Экзаменационные билеты и ответы за 11 класс по Физике

Билет№1

МеханическоедвижениеОтносительностьдвижения, Системаотсчета, Материальнаяточка, Траектория.Путь и перемещение.Мгновеннаяскорость. Ускорение.Равномерноеи равноускоренноедвижение

Планответа

1. Определение механического движения. 2.Основные понятиямеханики. 3.Кинематическиехарактеристики.4. Основныеуравнения. 5.Виды движения.6. Относительностьдвижения.

Механическимдвижениемназывают измене­ниеположения тела(или его частей)относительнодругих тел.Например, человек,едущий на эскалато­рев метро, находитсяв покое относительносамого эскалатораи перемещаетсяотносительностен тунне­ля;гора Эльбруснаходится впокое относительноЗемли и движетсявместе с ЗемлейотносительноСолнца.

Из этих примероввидно, что всегданадо ука­затьтело, относительнокоторогорассматриваетсядвижение, егоназывают теломотсчета. Системако­ординат,тело отсчета,с которым онасвязана, и вы­бранныйспособ измерениявремени образуютси­стему отсчета.Рассмотримдва примера.Размеры орбитальнойстанции, находящейсяна орбите околоЗемли, можноне учитывать,рассчитываятраекто­риюдвижения космическогокорабля пристыковке состанцией, безучета ее размеровне обойтись.Та­ким образом,иногда размерамитела по сравнениюс расстояниемдо него можнопренебречь,в этих случаяхтело считаютматериальнойточкой, Линию,вдоль которойдвижется материальнаяточка, называюттраекторией.Длина частитраекториимежду начальными конечнымположениемточки называютпутем (L). Единицаизмерения пути— 1м.

Механическоедвижениехарактеризуетсятре­мя физическимивеличинами:перемещением,ско­ростьюи ускорением.

Направленныйотрезок прямой,проведенныйиз начальногоположениядвижущейсяточки в ее конечноеположение,называетсяперемещением(s), Перемещение— величинавекторнаяЕдиница изме­ренияперемещения-1м.

Скорость —векторнаяфизическаявеличина,характеризующаябыстроту перемещениятела, чис­ленноравная отношениюперемещенияза малый промежутоквремени к величинеэтого промежутка.Промежуток,времени считаетсядостаточномалым, еслискорость втечении этогопромежуткане меня­лась.Например, придвижении автомобиляt ~ 1 с, при движенииэлементарнойчастицы t ~ 10 с,при движениинебесных телt ~ 10 с. Определяющаяформула скоростиимеет вид v =s/t. Единицаизме­ренияскорости — м/с.На практикеиспользуютеди­ницу измеренияскорости км/ч(36 км/ч = 10 м/с). Измеряютскорость спидометром.

Ускорение— векторнаяфизическаявеличина,характеризующаябыстроту измененияскорости, численноравная отношениюизмененияскорости кпромежуткувремени, в течениекоторого этоизмене­ниепроизошло. Еслискорость изменяетсяодинаково втечение всеговремени движения,то ускорениеможно рассчитатьпо формуле а= (v –v₀)/t.Единица измеренияускорения —м/с².

Характеристикимеханическогодвижения свя­занымежду собойосновнымикинематическимиуравнениями.

s = v_0t+ at²/2;

v = v₀+at.

Предположим,что тело движетсябез уско­рения(самолет намаршруте), егоскорость втечение продолжительноговремени неменяется, а= 0, тогда кинематическиеуравнения будутиметь вид: v= const, s =vt.

Движение, прикотором скоростьтела не ме­няется,т. е. тело за любыеравные промежуткивре­мени перемещаетсяна одну и ту жевеличину, назы­ваютравномернымпрямолинейнымдвижением.

Во время стартаскорость ракетыбыстро воз­растает,т. е. ускорениеа > О, а == const.

В этом случаекинематическиеуравнениявы­глядят так:v =v₀+ at, s= V_0t+ at²/2.

При таком движениискорость иускорение имеютодинаковыенаправления,причем скоростьизменяетсяодинаково залюбые равныепромежуткивремени. Этотвид движенияназываютравноуско­ренным.

При торможенииавтомобиляскорость умень­шаетсяодинаково залюбые равныепромежуткивре­мени, ускорениеменьше нуля;так как скоростьуменьшается,то уравненияпринимают вид:v= v₀+ at, s = v_0t- at²/2.Такое движениеназываютравнозамедленным.

Все физическиевеличины,характеризующиедвижение тела(скорость, ускорение,перемещение),а также видтраектории,могут изменятьсяпри пере­ходеиз одной системык другой, т. е.характер дви­жениязависит отвыбора системыотсчета, в этоми проявляетсяотносительностьдвижения.Например, ввоздухе происходитдозаправкасамолета топливом.В системе отсчета,связанной ссамолетом,другой самолетнаходится впокое, а в системеотсчета, свя­заннойс Землей, обасамолета находятсяв движе­нии.При движениивелосипедистаточка колесав системе отсчета,связанной сосью, имееттраекто­рию,представленнуюна рисунке 1.

Рис. 1 Рис. 2

Всистеме отсчета,связанной сЗемлей, видтраекторииоказываетсядругим(рис.2).

Билет №10

Кристаллическиеи аморфныетела. Упругиеи пластическиедеформациитвердых тел.

Планответа

1. Твердыетела. 2. Кристаллическиетела. 3. Моно- иполикристаллы.4. Аморфные тела..5. Упру­гость.6. Пластичность.

Каждый можетлегко разделитьтела на твер­дыеи жидкие. Однакоэто делениебудет толькопо внешнимпризнакам. Длятого чтобывыяснить, ка­кимиже свойствамиобладают твердыетела, будем ихнагревать. Однитела начнутгореть (дерево,уголь)— это органическиевещества. Другиебудут размягчаться(смола) дажепри невысокихтемпера­турах— это аморфные.Третьи будутизменять своесостояние принагреваниитак, как показанона гра­фике(рис. 12). Это и естькристаллическиетела. Та­коеповедениекристаллическихтел при нагреванииобъясняетсяих внутреннимстроением.Кристалли­ческиетела — это такиетела, атомы имолекулы которыхрасположеныв определенномпорядке, и этотпорядок сохраняетсяна достаточнобольшом расстоянии.Пространственноепериодическоераспо­ложениеатомов илиионов в кристалленазываюткристаллическойрешеткой. Точкикристаллическойрешетки, в которыхрасположеныатомы или ионы,называют узламикристаллическойрешетки.

Рис. 12

Кристаллическиетела бываютмонокристал­ламии поликристаллами.Монокристаллобладает единойкристаллическойрешеткой вовсем объеме.

Анизотропиямонокристалловзаключаетсяв зависимостиих физическихсвойств отнаправления.Поликристаллпредставляетсобой соединениемел­ких, различнымобразом ориентированныхмонокри­сталлов(зерен) и не обладаетанизотропиейсвойств.

Большинствотвердых телимеют поликристалличе­скоестроение (минералы,сплавы, керамика).

Основнымисвойствамикристаллическихтел являются:определенностьтемпературыплавления,упругость,прочность,зависимостьсвойств отпоряд­ка расположенияатомов, т. е. оттипа кристалли­ческойрешетки.

Аморфныминазывают вещества,у которых отсутствуетпорядок расположенияатомов и молекулпо всему объемуэтого вещества.В отличие откри­сталлическихвеществ аморфныевеществаизотроп­ны.Это значит, чтосвойства одинаковыпо всем на­правлениям.Переход изаморфногосостояния вжидкое происходитпостепенно,отсутствуетопреде­леннаятемператураплавления.Аморфные телане обладаютупругостью,они пластичны.В аморфномсостояниинаходятсяразличныевещества: стекла,смолы, пластмассыи т. п.

Упругость— свойство телвосстанавливатьсвою форму иобъем послепрекращениядействия внешнихсил или другихпричин, вызвавшихдефор­мациютел. Для упругихдеформацийсправедливза­кон Гука,согласно которомуупругие деформациипрямо пропорциональнывызывающимих внешнимвоздействиям, где — механическоена­пряжение,

 — относительноеудлинение, Е— мо­дуль Юнга(модуль упругости).Упругостьобусловле­навзаимодействиеми тепловымдвижениемчастиц, из которыхсостоит вещество.

