОЦЕССАМ.

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ.

1.      Из опытов Джоуля и Майера, Румфорда и Гельмгольца был сформулирован закон сохранения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и никуда не исчезает; она только переходит из одной формы в другую, от одного тела к другому, а полная энергия в замкнутой системе тел остаётся величиной неизменной.

2.      Первый закон термодинамики является законом сохранения и превращения энергии для тепловых процессов: любое изменение внутренней энергии тела возможно при совершении им самим или над ним работы, или при сообщении телу количества теплоты.

3.      Математическое выражение первого закона термодинамики имеет вид:  , знак «-» ставится если работу совершает газ; знак «+», если работу совершают над газом.

4. Применимо к изопроцессам 1 закон термодинамики имеет вид:

      Изохорный процесс: V = соnst,  А = p · ∆V = 0.

                                                       Первый закон термодинамики  Q = ∆ U

      Изобарный процесс: p = const;

                                            Первый закон термодинамики Q = ∆ U + А

      Изотермический процесс: Т = const, ΔU = ·ν R ΔT=0

                                                        Первый закон термодинамики Q = A.

 Если газ расширяется, то A > 0, поэтому Q > 0 и газ получает тепло.

 Если газ сжимается, то A < 0, поэтому Q < 0 и газ отдает тепло в окружающую среду.  

5. Адиабатный процесс – процесс, который происходит без теплообмена с внешней средой, т.е.Q = 0,                          

                                                      Первый закон термодинамики А =  - ∆ U. 

6. Тепловые двигатели – это двигатели, которые превращают внутреннюю энергию в механическую работу.

7. Общее свойство всех  тепловых двигателей – это цикличность, в результате чего рабочее тело возвращается в исходное положение.

8. Все тепловые двигатели работают по круговому циклу, т.е. возвращаются в исходное состояние.

9. Необратимый процесс - это все процессы, сопровождающиеся теплопередачей теплоты от более нагретого тела к более холодным.

10. Устройство теплового двигателя:

      Нагреватель – сгорающее топливо.

      Рабочее тело – газ или пар.

      Холодильник – тело, которое охлаждает рабочее тело (может быть окружающая среда).

11.  КПД теплового двигателя – отношение полезно использованной энергии к затраченной энергии:

                η = ,   где А – работа газа;

 12. Максимальный КПД  η _mах =     

13. Второй закон термодинамики: Внутренняя энергия тела не может самопроизвольно переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой.

Согласно второму закону термодинамики, нельзя все количество теплоты, подведенное к телу, превратить в работу.

Математическая запись второго закона термодинамики: .

СВОЙСТВА ПАРОВ.

1. Насыщенный пар – пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

2.      Ненасыщенный пар  – пар, у которого число молекул, покидающих жидкость, больше числа молекул, возвращающихся в неё.

3.      Динамическое равновесие – это число молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в единицу времени, равно числу возвращающихся молекул конденсируемого пара.

4. Свойства насыщенного пара.

    Давление насыщенного пара:

      не зависит от объёма над испаряющейся жидкостью при Т = const;

      зависит от рода жидкости;

      зависит от температуры: чем > T, тем > p; а также

      р – max при Т кипения.

5. Давление и плотность насыщенного пара зависит только от температуры и рода вещества;

                      плотность насыщенного пара при Т= const не изменяется.

6. Пар можно перевести из ненасыщенного в насыщенный:                                                                   

          а) понизить температуру;

          б) уменьшить объём;       

          в) увеличить давление.                                                                                         

        Например, потеют стекла, стены в ванной комнате и т.д.

7. Пар можно перевести из насыщенного в ненасыщенный:  

          а) увеличить объём;                        б) повысить температуру.

8. Однородная жидкость, температура которой при заданном внешнем давлении превосходит температуру кипения, называется перегретой.

9. Критическая температура – температура, при которой исчезает разница между жидкостью и её насыщенном паре

10. Особое значение Т _{критической}  состоит в том, что при температурах выше Т _кр. газ  нельзя обратить в жидкость ни при каких давлениях.

11. Газом называют вещество в газообразном состоянии, когда его температура выше критической, а паром – когда температура ниже критической.

12. Влажность – содержание водяных паров в воздухе (абсолютная и относительная)

13.  Абсолютная влажность воздуха показывает, какая масса воды содержится в единице объёма.

                                                

14.  Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при данной температуре:

                                                                                                                                                                        

где ρ – плотность водяного пара, фактически находящегося в воздухе при данной температуре (кг / м ³);

ρ _н – плотность насыщенного водяного пара при той же температуре (кг / м ³);

р – давление водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре (Па);

р _н – давление насыщенного водяного пара при той же температуре (Па);

 15.Точка росы – это температура, при которой водяной пар становится насыщенным. Зная точку росы, можно определить абсолютную влажность и наоборот.

16. Приборы, служащие для определения влажности воздуха: гигрометры (абсолютной) и психрометры (относительной влажности). 

Психрометр состоит из двух термометров (сухой и влажный) + психрометрическая таблица.

Действие жидкостных термометров основано на тепловом расширении жидкостей при нагревании.

17. Влияние влажности воздуха на процессы, протекающие на Земле:

а) на развитие флоры и фауны;

б) на урожай сельскохозяйственных культур;

в) на здоровье человека (теплообмен организма с окружающей средой).

г) на синоптическую метеорологию (изучение атмосферных процессов в связи с прогнозированием погоды).

