Ответы на вопросы по предмету физика

32.    Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 39). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через катушку, загорается позже лампочки 1. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

   

     Для  самоиндукции выполняется установленный  опытным путем закон: ЭДС самоиндукции  прямо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике.

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность  — это величина, равная ЭДС самоиндукции при скорости изменения тока в  проводнике 1 А/с. Единица индуктивности — генри

33. Величина магнитной  индукции B, создаваемой током в  любом замкнутом контуре, пропорциональна  силе тока. Так как магнитный  поток Ф пропорционален В, то можно утверждать, что

где L – коэффициент  пропорциональности между током  в проводящем контуре и созданным  им магнитным потоком, пронизывающим  этот контур. Величину L называют индуктивностью контура или его коэффициентом  самоиндукции.  

Используя закон  электромагнитной индукции, получим  равенство:

если считать, что  форма контура остается неизменной и поток меняется только за счет изменения тока.

Из полученной формулы  следует, что 

индуктивность –  это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей  в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Индуктивность подобно  электроемкости, зависит от геометрических факторов: размеров проводника и его  формы, но не зависит непосредственно  от силы тока в проводнике. Кроме  геометрии проводника, индуктивность  зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

34. Соленоидом (в переводе с греческого – трубкообразный) в электромагнетизме называют проводник электрического тока, намотанный по винтовой линии на цилиндрическую поверхность (катушку) с прямолинейной осью симметрии

35.  Здесь возможны  два случая: при изменении тока  в контуре изменяется магнитный  поток, пронизывающий: а) этот  же контур; б) соседний контур.

      ЭДС  индукции, возникающая в самом  же контуре, называется ЭДС  самоиндукции, а само явление  – самоиндукция.

      Если  же ЭДС индукции возникает  в соседнем контуре, то говорят  о явлении взаимной индукции.

      Ясно, что природа явления одна и  та же, а разные названия использованы  для того, чтобы подчеркнуть место  возникновения ЭДС индукции.

Явление самоиндукции можно определить следующим образом.

      Ток  I, текущий в любом контуре,  создает магнитный поток Ф,  пронизывающий этот же контур. При изменении I будет изменяться  Ф. Следовательно, в контуре будет наводиться ЭДС индукции.

      Т.к.  магнитная индукция В пропорциональна  току I следовательно где L – коэффициент пропорциональности, названный индуктивностью контура.

36. Электрический  трансформатор - это статическое  устройство, служащее для преобразования  величины переменного напряжения. Действие трансформатора основано  на явлении электромагнитной  индукции. Трансформатор состоит  из одной первичной обмотки,  одной или нескольких вторичных  обмоток и ферромагнитного магнитопровода, обычно замкнутой формы. Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть первичной, или наоборот. Такие трансформаторы называются автотрансформаторами. Концы первичной обмотки подключают к источнику переменного напряжения, а концы вторичной — к потребителям. Переменный ток в первичной обмотке приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока, который создаёт в первичной и вторичной обмотках электродвижущие силы (ЭДС). Эти ЭДС пропорциональны количеству витков в соответствующих обмотках. Отношение ЭДС в первичной обмотке к ЭДС во вторичной обмотке называют коэффициентом трансформации.

37. 3.9.1.Магнитные моменты в веществе.

До сих пор  мы рассматривали магнитные поля и электрические токи в вакууме. В веществе магнитное

поле возбуждается не только электрическими токами, текущими по проводам, но и движениями зарядов

внутри атомов и молекул. Также давно известно, что существуют постоянные магниты, у которых магнитное

поле появляется за счет внутренних ресурсов, и вопрос состоит в том, какие токи внутри этих веществ

создают магнитное  поле.

Ампер выдвинул следующую  гипотезу: в веществе циркулируют замкнутые токи. Каждый замкнутый

ток представляет собой магнитный момент и создает  магнитное поле вокруг себя. Без  внешнего поля в

обычных средах (не ферромагнитных) они ориентированы беспорядочно и полное поле от них равно нулю.

Под влиянием внешнего магнитного поля магнитные моменты  молекул приобретают преимущественную

ориентацию. Отсюда суммарный магнитный момент образца  не равен нулю, вещество – магнетик,

