При вмиканні ємності на синусоїдну напругу у колі встанов­люється синусоїдний струм, що випереджає напругу на чверть періоду

Величина Xc =1/wC має розмірність опору та називається ємнісним опором. Ємнісний опір, як і індуктивний, є реактивним опо­ром. Індуктивний опір X_L=wL

підвищується з підвищенням частоти струму та індуктивності елемента. Індуктивність у колі постійного стру­му не має реактивного опору. Ємнісний опір Xc = 1/wCпостійному струму дорівнює нескінченності і зменшується при підвищенні часто­ти змінного струму та ємності елемента.

Векторна діаграма кола з ємністю ведена на рис. Помноження вектора струму на -j відповідає повороту цього вектора на 90° за ходом годинної стрілки.

40) Постійний електричний струм силою I при напрузі U має потужність IU. Миттєве і середнє значення потужності для постійного струму є однаковими. Інша картина є в колах змінного струму. В колі змінного струму крім активного опору завжди діють увімкненні послідовно індуктивність і ємність, які утворюють реактивний опір і зумовлюють зсув фаз між струмом і напругою. Пояснюється це тим, що в одних випадках потрібний активний опір (теплові прилади, навантажені електричні двигуни), а в інших – реактивний (електромагніти). В загальному випадку в колі змінного струму між коливаннями сили струму і напруги існує зсув фаз, який визначається параметрами кола. Нехай напруга на кінцях ділянки кола ісила струмув ньомувідповіднодорівнюють U = U₀ sin ωt (1)

41) Трансформатор. Прилади, за допомогою яких перетворюється напруга змінного струму, називають трансформаторами. Перший трансформатор сконструював російський електротехнік П.М. Яблочков у 1876 р., ав 1882 р. І.П. Усагін удосконалив трансформатор, замінивши розімкнутий магнітопровід замкненим. Технічний трансформатор складається з двох (або кількох) ізольованих обмоток провідника.

Принцип роботи трансформатора розглянемо на прикладі однофазного трансформатора з двома обмотками, первинна обмотка якого з числом витків w₁ включена в однофазну мережу змінного струму з напругою u₁, а вторинна обмотка з числом витків w₂ замкнута на опір навантаження Z_н. Під дією прикладеної напруги u₁ первинною обмоткою протікає струм i₁, що створює магніторушійну силу первинної обмотки F₁ = i₁·w1, яка призводить до появи змінного магнітного потоку. Основна частина потоку (потік взаємоіндукції Ф₀) замикається по магнітопроводі, зчіплюється з обома обмотками і наводить в них ЕРС e₁ та e₂. Невелика частина потоку Ф_?1, названа потоком розсіювання первинної обмотки, замикається по повітрю безпосередньо навколо цієї обмотки.

42) Період коливань зростає із збільшенням ємності й самоіндукції контуру. Це пояснюється тим, що під час збільшення індуктивності контуру сила струму повільніше зростає з часом і повільніше спадає до нуля. А чим більша ємність контуру, тим більше часу потрібно для перезарядження конденсатора....-

43) Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, ємності та індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої. Якщо опір контура зменшувати до нуля , тоді в контурі виникають незатухаючі коливання, для яких справедливі такі співвідношення:

.

44) У 1864 р. Дж. Максвелл створює теорію електромагнітного поля, згідно з якою електричне і магнітне поля існують як взаємопов'язані складові єдиного цілого - електромагнітного поля. Ця теорія з єдиної точки зору пояснювала результати всіх попередніх досліджень в галузі електродинаміки, і, крім того, з неї випливало, що будь-які зміни електромагнітного поля повинні породжувати електромагнітні хвилі, що поширюються в діелектричній середовищі (в тому числі, в порожнечі) з кінцевою швидкістю, залежної від діелектричної та магнітної проникності цього середовища. Для вакууму теоретичне значення цієї швидкості було близько до експериментальним вимірюванням швидкості світла, отриманим на той момент, що дозволило Максвеллу висловити припущення (згодом підтвердилася), що світло є одним з проявів електромагнітних хвиль.
Теорія Максвелла вже при своєму виникненні дозволила ряд принципових проблем електромагнітної теорії, передбачивши нові ефекти і давши надійну і ефективну математичну основу опису електромагнітних явищ. Однак за життя Максвелла найбільш яскраве пророкування його теорії - пророкування існування електромагнітних хвиль - не отримало прямих експериментальних підтверджень. У 1887 р. німецький фізик Г. Герц поставив експеримент, повністю підтвердив теоретичні висновки Максвелла.