18. Влияние влажности воздуха на технологические процессы:

а) сушка и хранение готовых изделий;

б) в книгохранилищах, музеях, архивах;

в) в полиграфических, ткацких, кондитерских, фармакологических производствах;

г) в космических кораблях, в барокамерах.

СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ.

1. На молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, со стороны остальных молекул действуют силы, направленные внутрь жидкости.

2. Поверхностный слой молекул находится в состоянии, напоминающем растянутую упругую пленку, стремящуюся сократить свою поверхность.

3. Сила поверхностного натяжения – это  сила, стремящееся удержать участок поверхностного слоя в растянутом состоянии, и направлена вдоль поверхностного слоя.

4. Величина силы поверхностного натяжения

F = σ × ℓ,

где  ℓ - длина  края (периметр) поверхностного слоя жидкости (м);

     σ – коэффициент поверхностного натяжения (Н / м или Дж / м ²).

5. Коэффициент поверхностного натяжения (или поверхностное натяжение) σ зависит:

      от рода жидкости; 

      от температуры жидкости.

6. Коэффициент поверхностного натяжения уменьшается с увеличением температуры и обращается в нуль при критической температуре.

7. Поверхностная энергия (или энергия поверхностного слоя) – это потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости

                                ∆ W = σ × ∆ S,

где ∆ S – изменение площади свободной поверхности жидкости (м ²).

8. При соприкосновении твердых тел с жидкостями наблюдаются явления смачивания или несмачивания.

9. При смачивании силы сцепления между молекулами твердого тела и жидкости немного приподнимают жидкость у стенок сосуда, и поверхность жидкости в узких сосудах получается вогнутой.

10. При несмачивании силы сцепления между молекулами твердого тела и жидкости немного опускают жидкость у стенок сосуда, и поверхность жидкости в узких сосудах получается выпуклой.

11. Высота подъёма (или глубина опускания) жидкости в капиллярной трубке

h =  или      h =,

где ρ – плотность жидкости (кг / м ³);        

σ – коэффициент поверхностного натяжения (Н / м или Дж / м ²);

r – радиус капиллярной трубки (м);        g = 9,8 м / с ² – ускорение свободного падения;

- краевой угол между касательной к поверхности жидкости и стенкой трубки.

12. Если жидкость смачивает стенки капилляра, то h > 0 – жидкость поднимается;

      если  жидкость несмачивает стенки капилляра, то h < 0 – жидкость опускается; 

       h = 0 – высота уровня жидкости в сосуде, в которую погружен капилляр.

13. Под действием молекулярных сил искривленная поверхность жидкости стремится выпрямиться и при этом создает дополнительное давление или лапласовое давление, которое при смачивании направлено от жидкости, а при несмачивании – внутрь жидкости.

14. Формула Лапласа:     р _л = 2 · σ / R,

где р – давление (Па);            R – радиус кривизны поверхности жидкости (м).

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЁРДЫХ ТЕЛ.

1.      Вещество называется твёрдым, если оно сохраняет свою форму и объём.

2. В зависимости от структуры различают твердые тела кристаллические и аморфные.

3. Кристаллические тела:

Монокристаллы – одиночные кристаллы (алмаз, кварц)	Поликристаллы – много кристаллов (металлы, поваренная соль, сахар)
Свойства: Температура плавления постоянна. Каждое вещество имеет свою температуру плавления. Имеют кристаллическую решетку. Соблюдается  “дальний порядок” в расположении частиц.
Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Например, механическая прочность, оптические, электрические, тепловые свойства.	Изотропия – одинаковые физические свойства по всем направлениям.
	У поликристаллов анизотропия свойственна для каждого кристалла. Так  как кристаллики расположены друг относительно друга хаотически, тело в целом изотропно.

4. Аморфные тела. Свойства:

      Не имеют постоянной температуры плавления.

      Не имеют кристаллического строения.

      Изотропны.

      Обладают текучестью.

      Имеют только “ближний порядок” в расположении частиц.

      Способны переходить в кристаллическое и жидкое состояние.                             

                               - Если температура уменьшается, то твердое состояние.

                               - Если температура увеличивается, то жидкое состояние.

5. Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

6. Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называются пластическими.

7. Основные виды деформаций: растяжение (сжатие) и сдвиг (изгиб, кручение, срез).

8. Величина деформации зависит от размеров тела, места приложения силы, её величины и направления, от материала из которого изготовлено тело.

9. Механическое напряжение – это величина, характеризующая действие внутренних сил в деформированном твердом теле.

 - механическое напряжение (Н /м ² или Па),

где  F – сила, действующая на тело (Н);    S – площадь поперечного сечения тела (м ²).

10. Абсолютное удлинение: ∆ℓ = ℓ ─ ℓ₀ ,                                                                                                         где ℓ - конечная длина (м),    ℓ₀ – начальная длина (м).

11. Относительное удлинение:  .

12. Закон Гука: механическое напряжение в упруго деформированном теле прямо пропорционально относительной деформации этого тела.   

13. Математическая запись закона Гука:  

                                                σ = Е│ε│,

где Е – модуль Юнга или модуль упругости (Па).

14. Модуль Юнга (Е) характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия; зависит от физических свойств материала.

15. Жесткость   k = Е·S / ℓ₀ ,   следовательно, можно записать  закон Гука:                                         

F_упр. = k│∆ℓ│

16. Запас прочности – это число, которое показывает во сколько раз предел прочности больше допустимого напряжения:

n = σ _пч. / σ.