Пластичность— свойствотвердых телпод действиемвнешних силизменять, неразрушаясь,свою форму иразмеры и сохранятьостаточныеде­формациипосле того, какдействие этихсил прекра­тится.

Билет № 11

Работа в термодинамике.Внутренняяэнергия. Первыйзакон термодинамики.Применениепервого законак изопроцессам.Адиабатныйпроцесс.

План ответа

1. Внутренняяэнергия и ееизмерение. 2.Ра­бота втермодинамике.3. Первый законтермодина­мики.4. Изопроцессы.5. Адиабатныйпроцесс.

Каждое телоимеет вполнеопределеннуюструктуру, оносостоит изчастиц, которыехаотиче­скидвижутся ивзаимодействуютдруг с другом,по­этому любоетело обладаетвнутреннейэнергией. Внутренняяэнергия — этовеличина,характери­зующаясобственноесостояние тела,т. е. энергияхаотического(теплового)движения микрочастицси­стемы (молекул,атомов, электронов,ядер и т. д.) иэнергия взаимодействияэтих частиц.Внутренняяэнергия одноатомногоидеальногогаза определяетсяпо формулеU=3/2• т/М • RT.

Внутренняяэнергия теламожет изменятьсятолько в результатеего взаимодействияс другими телами.Существуютдва способаизменениявнутрен­нейэнергии: теплопередачаи совершениемехани­ческойработы (например,нагреваниепри трении илипри сжатии,охлаждениепри расширении).

Теплопередача— это изменениевнутреннейэнергии безсовершенияработы: энергияпередаетсяот более нагретыхтел к менеенагретым.Теплопере­дачабывает трехвидов: теплопроводность(непо­средственныйобмен энергиеймежду хаотическидвижущимисячастицамивзаимодействующихтел или частейодного и тогоже тела); конвекция(перенос энергиипотоками жидкостиили газа) иизлуче­ние(перенос энергииэлектромагнитнымиволнами). Меройпереданнойэнергии притеплопередачеяв­ляетсяколичествотеплоты (Q).

Эти способыколичественнообъединеныв за­кон сохраненияэнергии, которыйдля тепловыхпро­цессовчитается так.Изменениевнутреннейэнергии замкнутойсистемы равносумме количестватеп­лоты, переданнойсистеме, и работы,внешних сил,совершеннойнад системой.U= Q + А, где U—изменениевнутреннейэнергии, Q— количествотеп­лоты, переданнойсистеме, А— работа внешнихсил. Если системасама совершаетработу, то ееусловно обозначаютА'. Тогда законсохраненияэнергии длятепловых процессов,который называетсяпервым за­кономтермодинамики,можно записатьтак: Q = Α'+ U, т. е. количествотеплоты, переданноесисте­ме, идетна совершениесистемой работыи измене­ниеее внутреннейэнергии.

При изобарномнагреваниигаз совершаетра­боту надвнешними силамиΑ' = p(V₁-V₂)= pΔV, где

V₁,и V₂ —начальный ико­нечный объемгаза. Если про­цессне являетсяизобарным,величина работыможет бытьопределенаплощадью фигу­ры,заключенноймежду ли­нией,выражающейзависи­мостьp(V)и начальными ко­нечнымобъемом газа(рис. 13).

Рассмотримприменениепервого законатер­модинамикик изопроцессам,происходящимс иде­альнымгазом.

В изотермическомпроцессетемпературапо­стоянная,следовательно,внутренняяэнергия неме­няется. Тогдауравнениепервого законатермодина­микипримет вид: Q= А',т. е. количествотеплоты, переданноесистеме, идетна совершениеработы приизотермическомрасширении,именно поэтомутемпе­ратуране изменяется.

В изобарномпроцессе газрасширяетсяи ко­личествотеплоты, переданноегазу, идет наувеличе­ниеего внутреннейэнергии и насовершениеим ра­боты:Q = U + А'.

При изохорномпроцессе газне меняет своегообъема, следовательно,работа им несовершается,т. е., А= О,и уравнениепервого законаимеет вид:

Q = U, т. е.переданноеколичествотеплоты идетна увеличениевнутреннейэнергии газа.

Адиабатнымназывают процесс,протекающийбез теплообменас окружающейсредой.Q= 0, следо­вательно,газ при расширениисовершаетработу за счетуменьшенияего внутреннейэнергии, следова­тельно,газ охлаждается,Α' = U.Кривая, изобра­жающаяадиабатныйпроцесс, называетсяадиабатой.

Билет№ 12

Взаимодействиезаряженныхтел. Закон Кулона.Закон сохраненияэлектрическогозаряда

Планответа

1. Электрическийзаряд. 2. Взаимодействиеза­ряженныхтел. 3. Законсохраненияэлектрическогозаряда. 4. ЗаконКулона. 5. Диэлектрическаяпроницаемость.6. Электрическаяпостоянная.7. Направ­лениекулоновскихсил.

Законывзаимодействияатомов и молекулудается понятьи объяснитьна основе знанийо строенииатома, используяпланетарнуюмодель егостроения. Вцентре атоманаходитсяположительнозаряженноеядро, вокругкоторого вращаютсяпо определенныморбитам отрицательнозаряженныечастицы. Взаимодействиемежду заряженнымичас­тицаминазываетсяэлектромагнитным.Интенсив­ностьэлектромагнитноговзаимодействияопреде­ляетсяфизическойвеличиной —электрическимза­рядом, которыйобозначаетсяq. Единицаизмеренияэлектрическогозаряда — кулон(Кл). 1 кулон — этотакой электрическийзаряд, который,проходя черезпоперечноесечение проводниказа 1 с, создаетв нем ток силой1 А. Способностьэлектрическихзарядов какк взаимномупритяжению,так и к взаимномуотталкиваниюобъясняетсясуществованиемдвух ви­довзарядов. Одинвид заряданазвали положитель­ным,носителемэлементарногоположительногоза­ряда являетсяпротон. Другойвид заряданазвали отрицательным,его носителемявляется электрон.Элементарныйзаряд равене=1,6•10^-19Кл.

Зарядтела всегдапредставляетсячислом, кратнымвеличинеэлементарногозаряда:q=e(N_p-N_e)где N_p— количествоэлектронов,N_e —количествопротонов.

Полныйзаряд замкнутойсистемы (вкоторую невходят зарядыизвне), т. е.алгебраическаясумма зарядоввсех тел остаетсяпостоянной:q₁ + q₂+ ...+q_n= const.Электрическийзаряд не создаетсяи не исчезает,а только переходитот одного телак друго­му. Этотэкспериментальноустановленныйфакт на­зываетсязаконом сохраненияэлектрическогозаря­да. Никогдаи нигде в природене возникаети не ис­чезаетэлектрическийзаряд одногознака. Появлениеи исчезновениеэлектрическихзарядов нателах в большинствеслучаев объясняетсяпереходамиэле­ментарныхзаряженныхчастиц —электронов— от одних телк другим.

Электризация— это сообщениетелу электри­ческогозаряда. Электризацияможет происходить,например, присоприкосновении(трении) разно­родныхвеществ и приоблучении. Приэлектризациив теле возникаетизбыток илинедостатокэлектронов.

В случаеизбытка электроновтело приобретаетотрицательныйзаряд, в случаенедостатка— поло­жительный.

Законывзаимодействиянеподвижныхэлек­трическихзарядов изучаетэлектростатика.

Основнойзакон электростатикибыл экспери­ментальноустановленфранцузскимфизиком Шар­лемКулоном и читаетсятак. Модульсилы взаимо­действиядвух точечныхнеподвижныхэлектриче­скихзарядов в вакуумепрямо пропорционаленпро­изведениювеличин этихзарядов и обратнопропор­ционаленквадрату расстояниямежду ними.

F= k •q₁q₂/r²,где q₁и q₂—модули зарядов,r — расстояниемежду ними,k — коэффициентпропор­циональности,зависящий отвыбора системыеди­ниц, в СИk = 9 •10⁹ Н • м²/Кл².Величина,показывающаяво сколько разсила взаимодействиязарядов в вакуумебольше, чем всреде, называетсядиэлектрическойпроницаемостьюсреды ε. Длясреды с диэлектрическойпроницае­мостьюε закон Кулоназаписываетсяследующимоб­разом:F=k •q₁q₂/(ε•r²)

Вместокоэффициентаk частоиспользуетсякоэффициент,называемыйэлектрическойпостоян­ной ε₀. Электрическаяпостояннаясвязана скоэффи­циентомk следующимобразом k= 1/4π ε₀и численноравна ε₀=8,85• 10^-12 Кл/Н •м².

