Объемная плотность потенциальной энергии волны: .

ПОТОК ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ ПЛОЩАДКУ dS – энергия, прошедшая через эту площадку в единицу времени. Если скорость переноса энергии v, то поток энергии dФ через площадку dS запишется: . Если площадка расположена не перпендикулярно направлению распространения энергии, следует писать в более общем виде: . Если площадка расположена параллельно вектору скорости, то, разумеется, поток энергии через неё равен нулю. Напомню, что под направлением ориентации площадки понимается направление нормали к её поверхности.

ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА ЭНЕРГИИ U есть поток энергии через единичную площадку, то есть: .

Среднее значение модуля вектора плотности потока энергии (вектора Умова) есть ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОЛНЫ. Интенсивность — скалярная физическая величина, количественно характеризующая мощность, переносимую волной в направлении распространения.

 

Спектральная плотность потока излучения: - это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения:

ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА (I) – средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны, в единицу времени.

Уровень звукового давления (Lp). Давление звука – среднее по времени избыточное давление, которое испытывает препятствие, помещенное в звуковое поле. Давление звука определяется импульсом, передаваемым звуковой волной препятствию. Давление звука используется для измерения абсолютных значений интенсивности звука, исходящего от источника шума, в децибелах (дБ).

Уровень громкости звука — относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах — дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равногромким данному звуку).

 

3.Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией. Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела. Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела. Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается; если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.

СПОСОБЫ:

1)Теплопроводность (через молекулы и атомы вещества)

2)Конвекция (перемешивание веществ)

3)Тепловое излучение (эл-м. излучение за счёт собственной тепловой энергии, например, лампочка)

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.

Теплоёмкость тела (обычно обозначается латинской буквой C) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты δQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δT

Первый закон термодинамики. Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами. Δ U = Q – A

В основе классической теории теплоемкости твердых тел лежит закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Однородное твердое тело рассматривается как система независимых друг от друга частиц, имеющих три степени свободы и совершающих тепловые колебания с одинаковой частотой. Причины расхождения с опытом классической теории теплоемкости твердых тел состоят в ограниченности используемого закона равномерного распределения энергии по степеням свободы и непригодности его в области низких температур, где среднюю энергию колеблющихся частиц в кристаллической решетке необходимо вычислять по законам квантовой механики.

 

Билет №6.

1. Работа силы. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Примеры формул потенциальной энергии и взаимодействия тел. Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения.

2. Электромагнитная волна, условие и механизм её возникновения. Скорость и длина электромагнитной волны в вакууме и в различных средах. Показатель преломления среды. Шкала электромагнитных волн. Характеристика электромагнитных волн различных интервалов длин волн.

3. Круговые процессы. КПД идеального и реального цикла Карно, их расхождение.

 

1. Работа силы – физическая величина, равная произведению модуля вектора силы на модуль вектора перемещения и на косинус угла между этими векторами: A=F*S*cosα. Силы, работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным размещением тела в пространстве, называют консервативными, или потенциальными. К ним принадлежат: силы притяжения, силы упругости, электростатические силы взаимодействия между заряженными телами.

Силы, что не принадлежат к консервативным, называют неконсервативными:

- силы трения, которые возникают при скольжении одного тела по поверхности другого

- силы сопротивления, которых испытывает тело, двигаясь в жидкой или газообразной среде.

Эти силы зависят не только от формы тел, но и от их скорости. Они направлены всегда против направления скорости, потому работа сил трения всегда отрицательна.

Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел,определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними:

Пример:

Кинетическая энергия вращающегося тела равна сумме кинетических энергий его элементарных объемов: T(вр)=(m(1)v(1)^2)/2+(m(2)v(2)^2)/2+m(n)v(n)^2/2

Т(вр)=Jw^2/2 Кинетическая энергия вращающегося тела.

.Кинетическая энергия поступательного движения.

 

2. Электромагнитная волна – процесс распространения электромагнитного поля в пространстве. Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением.

Механизм возникновения: электpомагнитное поле описывается как бы "двумя полями": электpическим Е и магнитным В. Изменение во вpемени одного поля в окpестности данной точки, в котоpой оно pассматpивается, поpождает дpугое поле: изменение поля Е поpождает поле В и наобоpот. Пеpеменное во вpемени электpическое поле поpождает в соседних точках пеpеменное магнитное поле, в свою очеpедь пеpеменное магнитное поле в своей окpестности поpождает пеpеменное электpическое. Эти поpождения пpоисходят не мгновенно, а с опpеделенным запаздыванием, вследствие чего и создается электpомагнитная волна.

Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью:

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные: ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м, μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м. Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f. Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

.

Показатель преломления вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде .

 

3. Круговым процессом (или циклом) назы­вается процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращает­ся в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой (рис.84). Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расши­рения (1 — 2) и сжатия (2 — 1) газа. Рабо­та расширения (определяется площадью фигуры 1 a2V ₂ V ₁ 1) положительна (dV>0), работа сжатия (определяется площадью фигуры 2b1V ₁ V ₂ 2) отрицательна (dV<0), Следовательно, работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой. Если за цикл совершается положительная ра­бота (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется пря­мым (рис. 84, а), если за цикл совершает­ся отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрел­ки), то он называется обратным (рис. 84,б).

Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл

используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высо­кой температурой.