17. Предел прочности или предельное напряжение σ _пч – напряжение, которое возникает в теле, когда упругая деформация переходит в пластическую.

18. Допустимое напряжение  σ – напряжение, возникающее в теле в пределах его упругой деформации.

19. Работа, затраченная на растяжение или сжатие стержня: 

А =

20. Энергия упруго деформированного тела:  

W _п =

ЭЛЕКТРОСТАТИКА.

1. Электростатика - раздел физики, изучающий характер взаимодействия неподвижных электрических

    зарядов.

4. Электрический заряд q_е -  источник электромагнитного поля.

5. Электрический заряд q_е связан с материальным носителем.

6. Материальными носителями заряда являются частицы: протоны, электроны и др.

7. Элементарный (самый наименьший) электрический заряд  q_е= 1,6*10^-19 Кл.

8. Различают два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные.

9. Заряд стеклянной палочки, потёртой о шёлк, назвали положительным.

10. Заряд смоляной (янтарной) палочки, потёртой о мех, назвали отрицательной.

 

11. Все элементарные заряды тел кратны элементарному заряду:

12. Одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, разноимённые заряды притягиваются друг к  

      другу.

13. Любое тело имеет заряды.

14. Заряды могут передаваться от одного тела к другому при взаимодействии, такой процесс  

      называется электризацией.

15. Бывает электризация трением, ударом, соприкосновением.

16. Электроскоп – прибор для определения наэлектризованности тел.

17. При всех взаимодействиях тел выполняется закон сохранения электрического заряда:

     В замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остаётся постоянной.

 

                                                                     

18. Единица измерения заряда в системе СИ: - Кулон.

19. Замкнутая система – система не обменивающаяся зарядами с окружающими телами.

20. Заряды могут притягиваться или отталкиваться друг от друга в соответствии с законом Кулона.

21. Закон Кулона. Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов  прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

                                       F = k ×,

где k = 9 · 10 ⁹(Н · м²) / Кл ²  – коэффициент пропорциональности.

22. В системе СИ коэффициент пропорциональности имеет вид: k = ,

где   ε ₀ = 8,85 · 10 ^{– 12}  Кл ² / (Н·м ²) – электрическая постоянная.

23. Сила векторная величина.

24. Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

1. Поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между  

    электрическими зарядами. Оно существует независимо от нас, от наших знаний о нём; поле 

    материально.

2. Поля бывают электростатические, электрические, магнитные, гравитационные.

3. Электрическое – поле вокруг  движущихся электрических зарядов (тока).

4. Электростатическое – электрическое поле вокруг неподвижных электрических зарядов.

5. Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой.

6. Электростатическое  поле имеет две характеристики: напряжённость и потенциал поля.

7. Характеристика – величина, остающаяся для данного поля, постоянной.

8.  Напряжённость: Е – силовая характеристика поля. =

9. Напряжённость – сила, действующая на заряд в данной точке поля: 

                                                                                

10. Напряжённость векторная величина.

 

11. Напряжённость в точке поля, созданная положительным зарядом, направлена, от заряда.

12. Напряжённость в точке поля, созданная отрицательным зарядом, направлена, к заряду.       +                    

13. Начало вектора напряженности находится в точке, где надо определить эту напряжённость.

14. Если вектор напряжённости одинаков во всех точках поля – поле однородное: Е=const

15. Если зарядов в поле несколько, то общая напряжённость равна сумме напряжённостей всех зарядов:     - принцип суперпозиции

16. Электростатическое поле можно изобразить графически: с помощью линий напряжённости (силовых линий) и с помощью эквипотенциальных поверхностей.

17. Силовая линия – непрерывная линия, касательная к которой в каждой точке совпадает  с вектором напряжённости в этой точке.

18.  Силовые линии электрического поля

      разомкнуты

      начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном                 +            -

      не пересекаются.

 

19. Потенциальная энергия взаимодействия зарядов:

ПОТЕНЦИАЛ ПОЛЯ.

1. Потенциал:  - энергетическая характеристика поля  

2. Потенциал – потенциальная энергия заряда в данной точке поля:  

3. Потенциал – скалярная величина.

4. Чтобы в цепи шёл ток, в ней должна быть разность потенциалов (напряжение).

5. Ток идёт от точки с большим потенциалом к точке с меньшим  потенциалом.

 

6. Напряжение:

7. Напряжение (разность потенциалов) есть работа поля по перемещению заряда: 

                                                                                                                             

8. В системе СИ напряжение измеряется:

 

9.  Напряжённость и напряжение связаны между собой:

11.                                                  1                   2

                                                               

                                                                  

12.  - расстояние по силовой линии между точками 1 и 2.

13.         Вектор напряжённости направлен в сторону убывания потенциала.                                                                                                                                                                                

                                                                                                                                                   +                   -

                                                                                                                                                              2

14. Электростатическое поле потенциально:                                                                              

      Работа сил поля не зависит от формы траектории              

      Работа сил поля по замкнутому контуру равна нулю                                                 r

                                                                       

                                                                                                                               1   3

«+» ставится, когда работа осуществляется по силовой линии

«-» ставится, когда работа осуществляется против силовой линии

15. Поверхности равного потенциала называются эквипотенциальными.

16. Эквипотенциальные поверхности точечного заряда – концентрические окружности.