С использованиемэлектрическойпостояннойзакон Кулонаимеет вид:F=(1/4πε₀)•(q₁q₂/r²)

Взаимодействиенеподвижныхэлектрическихзарядов называютэлектростатическим,или кулоновским,взаимодействием.Кулоновскиесилы мож­ноизобразитьграфически(рис. 14, 15).

Кулоновскаясила направленавдоль прямой,соединяющейзаряженныетела. Она являетсясилой притяженияпри разныхзнаках зарядови силой от­талкиванияпри одинаковыхзнаках.

Билет№ 14

Работаи мощность вцепи постоянного тока. Электродвижущаясила. Закон Омадля полной цепи

Планответа

1. Работатока. 2. ЗаконДжоуля—Ленца3. Элек­тродвижущаясила. 4. ЗаконОма для полнойцепи.

В электрическомполе из формулыопределе­ниянапряжения(U = A/q)легко получитьвыраже­ниедля расчетаработы переносаэлектрическогоза­ряда А= Uq, таккак для токазаряд q= It, торабота тока:А = Ult,или А =I²Rt = U²/R• t.

Мощность,по определению,N = A/t,следова­тельно,N = UI= I² R= U²/R.

Русскийученый X.Ленц и английскийуче­ный Джоульопытным путемв серединепрошлого векаустановилинезависимодруг от другазакон, которыйназываетсязаконом Джоуля—Ленцаи чи­таетсятак. При прохождениитока по проводникуколичествотеплоты, выделившейсяв проводнике,прямо пропорциональноквадрату силы,тока, со­противлениюпроводникаи времени прохождениятока.

Q =I²Rt.

Полнаязамкнутая цепьпредставляетсобой электрическуюцепь, в составкоторой входятвнеш­ние сопротивленияи источникто­ка (рис.18). Как один изучастков цепи,источник токаобладаетсо­противлением,которое называютвнутренним,г.

Для тогочтобы ток проходилпо замкнутойцепи, необходимо,чтобы в источникетока зарядамсообщаласьдополнительнаяэнергия, онаберется за счетработы по перемещениюзарядов, которуюпро­изводятсилы неэлектрическогопроисхождения(сто­ронниесилы) противсил электрическогополя. Ис­точниктока характеризуетсяэнергетическойхарак­теристикой,которая называетсяЭДС — электродви­жущаясила источника.ЭДС —характеристикаисточникаэнергии неэлектрическойприроды вэлектрическойцепи, необходимогодля поддержанияв ней электрическоготока. ЭДС измеряетсяотноше­ниемработы стороннихсил по перемещениювдоль замкнутойцепи положительногозаряда к этомуза­ряду ξ= A_ст/q

Пустьза время tчерез поперечноесечение проводникапройдет электрическийзаряд q.Тогда работусторонних силпри перемещениизаряда мож­нозаписать так: A_ст= ξ q.Согласно определениюси­лы тока q= It, поэтомуA_ст = ξ It. При совершенииэтой работына внутреннеми внешнем участкахце­пи, сопротивлениякоторых Rи г, выделяетсянеко­тороеколичествотеплоты. Позакону Джоуля—Ленца оноравно: Q =I²Rt+ I²rt.Согласно законусо­храненияэнергии А= Q.Следовательно,ξ•= IR+ Ir. Произведениесилы тока насопротивлениеучастка цепичасто называютпадением напряженияна этом участке.Таким образом,ЭДС равна суммепадений напряженийна внутреннеми внешнем участкахзамкнутой цепи.Обычно этовыражениезаписываюттак: I = ξ/(R+ r). Этузависимостьопытным путемполучил Г. Ом,называетсяона закономОма для полнойцепи и читаетсятак. Сила токав полной цепипрямо пропорциональнаЭДС источникатока и обратнопропорциональнаполному сопротивлениюцепи. При разомкнутойцепи ЭДС равнанапряжениюна зажимахисточника и,следовательно,может бытьизмерена вольтметром.

Билет № 15

Магнитноеполе, условияего существования.Действие магнитногополя на электрическийзаряд и опыты,подтверждающиеэто действие.Магнитнаяиндукция

Планответа

1. Опыты Эрстедаи Ампера. 2.Магнитноепо­ле. 3. Магнитнаяиндукция.4. Закон Ампера.

В 1820г. датский физикЭрстед обнаружил,что магнитнаястрелка поворачиваетсяпри пропус­канииэлектрическоготока черезпроводник,нахо­дящийсяоколо нее (рис.19). Втом же годуфранцуз­скийфизик Амперустановил, чтодва проводника,расположенныепараллельнодруг другу,испытываютвзаимноепритяжение,если ток течетпо ним в однусторону, иотталкивание,если токи текутв разные стороны(рис. 20).Явление взаимодействиятоков Амперназвалэлектродинамическимвзаимодейст­вием.Магнитноевзаимодействиедвижущихсяэлек­трическихзарядов, согласнопредставлениямтеории близкодействия,объясняетсяследующимобразом:

всякийдвижущийсяэлектрическийзаряд создаетв окружающемпространствемагнитное поле.Магнит­ноеполе —особый видматерии, которыйвозникает впространствевокруг любогопеременногоэлектри­ческогополя.

С современнойточки зренияв природе су­ществуетсовокупностьдвух полей— электрическогои магнитного— этоэлектромагнитноеполе, онопредставляетсобой особыйвид материи,т. е. су­ществуетобъективно,независимоот нашего созна­ния.Магнитное полевсегда порождаетсяперемен­нымэлектрическим,и, наоборот,переменноеэлек­трическоеполе всегдапорождаетпеременноемагнит­ноеполе. Электрическоеполе, вообщеговоря, можно

рассматриватьотдельно отмагнитного,так как носи­телямиего являютсячастицы— электроныи прото­ны.Магнитное полебез электрическогоне существу­ет,так как носителеймагнитногополя нет. Вокругпроводникас током существуетмагнитное поле,и оно порождаетсяпеременнымэлектрическимполем движущихсязаряженныхчастиц в проводнике.

Магнитноеполе являетсясиловым полем.Си­ловойхарактеристикоймагнитногополя называютмагнитнуюиндукцию (В).Магнитнаяиндукция— это векторнаяфизическаявеличина, равнаямакси­мальнойсиле, действующейсо сторонымагнитногополя на единичныйэлемент тока.В= F/II.Единич­ныйэлемент тока— это проводникдлиной1 м и си­лойтока в нем1 А. Единицейизмерениямагнитнойиндукции являетсятесла.1 Тл= 1 Н/А• м.

Магнитнаяиндукция всегдапорождаетсяв плоскостипод углом90° к электрическомуполю. Вокругпроводникас током магнитноеполе такжесуществуетв перпендикулярнойпроводникуплос­кости.

Магнитноеполе являетсявихревым полем.Для графическогоизображениямагнитных полейвводятсясиловые линии,или линиииндукции,— это такиелинии, в каждойточке которыхвектор магнитнойиндукции направленпо касательной.На­правлениесиловых линийнаходится поправилу бу­равчика.Если буравчикввинчиватьпо направлениютока, то направлениевращения рукояткисовпадет снаправлениемсиловых линий.Линии магнитнойиндукции прямогопровода с токомпредставляютсо­бой концентрическиеокружности,расположенныев плоскости,перпендикулярнойпроводнику(рис. 21).

КакустановилАмпер, на проводникс током, по­мещенныйв магнитноепо­ле, действуетсила. Сила,действующаясо стороны,магнитногополя на провод­никс током, прямопропор­циональнасиле тока. длинепроводникав магнитномполе и перпендикулярнойсо­ставляющейвектора магнитнойиндукции.Это и естьформулировказакона Ампера,который записы­ваетсятак: F_a=ПВ sinα.

Направлениесилы Ампераопределяютпо пра­вилулевой руки.Если левуюруку расположитьтак, чтобы четырепальца показывалинаправлениетока, перпендикулярнаясоставляющаявектора магнитнойиндукции входилав ладонь, тоотогну­тыйна 90°большой палецпокажет направлениесилы Ампера(рис. 22). В= Вsinα.