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состоя­ние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю. По­этому первое начало термодинамики (51.1) для кругового процесса

Q=DU+A=A, (56.1)

т. е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Од­нако в результате кругового процесса система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому

Q=Q₁-Q₂,

где Q₁— количество теплоты, полученное системой, q ₂— количество теплоты, от­данное системой. Поэтому термический коэффициент полезного действия для кру­гового процесса

 

Билет №7.+

1. Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии. Связь работы неконсервативной силы с измененнием механической энергии системы.

2. Круговые процессы. КПД идеального и реального цикла Карно, их расхождение.

3. Интерференция когерентных волн. Амплитуда результирующего колебания при интенсивности двух волн, условия максимумов и минимумов амплитуды. Интерференционный спектр.

 

1. Механической энергией тела в физике называют сумму кинетической и потенциальной энергий этого тела (E=T+П). Закон сохранения механической энергии в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем (Е=Т+П).

Если система взаимодействующих тел не замкнута, то ее механическая энергия не сохраняется. Изменение механической энергии такой системы равно работе внешних сил:

Авн = ΔЕ = Е – Е0, где Е и Е0 – полные механические энергии системы в конечном и начальном состояниях соответственно.

Примером такой системы может служить система, в которой наряду с потенциальными силами действуют непотенциальные силы. К непотенциальным силам относятся силы трения. В большинстве случаев, когда угол между силой трения Fтр и элементарным перемещением Δr тела составляет π радиан, работа силы трения отрицательна и равна

Aтр = –Fтр∙s12, где s12 – путь тела между точками 1 и 2.

Силы трения при движении системы уменьшают ее кинетическую энергию. В результате этого механическая энергия замкнутой неконсервативной системы всегда уменьшается, переходя в энергию немеханических форм движения.

 

2. Круговым процессом (или циклом) назы­вается процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращает­ся в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой (рис.84). Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расши­рения (1 — 2) и сжатия (2 — 1) газа. Рабо­та расширения (определяется площадью фигуры 1 a2V ₂ V ₁ 1) положительна (dV>0), работа сжатия (определяется площадью фигуры 2b1V ₁ V ₂ 2) отрицательна (dV<0), Следовательно, работа, совершаемая газом за цикл, определяется площадью, охватываемой замкнутой кривой. Если за цикл совершается положительная ра­бота (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется пря­мым (рис. 84, а), если за цикл совершает­ся отрицательная работа (цикл протекает против часовой стрел­ки), то он называется обратным (рис. 84,б).

Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл

используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высо­кой температурой.

В результате кругового процесса система возвращается в исходное состоя­ние и, следовательно, полное изменение внутренней энергии газа равно нулю. По­этому первое начало термодинамики (51.1) для кругового процесса

Q=DU+A=A, (56.1)

т. е. работа, совершаемая за цикл, равна количеству полученной извне теплоты. Од­нако в результате кругового процесса система может теплоту как получать, так и отдавать, поэтому

Q=Q₁-Q₂,

где Q₁— количество теплоты, полученное системой, q ₂— количество теплоты, от­данное системой. Поэтому термический коэффициент полезного действия для кру­гового процесса

 

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

Амплитуда результирующих колебаний в любой точке среды не зависит от времени. Разность хода волн равна целому числу длин волн (иначе четному числу длин полуволн) , где .В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки максимальна и равна удвоенной амплитуде. Разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн , где . Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга.

Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

 

 

Билет №8.+

1. Электрическое взаимодействие заряженных тел. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электрического поля. Напряженность и потенциал электрического поля точечного заряда и системы точечных зарядов.

2. Квазиупругая сила. Математический и физический маятники. Циклическая частота гармонического осцилятора. Энергия колебаний.

3. Ядерная модель атома. Результаты квантово-механического рассмотрения поведения электрона в водородоподобном атоме. Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами.

 

1. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается . Единица электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен .

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:

,

где и — модули зарядов, — расстояние между ними, — коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора системы единиц, в СИ .

Величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды . Для среды с диэлектрической проницаемостью закон Кулона записывается следующим образом:

,

В СИ коэффициент принято записывать следующим образом: , где — электрическая постоянная. Она численно равна .

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:

,

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 14, 15).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках зарядов.

Напряженность – силовая характеристика поля. Напряженность численно равна силе, которая действовала бы на единицу пробного заряда, помещенного в данную точку поля.

Ф — потенциал электрического поля — энергетическая характеристика поля. Потенциал численно равен потенциальной энергии, которую имела бы единица пробного заряда, помещенного в данную точку поля.

 

 

2. Квазиупругая сила — это сила, пропорциональная смещению тела (аналогично силе упругости), но ее природа не связана с упругой деформацией тела.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на нерастяжимой невесомой нити, совершающая колебательное движение в одной вертикальной плоскости под действием силы тяжести. (7.3)

Физическим маятником называется твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной оси (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной.(7.4)

Гармоническим осциллятором называется система, которая совершает колебания, описываемые выражением вида d2s/dt2 + ω02s = 0. Колебания гармонического осциллятора есть важный пример периодического движения и служат точной или приближенной моделью во многих задачах классической и квантовой физики. В качестве примеров гармонического осциллятора могут быть пружинный, физический и математический маятники, колебательный контур (для токов и напряжений настолько малых, что можно было бы элементы контура считать линейными).