17. Эквипотенциальные поверхности однородного поля – плоскости, перпендикулярные линиям Е

 

Напряжённость всегда направлена в сторону убывания потенциала.

18. Если поле разгоняет электрон, то работа поля переходит в кинетическую энергию электрона.

ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

1. По своим электрическим свойствам вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

2. Проводники – вещества, содержащие свободные заряженные частицы и хорошо проводящие электрический ток.

3. Свободные заряженные частицы под действием внешней силы способны перемещаться.

4. Если проводник поместить в электрическое поле, то происходит перераспределение зарядов: на одном конце возникает положительный заряд, а на другом конце такой же по величине отрицательный заряд. Такая электризация называется электростатической индукцией или электризацией влияния.

5. Собственное поле проводника направлено противоположно внешнему.

6. Напряжённость внутри проводника равна нулю (поля внутри проводника нет), а потенциал всех точек проводника одинаков.

7. К хорошим проводникам относятся металлы и растворы солей.

8. Диэлектрики – вещества, имеющие только связанные заряды и непроводящие электрический ток.

9. Диэлектрики бывают полярные и неполярные.

10. Диэлектрики используют в качестве изоляторов.

11. В диэлектрике, внесённом во внешнее электрическое поле, собственное поле ослабевает.

12. Величина, показывающая во сколько раз ослабло собственное поле диэлектрика, называется диэлектрической проницаемостью среды:

13. _кер=2,   _воды=80 , это значит, что  вода в 40 раз сильнее керосина ослабит внешнее электрическое поле, т.е. не пропустит через себя ток.

14. К хорошим диэлектрикам относятся резина, пластмасса, фарфор.

КОНДЕНСАТОРЫ.

1. Конденсатор – система двух или более проводников, разделённых слоем диэлектрика.

2. Конденсатор способен накапливать электрические заряды, т.е. заряжаться.

3. Конденсатор в нужный момент может разряжаться.

4. Конденсаторы бывают плоские и цилиндрические; бумажные, воздушные и стеклянные; постоянной и переменной ёмкости.

 

5. На схемах конденсатор обозначается: 

6. Основная характеристика конденсатора: ёмкость: С

7. Единица измерения ёмкости конденсатора в системе СИ:

8. Ёмкость конденсатора – величина, характеризующая способность проводника накапливать электрические заряды:     

 

9. Ёмкость шара радиуса R:  

10. Физический смысл С: показывает какой заряд необходимо сообщить проводнику, чтобы его 

      потенциал стал равен 1В.

10. Конденсаторы можно соединять в батарею: последовательно и параллельно.

11. Последовательное соединение –  друг за другом, т.е. к концу первого подсоединяется начало второго, к концу второго начало третьего, начало первого и конец последнего к полюсам источника:

12. При последовательном соединении конденсаторов выполняются следующие соотношения:   

                                                   

13. Параллельное соединение – начала о концы конденсаторов имеют общие точки подключения к источнику тока:   

 

                                                        

14. При параллельном соединении конденсаторов выполняются следующие соотношения: 

                      

15. Заряженный конденсатор содержит запас энергии:

16. Конденсаторы применяются в телевизорах, ЭВМ, радиоприборах.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.

1. Электрический ток – упорядоченное движение электрически заряженных частиц.

2. Для наличия тока необходимы условия:

      наличие свободных заряженных частиц

      замкнутая цепь

      наличие в цепи источника тока ()

3. Ток может быть постоянным и переменным.

4. Постоянный ток – ток, сила и направление которого с течением времени не изменяется.

5. Замкнутое соединение приборов составляют электрическую цепь (источник тока, провода, 

    потребители тока, замыкающие и размыкающие устройства).

6. Для каждого компонента электрической цепи существует условное обозначение в электрической  

    схеме.

7. Электрическая цепь имеет 4 характеристики: сила тока, напряжение, сопротивление, электродвижущая сила (ЭДС). 

8.  Сила тока – заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за промежуток времени:  

                                                                  

9. Единица измерения силы тока в системе СИ:

10. Силу тока в цепи измеряют амперметром, который включается в цепь последовательно

 

11. Обозначение на схеме:                                                            А

12. Плотность тока – величина, показывающая какой ток проходит в единичном сечении проводника

                                                           

13. Напряжение – работа по перемещению единичного положительного заряда:

                                                                                                                                 

14. Единица измерения напряжения в системе СИ:

15. Напряжение на участке цепи измеряется вольтметром.

16. Вольтметр в цепь подключается параллельно к тому прибору, напряжение на котором надо измерить.

 

17. Обозначение на схеме:                                                         V 

18. За направление электрического тока принимается направление движения положительных частиц ( от «+» к «-»).

 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. ЭДС ИСТОЧНИКА ТОКА.

1. В любой электрической цепи есть источник электрической энергии – источник тока – устройство, 

    преобразующее любой вид энергии в электрическую.

2. Характеристикой источника тока являются: электродвижущая сила (ЭДС) и внутреннее сопротивление источника.

3. ЭДС источника – работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда:        

                                                                          

4. Единица измерения ЭДС источника в системе СИ:

5. Полную электрическую цепь составляют цепь внешняя и внутренняя.

6. Внешняя цепь – все приборы, входящие в цепь, без источника.

7.  Внутренняя цепь – цепь источника тока.