Билет№ 16

Полупроводники.Собственнаяи примеснаяпроводимостьполупроводников.Полупроводниковыеприборы

План ответа

1.Определение.2. Собственнаяпроводимость.3. Донорнаяпроводимость.4. Акцепторнаяпроводи­мость.5. р-п переход.6. Полупроводниковыеприбо­ры.7. Применениеполупроводников.

Полупроводники— это вещества,удельноесо­противлениекоторых убываетс повышениемтемпе­ратуры,наличия примесей,измененияосвещен­ности.По этим свойствамони разительноотличают­сяот металлов.Обычно к полупроводникамотносят­сякристаллы, вкоторых дляосвобожденияэлектро­натребуетсяэнергия неболее1,5 — 2 эВ. Типичны­миполупроводникамиявляются кристаллыгерма­ния икремния, в которыхатомы объединеныковалентнойсвязью. Природаэтой связипозволяетобъ­яснитьуказанные вышехарактерныесвойства. Принагреванииполупроводникових атомы ионизируют­ся.Освободившиесяэлектроны немогут бытьзахва­ченысоседнимиатомами, таккак все их валентныесвязи насыщены.Свободныеэлектроны поддействи­емвнешнегоэлектрическогополя могутперемещать­сяв кристалле,создавая токпроводимости.Удаление электронас внешней оболочкиодного из атомовв кристаллическойрешетке приводитк образованиюположительногоиона. Этот ионможет нейтрализо­ваться,захватив электрон.Далее, в результатепере-­

ходовот атомов кположительнымионам происходитпроцесс хаотическогоперемещенияв кристаллемес­та с недостающимэлектроном.Внешне этотпроцесс хаотическогоперемещениявоспринимаетсякак пе­ремещениеположительногозаряда, называемого«дыркой». Припомещениикристалла вэлектриче­скоеполе возникаетупорядоченноедвижение «ды­рок»— ток дырочнойпроводимости.

В идеальномкристалле токсоздаетсяравным количествомэлектронови «дырок». Такойтип про­водимостиназывают собственнойпроводимостьюполупроводников.При повышениитемпературы(или освещенности)собственнаяпроводимостьпроводни­ковувеличивается.

Напроводимостьполупроводниковбольшое влияниеоказываютпримеси. Примесибывают до-норныеи акцепторные.Донорная примесь— это примесьс большейвалентностью.При добавлениидонорной примесив полупроводникеобразуютсялишние электроны.Проводимостьстанет электрон­ной,а полупроводникназываютполупроводникомn-типа.Например, длякремния свалентностьюп= 4 донорнойпримесью являетсямышьяк с валент­ностьюп= 5. Каждыйатом примесимышьяка при­ведетк образованиюодного электронапроводимости.

Акцепторнаяпримесь— это примесьс мень­шейвалентностью.При добавлениитакой примесив полупроводникеобразуетсялишнее количество«ды­рок». Проводимостьбудет «дырочной»,а полупро­водникназываютполупроводником p-типа.Напри­мер, длякремния акцепторнойпримесью являетсяиндий с валентностью n= 3. Каждыйатом индияприведет кобразованиюлишней «дырки».

Принципдействия большинстваполупровод­никовыхприборов основанна свойствахр-пперехо­да. Приприведениив контакт двухполупроводнико­выхприборов р-типаи n-типав месте контактана­чинаетсядиффузия электроновиз n-областив p-область,а «дырок»— наоборот,из р-в n-область.Этот процессбудет не бесконечныйво времени, таккак образуетсязапирающийслой, которыйбудет препятствоватьдальнейшейдиффузии электронови «дырок».

р-пконтакт полупроводников,подобно ваку­умномудиоду, обладаетодностороннейпроводи­мостью:если к р-областиподключить«+» источникатока, а к n-области«-» источникатока, то запираю­щийслой разрушитсяи р-пконтакт будетпроводить ток,электроны изобласти n-пойдут в р-область,а «дырки» изp-области в n-область(рис. 23).В первом случаеток не равеннулю, во второмток равен нулю.Т. е., если к p-областипод­ключить«-» источника,а к n-области— «+» источникато­ка, то запирающийслой рас­ширитсяи тока не будет.

Полупроводниковыйдиод состоитиз контактадвух полупроводниковр- иn-типа.Достоин­ствомполупроводниковогодиода являютсямалые размерыи масса, длительныйсрок службы,высокая механическаяпрочность,высокий коэффициентпо­лезногодействия, анедостатком— зависимостьих сопротивленияот температуры.

Врадиоэлектроникеприменяетсятакже еще одинполупроводниковыйприбор: транзистор,кото­рый былизобретен в1948 г. В основетриода лежитне один, а двар-пперехода. Основноеприменениетранзистора— этоиспользованиеего в качествеуси­лителяслабых сигналовпо току и напряжению,а полупроводниковыйдиод применяетсяв качествевыпрямителятока. Послеоткрытия транзисторана­ступилкачественноновый этапразвития электрони­ки— микроэлектроники,поднявший накачественноиную ступеньразвитие электроннойтехники, системсвязи, автоматики.Микроэлектрониказанимаетсяразработкойинтегральныхмикросхем ипринципов ихприменения.Интегральноймикросхемойназы­ваютсовокупностьбольшого числавзаимосвязанныхкомпонентов— транзисторов,диодов, резисторов,со­единительныхпроводов,изготовленныхв едином технологическомпроцессе. Врезультатеэтого про­цессана одном кристаллеодновременносоздаетсянесколько тысячтранзисторов,конденсаторов,ре­зисторови диодов, до3500. Размерыотдельныхэле­ментовмикросхемымогут быть2—5 мкм,погреш­ностьпри их нанесениине должна превышать0,2 мкм.МикропроцессорсовременнойЭВМ, разме­щенныйна кристаллекремния размером6х6 мм, содержитнесколькодесятков илидаже сотентысяч транзисторов.

Однаков технике применяютсятакже полу­проводниковыеприборы безр-пперехода. Например,терморезисторы(для измерениятемпературы),фото­резисторы(в фотореле,аварийныхвыключателях,в дистанционныхуправленияхтелевизорамии видео­магнитофонами).

Билет№ 17

Электромагнитнаяиндукция. Магнитныйпоток.

Законэлектромагнитнойиндукции. ПравилоЛенца

Планответа

1. Опытыпо электромагнитнойиндукции. 2.Магнитныйпоток. 3. Законэлектромагнитнойин­дукции.4. Правило Ленца.

Явлениеэлектромагнитнойиндукции былооткрыто МайкломФарадеем в1831 г. Он опытнымпутем установил,что при изменениимагнитногопо­ля внутризамкнутогоконтура в немвозникаетэлек­трическийток, которыйназываютиндукционнымтоком. ОпытыФарадея можновоспроизвестисле­дующимобразом: привнесении иливынесениимаг­нита вкатушку, замкнутуюна гальванометр,в ка­тушкевозникаетиндукционныйток (рис. 24).Если рядомрасположитьдве катушки(например, наоб­щем сердечникеили одну катушкувнутри другой)и однукатушку черезключ соединитьс источникомтока, то призамыкании илиразмыканииключа в цепипервой катушкиво второй катушкепоявится индукционныйток (рис. 25).Объяснениеэтого явле­ниябыло дано Максвеллом.Любое переменноемаг­нитноеполе всегдапорождаетпеременноеэлектриче­скоеполе.

Дляколичественнойхарактеристикипроцесса изменениямагнитногополя череззамкнутыйконтур вводитсяфизическаявеличина подназваниеммаг­нитныйпоток. Магнитнымпотоком череззамкну­тыйконтур площадьюS называютфизическуювели­чину, равнуюпроизведениюмодуля векторамагнит­нойиндукции Вна площадьконтура Sи на косинусугла а междунаправлениемвектора магнитнойин­дукции инормалью кплощади контура.Ф = BS cosα (рис.26).

Опытнымпутем был установленосновной за­конэлектромагнитнойиндукции: ЭДСиндукции взамкнутомконтуре равнапо величинескорости из-менениямагнитногопотока черезконтур. ξ= ΔФ/t..

Еслирассматриватькатушку, содержащуюп витков, тоформула основногозакона электромагнитнойин­дукции будетвыглядеть так:ξ = n ΔФ/t.