45) Рівня́ння Ма́ксвелла — це основні рівняння класичної електродинаміки, які описують електричне та магнітне поле, створене зарядами й струмами. Рівняння Максвелла - система диференціальних рівнянь, що описують електромагнітне поле і його зв'язок з електричними зарядами і струмами у вакуумі і суцільних середовищах. Разом з виразом для сили Лоренца утворюють повну систему рівнянь класичної електродинаміки. Рівняння, сформульовані Джеймсом Клерком Максвеллом на основі накопичених до середини XIX століття експериментальних результатів, зіграли ключову роль у розвитку уявлень теоретичної фізики і зробили сильний, часто вирішальне, вплив не тільки на всі галузі фізики, безпосередньо пов'язані з електромагнетизмом, але й на багато що виникли згодом фундаментальні теорії, предмет яких не зводився до електромагнетизму (одним з найяскравіших прикладів тут може служити спеціальна теорія відносності).

46) Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв’язку без проводу продемонстрував 7 травня 18958року знаменитий російський фізик О.С. Попов. Цей день вважається днем народження радіо. Приймач О.С. Попова складався з антени 1, когерера 2, електромагнітного реле 3, електричного дзвінка 4 і джерела постійного струму 5. Електромагнітні хвилі викликали вимушені коливання струму і напругу в антені. Змінний струм з антени подавався на два електроди, які були розміщені в скляній трубці, заповненій металічними ошурками. Ця трубка і є когерер. Послідовно з когерером вмикались електоромагнітне реле і джерело постійного струму.

Через погані контакти між ошурками опір когерера переважно великий, тому електричний струм в ланцюгу малий і реле ланцюга не замикає. Під дією змінної напруги високої частоти в когерері виникають електричні розряди між окремими ошурками, частинки ошурків спікаються і її опір зменшується в 100-200разів. Сила струму в котушці електромагнітного реле зростає, і реле включає електричний дзвінок. Так реєструється прийом електромагнітної хвилі антеною.

Удар молотка дзвінка по когереру стряхував ошурки і повертав його у висхідне положення, приймач знову був готовий до реєстрації електромагнітних хвиль.

47)-

48) Щоб передати звукові коливання по радіо, їх спочатку треба перетворити в електричні. Таке завдання виконує мікрофон. Найпростіший мікрофон з трубки телефонного апарату - вугільний - змінює свій опір під дією звукового тиску на мембрану під час розмови. Якщо його включити послідовно з живильної батареєю і навантаженням, наприклад, резистором, то напруга і струм в навантаженні будуть змінюватись у такт зі звуковим тиском.

Вугільний мікрофон дозволяє створити досить потужні електричні коливання звукової частоти - в цьому його гідність. Але якість звуку виходить невисоким. Більш досконалі мікрофони використовують закон електромагнітної індукції (динамічні) або п'єзоефект (кристалічні).

Амплітуда коливань звукової частоти на висновках мікрофона відповідає гучності звуку, а частота - висоті тону. Лише деякі звуки, наприклад, свист, чиста музична нота, дають близькі до синусоїдальним коливання. Більшість же звуків - складні коливання, які тим не менш можна представити у вигляді суми більш простих, синусоїдальних коливань, але різної частоти. Тоді говорять про спектр коливань. Наприклад, для людського голосу він містить частоти приблизно від 300 Гц до 3... 4кГц. Для хорошого відтворення музики, переданої по радіо, потрібен спектр частот від 50 Гц до 10.., 12 кГц. Взагалі ж людське вухо здатне чути звуки в діапазоні від 16 Гц до 16 кГц, і чим ближче до цих значень межі смуги частот всього тракту передачі, тим природніше звучання.

Якщо випаде можливість, підключіть мікрофон до входу електронного осцилографа і поспостерігайте осцилограми вимовних вами звуків. Подивіться також на екрані осцилографа сигнал в трансляційної мережі, на виході радіоприймача, магнітофона, плеєра. Ви переконаєтеся, що коливання звукової частоти (34) найчастіше далекі від синусоїдальних і носять імпульсний, "вибуховий" характер, коли окремі сплески сигналу перемежовуються тривалими періодами коливань з малою амплітудою і паузами (рис. 18).

Пік-фактор, або відношення максимальної амплітуди до середньої, навіть для досить сильно викривленого (обмеженого по амплітуді) сигналу на виході мікрофона телефонної трубки становить не менше 3, а для неспотвореного музичного сигналу досягає десятків і навіть сотень. Оскільки тракт радіопередачі потрібно розраховувати на максимальний сигнал, обмеження його в тій чи іншій мірі використовують майже завжди.

49Під світлом в даний час розуміють електромагнітне випромінювання, сприймається людським оком.

Довжина хвиль сприйманого електромагнітного випромінювання лежить в інтервалі від 0,38 до 0,76 мкм.

Електромагнітні хвилі поперечні.

На підставі своїх теоретичних досліджень Максвелл зробив висновок: світло має електромагнітну природу.

Електромагнітна природа світла була підтверджена в дослідах Герца, який показав, що електромагнітні хвилі, подібно до світла на межі розділу двох середовищ, відчувають віддзеркалення і заломлення.)