 

8. Напряжение на полюсах источника при разомкнутой внешней цепи:  

9. При замкнутой цепи внутри источника происходит падение напряжения:

                                                                                                                              

10. При замкнутой цепи происходит падение напряжения и на внешней цепи: 

                                                                                                                          

11. Сопротивление проводника: R – свойство проводника влиять на ток в цепи.

12.  Единица измерения сопротивления в системе СИ:

13. Сопротивление проводника зависит от материала из которого изготовлен проводник, от площади поперечного сечения проводника, от длины проводника:   

                                                     

                                                         

14. Сопротивление в цепи измеряется омметром.

15. Резистор – проводник, обладающий электрическим сопротивлением.

16. Реостат – резистор с переменным сопротивлением.

17. Удельное сопротивление проводника:  - величина, показывающая зависимость сопротивления проводника от температуры:                  

₀- удельное сопротивление проводника при 0⁰С. - температурный коэффициент

18. Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ:  

& 39                 ЗАКОНЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.                   8 класс

1. Ток по электрической цепи течёт в соответствии основным законам и соотношениям цепи: закону Ома, законам параллельного и последовательного соединения проводников, закону Джоуля – Ленца.

2. Существует закон Ома для участка цепи и для полной цепи.

3. Закон Ома для участка цепи читается следующим образом: сила тока, текущего по участку цепи, прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению:                                                                                                                           

                                                              При этом величина:    

4. Закон Ома для полной цепи читается следующим образом: сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе  источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи:

5. В цепи, при очень малом внешнем сопротивлении, наблюдается опасное явление – короткое замыкание:  

6. Зависимость силы тока в проводнике от напряжения на нём называется вольтамперной характеристикой:                  I

 

                                                           1     

                                                                                           У проводника 2 сопротивление больше  

                                                                       2

                                                                                     U

7. Резисторы можно соединять в батарею: последовательно и параллельно.

8. Последовательное соединение –  друг за другом, т.е. к концу первого подсоединяется начало второго, к концу второго начало третьего, начало первого и конец последнего к полюсам источника:      

9. При последовательном соединении резисторов выполняются следующие соотношения:                             

                                                               

                                                              

10. При параллельном соединении резисторов выполняются следующие соотношения: 

 

                                                

11. Параллельное соединение – начала и концы резисторов имеют общие точки подключения к источнику тока:   

 

                                                                                                                                                           

 

                                                                                                                

12. При протекании тока по цепи электрическое поле совершает работу:

                                     

                                       

13.Ток, проходя по проводнику, нагревает его.

14. Количество теплоты, выделяющееся в проводнике равно работе тока:

 

                                  

15. Закон преобразования работы тока в тепловую энергию был открыт анг. Джоулем и русс. Ленцем: Работа электрического тока, протекающего по неподвижному проводнику, преобразуется в тепло, выделяющееся в проводнике.

16. При последовательном соединении проводников необходимо использовать формулу:

                           Для двух проводников:   

 

17. При параллельном  соединении проводников необходимо использовать формулу:    

                                         Для двух проводников:    

18. Величина, характеризующая степень выполненной работы, называется мощностью:

                              мощность тока на участке цепи без ЭДС

19.  Полная мощность (с учётом ЭДС) – величина полной работы, совершаемой сторонними силами в единицу времени:                                   

20. Единицы измерения мощности и работы в системе СИ:  

21.    1кВт*ч =1*10³*3600 Дж

22.    Под КПД источника понимают величину, которая показывает, какую часть работы сторонних сил источник тока превращает в полезное действие: 

МАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. ОПЫТЫ ЭРСТЕДА.

1. 1. Магнитное поле (М.П.)– это силовое поле в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты.

2. М.П. описывает магнитное взаимодействие, возникающее:

           между двумя проводниками с токами;

           между проводником с током и магнитом;

           между током и движущимся зарядом;

           между двумя магнитами;

           между двумя движущимися зарядами.

3. 1820 г. Эрстед – магнитная стрелка, помещённая вблизи прямолинейного проводника с током, принимала определённое направление.

4. Свойства М.П.

      М.П. порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током.

      В отличие от электрического поля магнитное поле обнаруживается по его действию на движущиеся заряды (движущиеся заряженные тела).

      М.П. – материально, т.к. оно действует на тела, и следовательно, обладает энергией.

      М.П. обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

5. Вектор магнитной индукции В – векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля:

                                                         ,                                                                                                                                               где В – модуль вектора магнитной индукции (измеряется в теслах Тл = Н / (А· м)),

S – площадь контура (м ²), I – сила тока (А), М _max – максимальный момент силы (Н· м),

F – сила, действующая на проводник с током в М.П. (Н), ∆ℓ - активная длина проводника (м).

6. Для графического изображения М.П. используют магнитные силовые линии.

Силовые линии М.П.- это воображаемые линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной.

7. Силовые линии М.П. всегда  замкнутые, т.е. поле является вихревым. Вне магнита силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.

8. При определении направления вектора магнитной индукции для прямого проводника с током применяется правило буравчика или  правило «обхвата» правой руки.

      Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Или

      Правую руку следует расположить так, чтобы большой палец показывал направление тока в проводнике, тогда четыре пальца, «обхватывающие» провод, покажут направление линий магнитной индукции.

9. Опыты Ампера с двумя параллельными проводниками с током доказали, что проводники притягиваются, если токи идут в одном направлении, а в противоположном направлении отталкиваются.