Единицаизмерениямагнитногопотока Ф —вебер (Вб): 1В6=1Β•c.

Из основногозакона ΔФ=ξ t следуетсмысл размерности:1 вебер —это величинатакого магнит­ногопотока, который,уменьшаясьдо нуля за однусекунду, череззамкнутыйконтур наводитв нем ЭДС индукции1 В.

Классическойдемонстрациейосновногозакона электромагнитнойиндукции являетсяпервый опытФарадея: чембыстрее перемещатьмагнит черезвит­ки катушки,тем большевозникаетиндукционныйток в ней, а значит,и ЭДС индукции.

Зависимостьнаправленияиндукционноготока от характераизменениямагнитногополя череззамкнутыйконтур в 1833г. опытным путемустано­вилрусский ученыйЛенц. Он сформулировалправи­ло, носящееего имя. Индукционныйток имеет та­коенаправление,при которомего магнитноеполе стремитсяскомпенсироватьизменениевнешнего магнитногопотока черезконтур. Ленцембыл скон­струированприбор, представляющийсобой дваалю­миниевыхкольца, сплошноеи разрезанное,укреп­ленныена алюминиевойперекладинеи имеющие возможностьвращатьсявокруг оси, каккоромысло.(рис. 27). Привнесении магнитав сплошноекольцо ононачинало «убегать»от магнита,поворачиваясо­ответственнокоромысло. Привынесениимагнита изкольца кольцостремилось«догнать»магнит. Придвижении магнитавнутри разрезанногокольца ни­какогоэффекта непроисходило.Ленц объяснялопыт тем, чтомагнитное полеиндукционноготока стре­милоськомпенсироватьизменениевнешнего магнит­ногопотока.

Билет№ 18

Явлениесамоиндукции.Индуктивность.Электромагнитноеполе

Планответа

1. Опытыпо самоиндукции.2. ЭДС самоин­дукции.3. Индуктивность.4. Энергиямагнитногополя.

Явлениесамоиндукциизаключаетсяв появле­нииЭДС индукциив самом проводникепри измене­ниитока в нем. Примеромявления самоиндукцииявляется опытс двумя лампочками,подключеннымипараллельночерез ключ кисточнику тока,одна из которыхподключаетсячерез катушку(рис. 28). Призамыкании ключалампочка2, включеннаячерез ка­тушку,загораетсяпозже лампочки1. Этопроисхо­дитпотому, чтопосле замыканияключа ток достига­етмаксимальногозначения несразу, магнитноеполе нарастающеготока породитв катушкеиндукцион­нуюЭДС, котораяв соответствиис правиломЛенца будетмешать нарастаниютока.

Длясамоиндукциивыполняетсяустановлен­ныйопытным путемзакон: ЭДСсамоиндукциипря­мо пропорциональнаскорости изменениятока в проводнике.ξ =L ΔI/t.

КоэффициентпропорциональностиL называютиндуктивностью.Индуктивность— это величина,равная ЭДСсамоиндукциипри скоростиизменения токав проводнике1 А/с. Индуктивностьизмеряетсяв генри (Гн).1 Гн = 1 Вс/А.

1 генри— это индук­тивностьтакого проводника,в котором возникаетЭДС самоиндукции1 вольт прискорости изменениятока 1 А/с.Индуктивностьхарактеризуетмагнитныесвойстваэлектрическойцепи (проводника),зависит отмагнитнойпроницаемостисреды сердечника,раз­меров иформы катушкии числа витковв ней.

При отключениикатушки индуктивностиот источникатока лампа,включеннаяпараллельнока­тушке, даеткратковременнуювспышку (рис.29). Ток в цепивозникает поддей­ствиемЭДС самоиндукции.Ис­точникомэнергии, выделяю­щейсяпри этом вэлектри­ческойцепи, являетсямагнит­ноеполе катушки.Энергия магнитногополя находитсяпо формуле

W_m== LI²/2.

Энергиямагнитногополя зависитот индук­тивностипроводникаи силы тока внем. Эта энергияможет переходитьв энергиюэлектрическогополя. Вихревоеэлектрическоеполе порождаетсяперемен­ныммагнитнымполем, а переменноеэлектрическоеполе порождаетпеременноемагнитное поле,т. е. пе­ременныеэлектрическоеи магнитноеполя не могутсуществоватьдруг без друга.Их взаимосвязьпозво­ляетсделать выводо существованииединого элек­тромагнитногополя. Электромагнитноеполе, одно изосновных физическихполей, посредствомкоторогоосуществляетсявзаимодействиеэлектрическизаря­женныхчастиц иличастиц, обладающихмагнитныммоментом.Электромагнитноеполе характеризуетсянапряженностьюэлектрическогополя и магнитнойиндукцией.Связь междуэтими величинамии рас­пределениемв пространствеэлектрическихзарядов и токовбыла установленав 60-х годах прошлогостоле­тия Дж.Максвеллом.Эта связь носитназвание основныхуравненийэлектродинамики,которые опи­сываютэлектромагнитныеявления в различныхсре­дах и ввакууме. Полученыэти уравнениякак обоб­щениеустановленныхна опыте законовэлектриче­скихи магнитныхявлений.

Билет № 19

Свободныеи вынужденныеэлектромагнитныеколебания.Колебательныйконтур и превращениеэнергии приэлектромагнитныхколебаниях.Частота и периодколебаний

Планответа

1.Определение.2.Колебательныйконтур 3.Формула Томпсона.

Электромагнитныеколебания— это колеба­нияэлектрическихи магнитныхполей, которыесо­провождаютсяпериодическимизменениемзаряда, токаи напряжения.Простейшейсистемой, гдемогут возникнутьи существоватьэлектромагнитныеколе­бания,являетсяколебательныйконтур. Колебатель­ныйконтур —это система,состоящая изкатушки индуктивностии конденсатора(рис. 30, а). Есликон­денсаторзарядить изамкнуть накатушку, то пока­тушке потечетток (рис. 30,б). Когда конденсаторразрядится,ток в цепи непрекратитсяиз-за самоин­дукциив катушке.Индукционныйток, в соот­ветствиис правиломЛенца, будеттечь в ту жесто­рону иперезарядитконденсатор(рис. 30, в). Токв данном направлениипрекратится,и процесс повто­ритсяв обратномнаправлении(рис. 30, г).Таким об­разом,в колебательномконтуре будутпроисходитьэлектромагнитныеколебания из-запревращенияэнергии электрическогополя конденсатора(Wэ= = CU²/2)в энергию магнитногополя катушкис то­ком (w_m= LI²/2)и наоборот.

Периодэлектромагнитныхколебаний виде­альномколебательномконтуре (т. е.в таком контуре,где нет потерьэнергии) зависитот индуктивностикатушки и емкостиконденсатораи находитсяпо формулеТомпсона Т= 2π√LC.Частота с периодомсвязана обратнопропорциональнойзависимостьюν= 1/Т.

В реальномколебательномконтуре свободныеэлектромагнитныеколебания будутзатухающимииз-за потерьэнергии нанагреваниепроводов. Дляпрактическогопримененияважно получитьнезату­хающиеэлектромагнитныеколебания, адля этого необходимоколебательныйконтур пополнятьэлек­троэнергией,чтобы скомпенсироватьпотери энергии.Для получениянезатухающихэлектромагнитныхколебанийприменяютгенераторнезатухающихко­лебаний,который являетсяпримеромавтоколеба­тельнойсистемы.

Билет№2

Взаимодействиетел. Сила. Второйзакон Ньютона

Планответа

Взаимодействиетел. 2. Видывзаимодейст­вия.3. Сила. 4. Силы вмеханике.

Простыенаблюденияи опыты, напримерс те­лежками(рис. 3), приводятк следующимкачествен­нымзаключениям:а) тело, на котороедругие телане действуют,сохраняет своюскорость неизменной;

б)ускорение телавозникает поддействиемдругих тел, нозависит и отсамого тела;в) действия телдруг на другавсегда носятхарактервзаимодействия.Эти выводыподтверждаютсяпри наблюденииявлений в природе,технике, космическомпространстветолько в инерциальныхсистемах отсчета.