намагничивается и в нем появляется внутреннее магнитное поле B

41. Согласно общепринятому определению, Кюри точка, температура Кюри, температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной — в ферромагнетиках, электрической — в сегнетоэлектриках, кристаллохимической — в упорядоченных сплавах). Назван по имени П. Кюри, подробно изучившего этот переход у ферромагнетиков. При температуре Т ниже К. т. Q ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью и определённой магнитно-кристаллической симметрией. В К. т. (T = Q) интенсивность теплового движения атомов ферромагнетика оказывается достаточной для разрушения его самопроизвольной намагниченности («магнитного порядка») и изменения симметрии, в результате ферромагнетик становится парамагнетиком. Аналогично у антиферромагнетиков при Т = Q (в т. н. антиферромагнитной К. т. или Нееля точке) происходит разрушение характерной для них магнитной структуры (магнитных подрешёток), и антиферромагнетики становятся парамагнетиками. В сегнетоэлектриках и антисегнетоэлектриках при Т = Q тепловое движение атомов сводит к нулю самопроизвольную упорядоченную ориентацию электрических диполей элементарных ячеек кристаллической решётки. В упорядоченных сплавах в К. т. (её называют в случае сплавов также точкой Курнакова) степень дальнего порядка в расположении атомов (ионов) компонентов сплава становится равной нулю. Т. о., во всех случаях фазовых переходов II рода (типа К. т.) при Т = Q в веществе происходит исчезновение того или иного вида атомного «порядка» (упорядоченной ориентации магнитных или электрических моментов, дальнего порядка в распределении атомов по узлам кристаллической решётки в сплавах и т. п.). Вблизи К. т. в веществе происходят специфические изменения многих физических свойств (например, теплоёмкости, магнитной восприимчивости и др.), достигающие максимума при Т= Q, что обычно и используется для точного определения температуры фазового перехода.

43. Колебания, при которых изменения физических величин происходят по закону косинуса или синуса (гармоническому закону), наз. гармоническими колебаниями.

Например, в  случае механических гармонических  колебаний:.

В этих формулах ω – частота колебания, xm – амплитуда колебания, φ0 и φ0’ – начальные фазы колебания. Приведенные формулы отличаются определением начальной фазы и при φ0’ = φ0 +p/2 полностью совпадают.

45. 1. Колебательным движением называют движение, при котором происходит частичная или полная повторяемость состояния системы по времени.

Если значения физических величин, характеризующих  данное колебательное движение, повторяются  через равные промежутки времени, колебания  называют периодическими. 

Самым простым  колебательным движением является гармоническое колебание материальной точки. Гармоническим называют колебание, в процессе которого величины, характеризующие  движение (смещение, скорость, ускорение, сила и т.д.), изменяются с течением времени по закону синуса или косинуса (гармоническому закону).

46.  

Ма́ятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения. Во многих случаях трением можно пренебречь, а от сил упругости (либо сил тяжести) абстрагироваться, заменив их связями.

 Колебания маятника: стрелками показаны векторы скорости (V) и ускорения (А)

Во время колебаний  маятника происходят постоянные превращения  энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию (гравитационную, упругую) и обратно. Кроме того, постепенно происходит диссипация кинетической энергии  в тепловую за счёт сил трения.

47. Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.

Колебания почти  всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму.

 Отличие колебания  от волны.

Колебания различной  физической природы имеют много  общих закономерностей и тесно  взаимосвязаны c волнами. Поэтому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» преобразования энергии.

48. Векториая диаграмма моментов.

49.

50. Лиссажу фигуры, замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Впервые изучены французским учёным Ж. Лиссажу (J. Lissajous; 1822—80). Вид Л. ф. зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний. В простейшем случае равенства обоих периодов Л. ф. представляют собой эллипсы, которые при разности фаз 0 или p вырождаются в отрезки прямых, а при разности фаз p/2 и равенстве амплитуд превращаются в окружность (см. рис.). Если периоды обоих колебаний неточно совпадают, то разность фаз всё время меняется, вследствие чего эллипс всё время деформируется. При существенно различных периодах Л. ф. не наблюдаются. Однако, если периоды относятся как целые числа, то через промежуток времени, равный наименьшему кратному обоих периодов, движущаяся точка снова возвращается в то же положение — получаются Л. ф. более сложной формы.

Л. ф. можно наблюдать, например, на экране катодного осциллографа; они получаются в результате перемещения  светящейся точки, если к двум парам  отклоняющих пластин подведены  переменные напряжения с равными  или кратными периодами. Наблюдение Л. ф. — удобный метод исследования соотношений между периодами  и фазами колебаний, а также и  формы колебаний.

51

52. Логарифмический  декремент затухания - безразмерная  характеристика затухающих колебаний,  измеряемая натуральным логарифмом  отношения двух последовательных  максимальных отклонений колеблющейся  величины в одну и ту же  сторону.

52

53. Колебания, совершающиеся  под воздействием внешней периодической  силы, называются вынужденными.

В этом случае внешняя  сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к  колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.

Периодическая внешняя  сила может изменяться во времени  по различным законам. Особый интерес  представляет случай, когда внешняя  сила, изменяющаяся по гармоническому закону с частотой ω, воздействует на колебательную систему, способную  совершать собственные колебания  на некоторой частоте ω0.