50. квантова теорія світла

У 1900 р. німецький фізик М.Планк, вивчаючи природу випромінювання нагрітих твердих тіл, висловив припущення, що енергія випромінюється і поглинається не безперервно, а дискретно, певними порціями – квантами, пропорційними частоті коливань. Тобто перехід від одного енергетичного стану до найближчого іншого супроводиться випромінюванням або поглинанням енергії у вигляді певних порцій – квантів енергії. Величину кванта енергії можна обчислити із співвідношення, яке називається рівнянням Планка: Е = hν, де Е – кількість енергії з частотою коливань ν; h – константа пропорційності, або універсальна стала Планка, що дорівнює 6,626•10–34 Дж•с. З рівняння видно, що енергія кванта тим більша, чим більша частота коливань або чим менша довжина хвилі. Постулат Планка був обгрунтований А.Ейнштейном(1905 р.).

51. Закони відбивання і заломлення світла.

Закони заломлення:

1) Відношення стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря):.

2) Заломлений промінь, падаючий промінь і нормаль до поверхні поділу середовищ знаходяться в одній площині.

Крім відносного показника заломлення, в оптиці користуються поняттям і абсолютного показника заломлення.

Абсолютний показник заломлення речовини — відношення швидкості світла у вакуумі (або в повітрі) до швидкості світла в даній речовині:, тоді.

закон повного відбивання світла: при переході світлового променя з оптично більш густого середовища в оптично менш густе на межі поділу цих середовищ може виникати повне відбивання променя за умови, що значення кута падіння перевищить деяке критичне значення, стале для даних двох середовищ.

52.Тиск свiтлових променiв;дослiди Лэбэдэва.

Світлови́й тиск — тиск, який світло чинить на тіло, в якому поглинається, або від якого відбивається.

Теоретично існування світлового тиску передбачив Максвелл в 1871 році, а експериментально дослідив П. М. Лебедєв у 1900

Світло складається з фотонів, кожен з яких має імпульс

,

де — частота, — зведена стала Планка, c — швидкість світла у вакуумі.

За законом збереження імпульсу при поглинанні фотона цей імпульс передається тілу, що його поглинуло. При відбитті світла імпульс фотона міняється на протилежний, а тіло, від якого відбивається світловий промінь, отримує вдвічі більший імпульс.

53.Розкладання білого світла призмою;Суцiльний спектр.

Призма — оптичний елемент у формі багатогранного тіла з прозорого для світла матеріалу, яке застосовують для зміни напряму поширення пучків світла, розкладання білого світла в спектр,поляризації світла тощо.

Для розкладу світла в спектр найчастіше використовуються трикутні призми. Властивість призми розкладати світло зумовлена явищем дисперсії світла — залежністю показника заломленняматеріалу призми від частоти.

Для розділення пучка променів на два використовуються біпризми.

54.Ультрафiолетовi та iнфакраснi променi.

Инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 1011 до 3,75 • 1014 Гц называется инфракрасным излучением. Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится. Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел. Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.

Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны = 780 нм — 1 мм). Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.

Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д. Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое. Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.

Ультрафполетовое излучение. Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 1014 до 3 • 1016 Гц называется ультрафполетовым излучением (длина волны = 10—380 нм).

Обнаружить ультрафполетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом. Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фполетовой областью спектра.

Ультрафполетовое излучение отличается высокой химической активностью. Повышенную чувствительность к ультрафполетовому излучению имеет фотоэмульсия. В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу. После проявления бумага почернеет за фполетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.

Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы. Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.

Ультрафполетовые лучи оказывают также бактерицидное действие. Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.

55.Види спектрiв та прилади iх спостереження.

Спектральні прилади, прилади для дослідження спектрального складу по довжинах хвиль електромагнітних випромінювань в оптичному діапазоні (10 -3 —10 3 мкм; див.(дивися) Спектри оптичні), знаходження спектральних характеристик випромінювачів і об'єктів, що взаємодіяли з випромінюванням, а також для спектрального аналізу. С. п. розрізняються методами спектрометрії, приймачами випромінювання, досліджуваним (робітником) діапазоном довжин хвиль і ін. характеристиками.

Принцип дії більшості С. п. можна пояснити за допомогою імітатора, змальованого на мал. 1. Форма отвору в рівномірно освітленому екрані 1 відповідає функції f (l), що описує досліджуваний спектр — розподіл енергії випромінювання по довжинах хвиль l. Отвір в екрані 2 відповідає функції а, що описує здатність С. п. виділяти зі світлового потоку вузькі ділянки dl в околиці кожної l’. Ету найважливішу характеристику С. п. називають функцією пропускання, або апаратною функцією (АФ). Процес виміру спектру f (l) приладом з АФ а (l — l’) можна імітувати, реєструючи зміни світлового потоку, що проходить через отвір, при переміщенні (скануванні) екрану 2 відносно екрану 1. Очевидно, чим менше ширина АФ, тим точніше буде виміряна форма контура спектру f (l), тим більше тонка структура може бути в нім виявлена.