Взаимодействияотличаютсядруг от другаи количественно,и качественно.Например, ясно,что чем большедеформируетсяпружина, тембольше взаимодействиеее витков. Или,чем ближе дваодно­именныхзаряда, темсильнее онибудут притяги­ваться.В простейшихслучаях взаимодействияколи­чественнойхарактеристикойявляется сила.Сила — причинаускорения телпо отношениюк инерциальнойсистеме отсчетаили их деформации.Сила — это

векторнаяфизическаявеличина, являющаясямерой ускорения,приобретаемоготелами привзаимо­действии.Сила характеризуется:а) модулем; б)точ­кой приложения;в) направлением.

Единицаизмерения силы— ньютон. 1 нью­тон— это сила, котораятелу массой1 кг сообщаетускорение 1 м/св направлениидействия этойсилы, если другиетела на негоне действуют.Равнодей­ствующейнесколькихсил называютсилу, действиекоторой эквивалентнодействию техсил, которыеона заменяет.Равнодействующаяявляется векторнойсуммой всехсил, приложенныхк телу.

R=F1+F2+...+Fn,.

Качественнопо своим свойствамвзаимодей­ствиятакже различны.Например,электрическоеи магнитноевзаимодействиясвязаны с наличиемзаря­дов у частицлибо с движениемзаряженныхчастиц. Наиболеепросто рассчитатьсилы в электродинами­ке:сила Ампера— F= IlBsina,сила Лоренца— F=qvBsin a., кулоновскаясила — F =q₁q₂/r²;и гравитационныесилы: законвсемирноготяготе­ния—F= Gm₁m₂/r².Такие механическиесилы, как

силаупругости исила трения,возникают врезуль­татеэлектромагнитноговзаимодействия.Для их рас­четанеобходимоиспользоватьформулы:.Fynp = -kx(законГука), Fтр= MN— силатрения.

Наоснованииопытных данныхбыли сформу­лированызаконы Ньютона.Второй законНьютона. Ускорение,с которым движетсятело, прямопро­порциональноравнодействующейвсех сил, дей­ствующихна тело, обратнопропорциональноего массеи направленотак же, как иравнодействую­щаясила:а =F/m.

Длярешения задачзакон частозаписываютв виде:F= та.

Билет № 20

Электромагнитныеволны и

ихсвойства. Принципырадиосвязии

примерыих практического

использования

Планответа

1.Определение.2. Условиевозникновения.3. Свойстваэлектромагнитныхволн. 4. Открытыйколебательныйконтур. 5.Модуляция идетектирова­ние.

Английскийученый ДжеймсМаксвелл наоснованииизученияэкспериментальныхработ Фарадеяпо электричествувысказал гипотезуо существо­ваниив природе особыхволн, способныхраспростра­нятьсяв вакууме.

Эти волныМаксвелл назвалэлектромагнитнымиволнами. ПопредставлениямМакс­велла:при любомизмененииэлектрическогополя возникаетвихревое магнитноеполе и, наоборот,при любомизменениимагнитногополя возникаетвихревоеэлектрическоеполе. Однаждыначавшийсяпроцесс взаимногопорождениямагнитногои элек­трическогополей долженнепрерывнопродолжатьсяи захватыватьвсе новые иновые областив окру­жающемпространстве(рис. 31). Процессвзаимопо­рожденияэлектрическихи магнитныхполей проис­ходитво взаимноперпендикулярныхплоскостях.Переменноеэлектрическоеполе порождаетвихревое магнитноеполе, переменноемагнитное полепорож­даетвихревоеэлектрическоеполе.

Электрическиеи магнитныеполя могутсуще­ствоватьне только ввеществе, нои в вакууме.По­этому должнобыть возможнымраспространениеэлектромагнитныхволн в вакууме.

Условиемвозникновенияэлектромагнитныхволн являетсяускоренноедвижениеэлектрическихзарядов. Так,изменениемагнитногополя происхо­дитпри изменениитока в проводнике,а изменениетока происходитпри изменениискорости зарядов,т. е. при движенииих с ускорением.Скоростьрас­пространенияэлектромагнитныхволн в вакуумепо расчетамМаксвелладолжна бытьприблизительноравна 300 000км/с.

Впервыеопытным путемполучил электромаг­нитныеволны физикГенрих Герц,использовавприэтом высокочастотныйискровой разрядник(вибратор Герца).Герц опытнымпутем определилтакже ско­ростьэлектромагнитныхволн. Она совпалас теоре­тическимопределениемскорости волнМаксвеллом.Простейшиеэлектромагнитныеволны — этоволны, в которыхэлектрическоеи магнитноеполя совер­шаютсинхронныегармоническиеколебания.

Конечно,электромагнитныеволны обладаютвсеми основнымисвойствамиволн.

Ониподчиняютсязакону отраженияволн:

уголпадения равенуглу отражения.При переходеиз одной средыв другую преломляютсяи подчиня­ютсязакону преломленияволн: отношениесинуса углападения к синусуугла преломленияесть вели­чинапостояннаядля двух данныхсред и равнаяотношениюскоростиэлектромагнитныхволн в первойсреде к скоростиэлектромагнитныхволн во второйсреде и называетсяпоказателемпреломле­ниявторой средыотносительнопервой.

Явлениедифракцииэлектромагнитныхволн, т. е. отклонениенаправленияих распространенияот прямолинейного,наблюдаетсяу края преградыили при прохождениичерез отверстие.Электромагнит­ныеволны способнык интерференции.Интерферен­ция— это способностькогерентныхволн к наложе­нию,в результатечего волны водних местахдруг другаусиливают, ав других местах— гасят. (Когерентныеволны — этоволны, одинаковыепо частоте ифазе колебания.)Электромагнитныеволны обладаютдисперсией,т. е. когда показательпрелом­лениясреды дляэлектромагнитныхволн зависитот их частоты.Опыты с пропусканиемэлектромагнит­ныхволн черезсистему из двухрешеток показы­вают,что эти волныявляются поперечными.

Прираспространенииэлектромагнитнойвол­ны векторынапряженностиЕ и магнитнойиндук­ции Вперпендикулярнынаправлениюраспростра­ненияволны и взаимноперпендикулярнымежду со­бой(рис. 32).

Возможностьпрактическогопримененияэлек­тромагнитныхволн для установлениясвязи без про­водовпродемонстрировал7 мая 1895 г.русский фи­зикА. Попов. Этотдень считаетсяднем рождениярадио. Дляосуществлениярадиосвязинеобходимообеспечитьвозможностьизлученияэлектромагнит­ныхволн. Еслиэлектромагнитныеволны возникаютв контуре изкатушки иконденсатора,то переменноемагнитное полеоказываетсясвязанным скатушкой, апеременноеэлектрическоеполе —сосредоточенныммежду пластинамиконденсатора.Такой контурна­зываетсязакрытым (рис.33, а). Закрытыйколеба­тельныйконтур практическине излучаетэлектро­магнитныеволны в окружающеепространство.Если контурсостоит изкатушки и двухпластин плоскогоконденсатора,то под чем большимуглом разверну­тыэти пластины,тем более свободновыходит элек­тромагнитноеполе в окружающеепространство(рис. 33, б).Предельнымслучаем раскрытогоколеба­тельногоконтура являетсяудаление пластинна противоположныеконцы катушки.Такая системаназываетсяоткрытымколебательнымконтуром (рис.33, в). В действительностиконтур состоитиз катушки идлинного провода— антенны.

Энергияизлучаемых(при помощигенераторанезатухающихколебаний)электромагнитныхколе­банийпри одинаковойамплитудеколебаний силытока в антеннепропорциональначетвертойстепени частотыколебаний. Начастотах вдесятки, сотнии даже тысячигерц интенсивностьэлектромагнитныхколебанийничтожно мала.Поэтому дляосуществле­ниярадио- и телевизионнойсвязи используютсяэлектромагнитныеволны с частотойот несколькихсотен тысячгерц до сотенмегагерц.

При передачепо радио речи,музыки и другихзвуковых сигналовприменяютразличные видымо­дуляциивысокочастотных(несущих) колебаний.Суть модуляциизаключаетсяв том, что высоко­частотныеколебания,вырабатываемыегенератором,изменяют позакону низкойчастоты. В этоми за­ключаетсяодин из принциповрадиопередачи.Дру­гим принципомявляется обратныйпроцесс —детек­тирование.При радиоприемеиз принятогоантенной приемникамодулированногосигнала нужноот­фильтроватьзвуковыенизкочастотныеколебания.