10. На проводник в магнитном поле действует сила Ампера:

11. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку таким образом, чтобы  входил в ладонь, 4 вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, тогда отогнутый на 90⁰ большой палец левой руки укажет направление силы Ампера.

 

12. На частицу в магнитном поле действует сила Лоренца:  

13. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку таким образом, чтобы  входил в ладонь, 4 вытянутых пальца указывали направление скорости положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на 90⁰ большой палец левой руки укажет направление силы Лоренца.

14. Рассмотрим движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

Ø  α = 0 ⁰ или  α = 180 ⁰ , т.к. sin 0 ⁰ = sin 180 ⁰ = 0, то согласно формуле F _Л = 0. Это значит, что  магнитное поле на частицу не действует. Она движется по инерции: равномерно и   прямолинейно.

Ø  α = 90 ⁰ (sin 90 ⁰ = 1). В этом случае на заряд действует постоянная по модулю сила Лоренца, которая перпендикулярна скорости. Эта сила вызывает движение заряженной частицы по окружности и сообщает ей центростремительное ускорение.

15. Частица, влетая в магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции, движется по окружности, а влетая под углом – по спирали.

16. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле движется по круговой траектории, радиус которой   

17. Период обращения заряженной частицы:      T =    

 

18. Магнитные свойства среды характеризует магнитная проницаемость:

                В – магнитная индукция в среде.

                   В₀  -  магнитная индукция в вакууме.

19. Если  - ферромагнетики (кобальт, никель, железо)

      Если   - парамагнетики (алюминий)

      Если  - диамагнетики (висмут) 

20. Температура или точка Кюри – температура, при которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком.

МАГНИТНЫЙ ПОТОК. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.    ПРАВИЛО ЛЕНЦА.

1. Магнитный поток – физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции В магнитного поля на площадь контура S и на косинус угла α  между векторами индукции и нормалью  к поверхности:

                                           Ф = В · S · cos α         

2. Величина Ф пропорциональна числу линий магнитной индукции, пронизывающих контур.

3.  Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур называется электромагнитной индукцией.

4. Возникающий ток при электромагнитной индукции называется индукционным (наведённым) током I_i  (А), а возникающая при этом электродвижущая сила – ЭДС индукции ε_i (В).

5. Явление электромагнитной индукции  открыл английский физик М. Фарадей.                                             Он доказал, что только движущийся магнит или меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в катушке.

6. Явление электромагнитной индукции лежит в основе устройства генераторов электростанций, превращающих механическую энергию в электрическую.

7. Закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока – правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

8. Направление индукционного тока в движущемся проводнике находят по правилу правой руки: Если расположить ладонь правой руки так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отставленный на 90 ⁰ большой палец направить по направлению движения проводника, то положение четырех пальцев руки определит направление индукционного тока в проводнике.

9. ЭДС индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

 —  ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ,

где - скорость изменения магнитного потока (Вб / с).

Ø  Знак “минус” в формуле ЭДС индукции связан с правилом Ленца и означает, что при возрастании магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции отрицательна (создает  индукционный ток, поле которого противодействует магнитному потоку); при уменьшении – положительна (поле тока поддерживает убывающий магнитный поток).

10. Если число витков в соленоиде (катушке с током) равно N, то ,

11. Величина индуцированного тока равна: ,                                                                       

                                                                                                       где R – сопротивление контура (Ом).

12. Произведение ε_i · ∆t называется импульсом напряжения: ε_i · ∆t = - ∆Ф.

13.         Закон сохранения магнитного потока. Если сопротивление контура R = 0, то = 0, т.е. 

Ф₁ = Ф₂    из формулы  I _i · R· ∆t = - ∆Ф.

14. Линии напряженности индукционного поля замкнуты; такое поле называется вихревым.

                        Вихревые токи (или токи Фуко) – это индукционные токи, возникающие в   

                        массивных проводниках, помещенных в изменяющееся магнитное поле.

15. ЭДС индукции, возникающая в проводнике, движущемся в магнитном поле:

ε_i  = В · υ · ℓ · sin α,

16. При движении проводника с током в магнитном поле совершается работа:

 

А = I (Ф₂ – Ф₁)

САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

1. Изменение тока в цепи приводит к изменению магнитного поля. Изменяющееся магнитное поле приводит к появлению вихревого электрического поля, вследствие чего появляется ЭДС индукции в той же самой цепи. Это явление называют самоиндукцией, а ЭДС называют ЭДС самоиндукции ε_is.

2. Возникновение вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем же самом называют самоиндукцией.

3. Величина, характеризующая связь между скоростью изменения тока в цепи и возникающей при этом ЭДС самоиндукции, называется индуктивностью цепи: L

4. Магнитный поток Ф, пронизывающий контур пропорционален силе тока I, т.е. 

                    

Ф = L I

    Величина L  является характеристикой контура; она зависит от его размеров и формы, а также от 

    магнитной проницаемости μ среды.  

5. Индуктивность  соленоида с сердечником:

L = μ · μ ₀  · n ² · ℓ · S = μ · μ ₀ · n ² · V,

где μ  - магнитная проницаемость среды;                                                                                         

μ ₀  = 1,26 · 10 ^{– 6}   Гн / м - магнитная постоянная;

n = N / ℓ - число витков (1/ м = м ^{– 1} ), отнесенное к длине соленоида;                                 

N – полное число витков в соленоиде;   

ℓ - длина соленоида (м);                                                                                                                 

S – площадь поперечного сечения соленоида (м ²). 

6. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС самоиндукции, возникающая в соленоиде:     

                                                     ε_is=

∆ I / ∆ t – скорость изменения силы тока (А / с);  

∆ I = I ₂ – I ₁ – изменение силы тока в соленоиде (А);    

7. Для создания тока в контуре необходимо совершить работу по преодолению ЭДС самоиндукции, т.е. затратить некоторую энергию. Эта энергия “запасается” в магнитном поле контура с током:

                                                             W _M =     Энергия магнитного поля тока

8. Объёмная плотность энергии или магнитное давление - это величина, определяемая энергией, приходящейся на единицу объёма:           

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ.

1.      Электрический ток в металлах – это направленное движение свободных электронов под действием  

      электрического поля.

2. Металл – хороший проводник электрического тока, т.к.  имеет большое количество свободных  

    заряженных частиц.

3. Проводимость в металлах электронная.

4. Свободные электроны в металлах – природные образования.

5. Распространение тока в металлах подчиняется закону Ома.

Вольт – амперная характеристика  показывает прямую зависимость силы тока от напряжения, потому что сопротивление проводников постоянно.

 

6. С повышением температуры сопротивление металла увеличивается:        

                                                                                                                     

где  R (ρ) – сопротивление (удельное сопротивление) проводника при температуре t,                                                        

          R ₀, (ρ ₀)  - сопротивление (удельное сопротивление) при t = 0 ⁰ С,

          t – температура (⁰ С),

         α – температурный коэффициент сопротивления.   

 

7. Силу тока в металле можно рассчитать следующим образом:

                   q₀ = 1,6*10^-19 Кл

                       - концентрация свободных электронов, т.е. число электронов в единице объёма

                   - скорость электронов

                        S- площадь поперечного сечения проводника

8. Количество теплоты, выделяющееся в металлах при прохождении по ним тока, определяется законом Джоуля – Ленца:  Q = I ² · R · t. 

9. При определенных низких температурах у некоторых металлов сопротивление (удельное сопротивление) скачком уменьшается и становится равным нулю. Такое явление называется сверхпроводимостью. Это означает, что металлы, начиная с этой температуры, перестают оказывать сопротивление электрическому току.

10. Сверхпроводимость – способность проводника при определённых условиях не иметь сопротивления.

11. При прохождении электрического тока через сверхпроводник наблюдается только магнитное действие.

12. Электрический ток в металлах применяется: в ЛЭП, в электронагревательных приборах.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ.

1.  Полупроводники – вещества, сопротивление которых может изменяться в широких пределах.

2. К полупроводникам относятся 12 химических элементов из середины таблицы Менделеева.

3. Основные полупроводники: германий, кремний, селен, теллур.

4. Полупроводники составляют 4/5 объёма земной коры.

5. Полупроводник можно сделать проводником электрического тока и можно сделать диэлектриком.

6. Атомы в полупроводниках связаны парноэлектронной (ковалентной) связью.

7. Проводником полупроводник может стать, если повышать его температуру; освещать его; направлять на него рентгеновские лучи; прикладывать к нему механическое напряжение; добавлять примеси.

8. Электрический ток в полупроводниках – это направленное  движение электронов и «дырок».

    «Дырка» - вакантное место с недостающим электроном

9.  Носителями тока в полупроводниках являются электроны и дырки.

10. Электроны и дырки в полупроводниках – природные образования.

11. Проводимость в полупроводниках собственная и примесная.

12. Собственная проводимость бывает электронная и дырочная.

     ЧИСТЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ (кремний, германий) обладают собственной проводимостью

13. Примесная проводимость бывает донорная ( n – типа) и акцепторная (р – типа).

14. Донорная примесь делает из полупроводника проводник ( к п/п 4группы+элемент из 5гр)

           Появляется избыток электронов

15. Акцепторная примесь делает из полупроводника диэлектрик ( к п/п 4 группы+ элемент 3 группы).

          Появляется избыток «дырок»

16. Закону Ома полупроводники не подчиняются.

   График зависимости сопротивления                            

    от температуры                                                                      

17. Полупроводники применяются в блок схемах: диоды, транзисторы, термисторы, фоторезисторы.

18. Электронно – дырочный переход (р – n – переход ) – представляет собой контакт между полупроводниками “p” и “n” – типа.  

Ø  В результате встречной диффузии электронов и дырок у p – n – перехода образуется запирающий электрический слой, поле которого препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу, диффузия прекращается.

Ø  Если внешнее электрическое поле направлено от полупроводника р – типа к полупроводнику               n – типа (ток идет в прямом направлении), сопротивление запирающего слоя резко уменьшается.

Ø  Если внешнее электрическое поле направлено от полупроводника n – типа к полупроводнику               p – типа (ток идет в обратном направлении), сопротивление запирающего слоя резко возрастает.

19. Полупроводниковый диод, содержащий один р – n – переход, используют для выпрямления переменного тока, обладает односторонней проводимостью, т.е. способность р – n – перехода пропускать ток в одном направлении и не пропускать его в противоположном направлении.

20. Полупроводниковый прибор, содержащий два р – n – перехода, называют транзистором.

Транзистор используют для  усиления и генерации электрических колебаний.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ.

1.      Вакуум – степень разряжения газа, при которой можно пренебречь соударениями между  

      молекулами.