56.Завкон теплового випромiнювання Кiргхофа

Г. Кірхгоф відкрив закон, який кількісно пов'язує поглинання і випромінювання різних тіл. Цей зв'язок описується наведеним нижче рівнянням і має назву закону Кірхгофа:

де (Мет)1, (Мет)2, МеST – щільності випромінювання відповідно першого, другого та чорного тіла при температурі Т;

(αст)1, (αст)2 – спектральні коефіцієнти поглинання першого і другого тіл відповідно.

З цього закону витікає, що існують, по-перше, універсальна, незалежна від природи тіла функція випромінювання і, по-друге, кількісний зв’язок між поглинальними та випромінювальними властивостями будь-яких тіл.

Такою універсальною функцією є МеST, яка залежить тільки від температури Т тіла, в якого для усіх довжин хвиль і температур коефіцієнт поглинання випромінювання дорівнює 1,0. Таке тіло називається чорним тілом.

57. спектри сонця i зiрок та iх звязок з температурою

Найважливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випромінювання.За допомогою цього методу можна встановити якісний і кількісний хімічний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого.

Для одержання спектрів застосовують спектроскоп та спектрограф.

Вивчення спектрів дає змогу аналізувати хімічний склад газів, що випромінюють або поглинають світло. Кількість атомів або молекул, які випромінюють чи поглинають енергію, визначається інтенсивністю ліній. Чим помітніша лінія певного елемента у спектрі випромінювання або поглинання, тим більше таких атомів (молекул) на шляху променя світла.

Сонце і зорі оточені газовими атмосферами. Неперервний спектр їхньої видимої поверхні перетинається темними лініями поглинання, які виникають, коли проміння проходить через атмосферу зірок. Тому їхні спектри — це спектри поглинання.

Спектр Сонця неперервний з великою кількістю темних ліній, які називаються фраунгоферовими. Ці лінії виникають у нижчих шарах атмосфери завдяки поглинанню та розсіюванню атомами різних елементів. Значна кількість ліній, особливо в інфрачервоній області, це телуричні (tellus - Земля) - утворені внаслідок поглинання світла Сонця молекулами газів земної атмосфери.

Починаючи з λ=168•10-9м, у бік коротких довжин хвиль спектр Сонця стає слабким, фраунгоферів спектр зникає. Найбільшої інтенсивності спектр досягає в області 430-550•10-9м, до червоного кінця спостерігається спад інтенсивності.

За спектром можна знайти й температуру світного об'єкта. Коли тіло розжарене до червоного коліру, у його суцільному спектрі найяскравіша червона частина. Якщо його нагрівати далі, ділянка найбільшої яскравості у спектрі змішується в жовту, потім у зелену частину і так далі до фіолетового. Це явище описується законом Віна, який показує залежність положення максимуму у спектрі випро-мінювання від температури тіла. Знаючи цю залежність, можна встановити температуру Сонця, зірок, планет за допомогою спеціально створених приймачів інфрачервоного випромінювання.

58.закони зовнішнього фотоефекту

Фотоефект – явище взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною, в результаті якого енергія фотонів передається електронам речовини й останні переходять у новий енергетичний стан.

Розрізняють:

1) Зовнішній фотоефект – виривання електронів з речовини під дією світла.

2) Внутрішній фотоефект – перерозподіл електронів за енергетичними рівнями під дією світла(електромагнетного випромінювання).

Внутрішній фотоефект властивий деяким напівпровідникам і меншою мірою діелектрикам.

3) Ядерний фотоефект – це явище виривання нуклонів із ядра під дією жорсткого рентгенівського або?-випромінювання. Явище зовнішнього фотоефекту вперше дослідив О.Г.Столєтов у 1890р.

Перший закон фотоефекту.

Сила фотоструму насичення прямопропорційна падаючому на електрод світловому потоку.

Щоб струм не протікав, потрібно прикласти затримуючу (гальмуючу) напругу, за якою можна визначити кінетичну енергію фотоелектронів.

еUз =

Змінюючи частоту подаючого світла, Столєтов визначив кінетичну енергію фотоелектронів і встановив другий закон:

Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає з частотою світла і не залежить від його інтенсивності.

Найменша частота хвилі, при якій ще можливий фотоефект, наз. червоною межею фотоефекту. Або:

Найбільша довжина хвилі, при якій ще можна спостерігати фотоефект, наз. червоною межею фотоефекту.

Третій з-н фотоефекту:

Поріг фотоефекту (червона межа) визначається тільки матеріалом електрода і не залежить від інтенсивності випромінювання.

59.