С помощьюрадиоволносуществляетсяпереда­ча нарасстояниене только звуковыхсигналов, нои изображенияпредмета. Большуюроль в современномморском флоте,авиации икосмонавтикеиграет ра­диолокация.В основе радиолокациилежит свойствоотражения волнот проводящихтел. (От поверхностидиэлектрикаэлектромагнитныеволны отражаютсяслабо, а отповерхностиметаллов почтиполностью.)

Билет №21

Волновыесвойства света.Электромагнитнаятеория света

Планответа

1.Законы преломленияи отражениясвета. 2.Интерференцияи ее применение.3. Дифракция.4.Дисперсия.5. Поляризация.6.Корпускулярно-волновойдуализм.

Свет— этоэлектромагнитныеволны в интер­валечастот63 • 10¹⁴- 8 • 10¹⁴Гц, воспринимаемыхчеловеческимглазом, т. е. длинволн в интервале380- 770нм.

Светуприсущи всесвойстваэлектромагнитныхволн: отражение,преломление,интерференция,дифракция,поляризация.Свет можетоказыватьдав­ление навещество, поглощатьсясредой, вызыватьявление фотоэффекта.Имеет конечнуюскоростьрас­пространенияв вакууме300 000 км/с,а в среде ско­ростьубывает.

Наиболеенаглядно волновыесвойства светаобнаруживаютсяв явленияхинтерференциии диф­ракции.Интерференциейсветаназываютпространственноеперераспределениесветовогопотока прина­ложениидвух (или нескольких)когерентныхсвето­вых волн,в результатечего в однихместах возника­ютмаксимумы, ав других минимумыинтенсивности(интерференционнаякартина). Интерференциейсвета объясняетсяокраска мыльныхпузырей и тонкихмасляных пленокна воде, хотямыльный раствори масло бесцветны.Световые волнычастично отража­ютсяот поверхноститонкой пленки,частично прохо­дятв нее. На второйгранице пленкивновь происхо­дитчастичноеотражение волны(рис.34). Световыеволны, отраженныедвумя поверхностямитонкой пленки,распространяютсяв одном направлении,но проходятразные пути.При разностиходаI,кратной целомучислу длин волнl= 2kλ/2.

При разностихода, кратнойнечетному числуполуволн l= (2k+ 1)λ/2, наблюдаетсяинтерферен­ционныйминимум. Когдавыполняетсяусловие мак­симумадля одной длинысветовой волны,то оно не выполняетсядля другихволн. Поэтомуосвещеннаябелым светомтонкая цветнаяпрозрачнаяпленка кажетсяокрашенной.Явление интерференциив тон­ких пленкахприменяетсядля контролякачества об­работкиповерхностейпросветленияоптики. Припрохождениисвета черезмалое круглоеотверстие наэкране вокругцентральногосветлого пятнанаблюдаютсячередующиесятемные и светлыекольца; еслисвет проходитчерез узкующель, то по­лучаетсякартина изчередующихсясветлых и тем­ныхполос.

Явлениеотклонениясвета от прямолинейногонаправленияраспространенияпри прохожденииу края преградыназываютдифракциейсвета.Диф­ракцияобъясняетсятем, что световыеволны, прихо­дящиев результатеотклоненияиз разных точекот­верстияв одну точкуна экране,интерферируютмежду собой.Дифракция светаиспользуетсяв спек­тральныхприборах, основнымэлементом вкоторых являетсядифракционнаярешетка.Дифракционнаярешеткапредставляетсобой прозрачнуюпластинку снанесеннойна ней системойпараллельныхнепро­зрачныхполос, расположенныхна одинаковыхрас­стоянияхдруг от друга.

Пустьна решетку(рис.35) падаетмонохрома­тический(определеннойдлины волны)свет. В ре­зультатедифракции накаждой щелисвет распро­страняетсяне только впервоначальномнаправлении,

но и повсем другимнаправлениям.Если за решет­койпоставитьсобирающуюлинзу, то наэкране в фокальнойплоскости вселучи будутсобиратьсяв одну полоску.

Параллельныелучи, идущиеот краев соседнихщелей, имеютразность хода l=dsinφ, гдеd— по­стояннаярешетки— расстояниемежду соответ­ствующимикраями соседнихщелей, называемоепе­риодомрешетки,(φ —угол отклонениясветовых лу­чейот перпендикулярак плоскостирешетки. Приразности хода,равной целомучислу длин волнdsinφ = kλ,наблюдаетсяинтерференционныймак­симум дляданной длиныволны. Условиеинтерфе­ренционногомаксимумавыполняетсядля каждойдлины волныпри своем значениидифракционногоугла φ. В результатепри прохождениичерез диф­ракционнуюрешетку пучокбелого светаразлагаетсяв спектр. Уголдифракции имеетнаибольшеезначе­ние длякрасного света,так как длинаволны красно­госвета большевсех остальныхв области видимогосвета. Наименьшеезначение угладифракции дляфиолетовогосвета.

Опытпоказывает,что интенсивностьсветовогопучка, проходящегочерез некоторыекристаллы,на­пример,исландскогошпата, зависитот взаимнойориентациидвух кристаллов.При одинаковойориен­тациикристалловсвет проходитчерез второйкри­сталл безослабления.

Если жевторой кристаллповернут на90°, тосвет через негоне проходит.Происходитявлениепо­ляризации,т. е. кристаллпропускаеттолько такиеволны, в которыхколебаниявектора напряженностиэлектрическогополя совершаютсяв одной плоскости,плоскостиполяризации.Явление поляризациидоказываетволновую природусвета и поперечностьсве­товых волн.

Узкийпараллельныйпучок белогосвета при прохождениичерез стекляннуюпризму разлагаетсяна пучки светаразного цвета,при этом наибольшееотклонениек основаниюпризмы имеютлучи фиоле­товогоцвета. Объясняетсяразложениебелого светатем, что белыйсвет состоитиз электромагнитныхволн с разнойдлиной волны,а показательпреломле­ниясвета зависитот длины еговолны. Показательпреломлениясвязан со скоростьюсвета в среде,сле­довательно,скорость светав среде зависитот длины волны.Это явлениеи называютдисперсиейсвета.

На основаниисовпаденияэкспериментальноизмеренногозначения скоростиэлектромагнитныхволн Максвеллвысказалпредположение,что свет—этоэлектромагнитнаяволна. Эта гипотезаподтверж­денасвойствами,которыми обладаетсвет.

Билет №22

Опыты Резерфордапо рассеянию α-частиц. Ядернаямодель атома

Планответа

1.Опыты Резерфорда.2. Ядернаямодель атома.

Слово«атом» в переводес греческогоозначает «неделимый».Под атомомдолгое время,вплоть до началаXX в.,подразумевалимельчайшиенеделимыечастицы вещества.К началуXX в.в наукенакопи­лосьмного фактов,говорившихо сложном строенииатомов.

Большиеуспехи в исследованиистроения ато­мовбыли достигнутыв опытах английскогоученого ЭрнестаРезерфордапо рассеяниюа- частиц припро­хождениичерез тонкиеслои вещества.В этих опы­тахузкий пучокα-частиц,испускаемыхрадиоак­тивнымвеществом,направлялсяна тонкую золотуюфольгу. За фольгойпомещалсяэкран, способныйсветиться подударами быстрыхчастиц. Былообна­ружено,что большинствоα-частицотклоняетсяот прямолинейногораспространенияпосле прохож­денияфольги, т. е.рассеивается,а некоторыеα-частицывообще отбрасываютсяназад. Рассеяниеα-частицРезерфордобъяснил тем,что положитель­ныйзарядне распределенравномернов шаре радиу­сом10^-10м, как предполагалиранее, а сосредоточенв центральнойчасти атома— атомномядре. При прохожденииоколо ядраα-частица,имеющая поло­жительныйзаряд, отталкиваетсяот него, а припо­паданиив ядро—отбрасываетсяв противоположномнаправлении.Так ведут себячастицы, имеющиеодинаковыйзаряд, следовательно,существуетцент­ральнаяположительнозаряженнаячасть атома,в которойсосредоточеназначительнаямасса атома.Расчеты показали,что для объясненияопытов нужнопринять радиусатомного ядраравным примерно10^-15μ.