2.      Электрический ток в вакууме – направленное движение электронов с подогреваемого катода.

3.      Проводимость в вакууме электронная. Электроны появляются за счёт термоэлектронной эмиссии с  катода.

4. Термоэлектронная эмиссия – явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых  

    тел.

5. Концентрация свободных носителей заряда  в вакууме определяется температурой катода и его свойством.

6. Закон Ома к вакууму не применим. 

7. Только магнитное действие электрического тока наблюдается при прохождении его через вакуум.

8. Работа сил поля по перемещению электрона между катодом и анодом:

 

                                                                          = U· е  

9. Электронно-лучевая трубка – вакуумный электронный прибор, позволяющий преобразовывать электрические сигналы в видимое изображение.

10. Электронно-лучевая трубка – это герметически закрытая стеклянная колба с широким дном, из которой удален газ, состоит из следующих элементов:

Ø  Электронная пушка (подогреваемый катод и управляющий электрод);

Ø  Отклоняющая система (две пары пластин, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях);

Ø  Люминесцентный экран, покрытый люминофором.

11. Применение: ламповые диоды, электронно-лучевые трубки, осциллографы, телевизоры, радиолокационные установки и другие электронные приборы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ.

1. Газ в обычном состоянии – изолятор.

2. Под действием ионизатора газ становится проводником.

3. Ионизатор – удар, нагрев, излучение.

4. Ионизация – отрыв электронов от атомов и молекул.

5. Электрический ток в газах (газовый разряд) – это направленное движение положительных и отрицательных ионов и электронов. 

6. Носителями тока в газах являются ионы и электроны.

7. Протекание тока в газах закону Ома не подчиняется.

8. Электрический ток в газах называется газовым разрядом.

9. Газовый разряд может быть самостоятельным и несамостоятельным.

10. Самостоятельный разряд продолжается после того как прекращается действие внешнего ионизатора (молния).

11. Несамостоятельный разряд продолжается только под действием внешнего ионизатора.

12. В зависимости от напряженности электрического поля, давления, формы и материала электродов различают типы разрядов.

Типы самостоятельного разряда:

Ø  Тлеющий разряд.

Возникает при низких давлениях 

применяется в газосветных трубках и газовых лазерах.

Ø  Искровой разряд.

Возникает при больших напряженностях электрического поля в газе, находящемся под давлением порядка атмосферного (молния, пробой диэлектрика).

Ø  Дуговой разряд.

Возникает:

а) если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами;

б) если электроды сблизить до соприкосновения (минуя стадию искры), а потом их развести.

Ø  Коронный разряд.

Возникает при высоком давлении в резко неоднородном поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (например, острия).

13. ПЛАЗМА – частично или полностью ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы (т.е. электрически нейтральный).

14. Примеры плазмы: пламя костра, светящийся столб газа в рекламных газосветных трубках, лампах дневного света, в медицинских “кварцевых  лампах”, ионосфера – верхние слои земной атмосферы.

15. Применение электрического тока в газах: электродуговая резка и сварка, лампы дневного света, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), реклама и т.д.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ.

1. Растворы, проводящие электрический ток, называются электролитами.                                                             

        К электролитам относят растворы солей, кислот и щелочей.

2. При прохождении электрического тока через растворы электролитов происходит                       перенос вещества.

3. Электрический ток в электролитах – это направленное движение положительных и отрицательных ионов.

4. Носители тока появляются за счет электролитической диссоциации – это расщепление молекул на положительные и отрицательные ионы под действием растворителя.

5. Концентрация свободных носителей заряда в электролитах зависит от концентрации, температуры и диэлектрической проницаемости раствора.

6. Рекомбинация – процесс воссоединения ионов в нейтральную молекулу.

7. Сопротивление электролитов падает с повышением температуры из–за увеличения числа ионов в растворе.

8. Для электролитов α < 0  - сопротивление при нагревании уменьшается

9. Для электролитов справедлив закон Ома:   I = U / R                                                                              

    и закон Джоуля – Ленца:  Q = I ² · R · t.

10. Вольт – амперная характеристика

11. Электрод, соединенный с положительным полюсом батареи, называют анодом (А) к нему движутся положительные ионы называют катионами.

    Электрод, соединенный с отрицательным полюсом батареи, называют катодом (К) к нему движутся отрицательные ионы называют анионами.

12. Электролиз – выделение вещества на электродах при прохождении через раствор электрического тока.

13. Закон Фарадея (закон электролиза): масса m вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит.

m = k · q    или    m = k ·I · t,

где  k – электрохимический эквивалент (кг / Кл), 

       I – сила тока (А),  t – время (с).

14. ,где    М – молярная масса (кг / моль),        n – валентность,                                             

 е = 1,6 · 10 ^{– 19} Кл – элементарный заряд,           N _А = 6,02  10 ²³ моль ^{– 1} – число Авогадро.

15.  называют химическим эквивалентом вещества.

F = e · N _A  - постоянная Фарадея = 96500 Кл / моль.

- математическая запись второго закона Фарадея.

16. - объединенный закон Фарадея.

17. Применение:

Ø  Очистка или рафинирование металлов (освобождение от примесей).

Ø  Электрометаллургия – получение чистых металлов.

Ø  Гальваностегия – покрытие изделий металлическим слоем.

Ø  Гальванопластика – воспроизведение формы предмета.

Ø  Медицина.