Резерфордпредположил,что атом устроенпо­добно планетарнойсистеме. Сутьмодели строенияатома по Резерфордузаключаетсяв следующем:в центре атоманаходитсяположительнозаряженноеядро, в которомсосредоточенався масса, вокругядра по круговыморбитам набольших расстоянияхвра­щаютсяэлектроны (какпланеты вокругСолнца). За­рядядра совпадаетс номером химическогоэлемента втаблице Менделеева.

Планетарнаямодель строенияатома по Резерфордуне смогла объяснитьряд известныхфактов:

электрон,имеющий заряд,должен за счеткулоновскихсил притяженияупасть на ядро,а атом— этоустойчиваясистема; придвижении покруговой ор­бите,приближаяськ ядру, электронв атоме долженизлучатьэлектромагнитныеволны всевозможныхчастот, т. е.излучаемыйсвет должениметь непре­рывныйспектр, на практикеже получаетсяиное:

электроныатомов излучаютсвет, имеющийлинейча­тыйспектр. Разрешитьпротиворечияпланетарнойядерной моделистроения атомапервым попыталсядатский физикНильс Бор.

Билет№23

Квантовыепостулаты Бора. Испусканиеи поглощениесвета атомами.Спектральныйанализ

Планответа

1.Первый постулат.2. Второйпостулат.3. Ви­дыспектров.

В основусвоей теорииБор положилдва посту­лата.Первый постулат:атомная системаможет на­ходитьсятолько в особыхстационарныхили кван­товыхсостояниях,каждому изкоторых соответ­ствуетсвоя энергия;в стационарномсостоянии атомне излучает.

Это означает,что электрон(например, ватоме водорода)может находитьсяна несколькихвполне определенныхорбитах. Каждойорбите электронасо­ответствуетвполне определеннаяэнергия.

Второйпостулат:при переходеиз одногоста­ционарногосостояния вдругое испускаетсяили по­глощаетсяквант электромагнитногоизлучения.Энергияфотона равнаразности энергийатома в двухсостояниях:hv= Е_m–Ε_n;h= 6,62 •10^-34Дж• с,где h— постояннаяПланка.

При переходеэлектрона сближней орбитына более удаленную,атомная системапоглощает квантэнергии. Припереходе сболее удаленнойорбиты электронана ближнююорбиту по отношениюк ядру атомнаясистема излучаетквант энергии.

ТеорияБора позволилаобъяснитьсуществова­ниелинейчатыхспектров.

Спектризлучения(или поглощения)— этонабор волнопределенныхчастот, которыеизлучает (илипоглощает) атомданного вещества.

Спектрыбывают сплошные,линейчатыеи по­лосатые.

Сплошныеспектрыизлучают всевещества, находящиесяв твердом илижидком состоянии.Сплошной спектрсодержит волнывсех частотвиди­мого светаи поэтому выглядиткак цветнаяполоса с плавнымпереходом отодного цветак другому вта­ком порядке:Красный, Оранжевый,Желтый, Зеле­ный,Синий и Фиолетовый(Каждый Охотник Желает Знать,где Сидит Фазан).

Линейчатыеспектрыизлучают всевещества ватомарномсостоянии.Атомы всехвеществ излучаютсвойственныетолько им наборыволн вполнеопределенныхчастот. Как укаждого человекасвои личныеотпечаткипальцев, таки у атома данноговещества свой,характерныйтолько емуспектр. Линейчатыеспектры излучениявыглядят какцветные линии,разделенныепромежутками.Природа линейчатыхспектров объясняетсятем, что у атомовконкретноговещества существуюттолько емусвойственныеста­ционарныесостояния сосвоей характернойэнергией, аследовательно,и свой наборпар энергетическихуровней, которыеможет менятьатом, т. е. электронв атоме можетпереходитьтолько с однихопределен­ныхорбит на другие,вполне определенныеорбиты дляданного химическоговещества.

Полосатыеспектрыизлучаютсямолекулами.Выглядят полосатыеспектры подобнолинейчатым,только вместоотдельных линийнаблюдаютсяот­дельныесерии линий,воспринимаемыекак отдель­ныеполосы.

Характернымявляется то,что какой спектризлучаетсяданными атомами,такой же ипогло­щается,т. е. спектрыизлучения понабору излу­чаемыхчастот совпадаютсо спектрамипоглощения.Посколькуатомам разныхвеществ соответствуютсвойственныетолькоимспектры, тосуществуетспо­соб определенияхимическогосостава веществамето­дом изученияего спектров.Этот способназываетсяспектральныманализом.Спектральныйанализ применяетсядля определенияхимическогосостава ископаемыхруд при добычеполезных ископаемых,для определенияхимическогосостава звезд,атмо­сфер,планет; являетсяосновным методомконтроля состававещества вметаллургиии машиностроении.

Билет№24

Фотоэффекти его законы.УравнениеЭйнштейна дляфотоэффектаи постояннаяПланка. Применениефотоэффектав технике

Плавответа

1.Гипотеза Планка.2. Определениефотоэф­фекта.3. Законыфотоэффекта.4. УравнениеЭйн­штейна.5. Применениефотоэффекта.

В1900 г.немецкий физикМакс Планквыска­залгипотезу: светизлучаетсяи поглощаетсяотдель­нымипорциями— квантами(или фотонами).Энер­гия каждогофотона определяетсяформулой Е= hν,где h—постояннаяПланка, равная 6,63 •10^-34Дж• с, ν— частота света.Гипотеза Планкаобъясниламно­гие явления:в частности,явление фотоэффекта,от­крытогов1887 г.немецким ученымГенрихом Гер­цеми изученногоэкспериментальнорусским ученымА. Г. Столетовым.

Фотоэффект— этоявление испусканияэлек­троноввеществом поддействиемсвета.

В результатеисследованийбыли установленытри законафотоэффекта.

1.Сила тока насыщенияпрямо пропорцио­нальнаинтенсивностисветовогоизлучения,па­дающегона поверхностьтела.

2.Максимальнаякинетическаяэнергия фото­электроновлинейно возрастаетс частотойсвета и за­виситот его интенсивности.

3.Если частотасвета меньшенекоторойопре­деленнойдля данноговещества минимальнойчасто­ты, тофотоэффектне происходит.

Зависимостьфототока отнапряженияпоказа­на нарисунке36.

Теориюфотоэффектасоздал немецкийученый А. Эйнштейнв1905 г. Воснове теорииЭйнштейна лежитпонятие работывыхода электроновиз металла ипонятие о квантовомизлучениисвета. По теорииЭйнштейнафотоэффектимеет следующееобъясне­ние:поглощая квантсвета, электронприобретаетэнергию hv.При вылете изметалла энергиякаждого электронауменьшаетсяна определеннуювеличину, которуюназываютработой выхода(А_вых).Работа выхода— эторабота, которуюнеобходимозатратить,чтобы удалитьэлектрон изметалла. Максимальнаяэнергия электроновпосле вылета(если нет другихпотерь) имеетвид:mv²/2= hv— А_вых,Это уравне­ниеносит названиеуравненияЭйнштейна.

ЕслиhνА_выхто фотоэффектне происходит.Значит, краснаяграница фотоэффектаравна ν_min=А_вых/h

Приборы,в основе принципадействия кото­рыхлежит явлениефотоэффекта,называютфото­элементами.Простейшимтаким приборомявляется вакуумныйфотоэлемент.Недостаткамитакого фото­элементаявляются: слабыйток, малаячувствительностьк длинноволновомуизлучению,сложность визготовлении,невозможностьиспользованияв цепях переменноготока. Применяетсяв фотометриидля измерениясилы света,яркости, освещенности,в ки­но длявоспроизведениязвука, в фототелеграфахи фототелефонах,в управлениипроизводственнымипроцессами.

Существуютполупроводниковыефотоэлемен­ты,в которых поддействием светапроисходитизме­нениеконцентрацииносителей тока.Онииспользу­ютсяпри автоматическомуправленииэлектрически­мицепями (например,в турникетахметро), в цепяхпеременноготока, в качественевозобновляемыхис­точниковтока в часах,микрокалькуляторах,прохо­дятиспытанияпервые солнечныеавтомобили,ис­пользуютсяв солнечныхбатареях наискусственныхспутникахЗемли, межпланетныхи орбитальныхав­томатическихстанциях.

С явлениемфотоэффектасвязаны фотохимиче­скиепроцессы, протекающиепод действиемсвета в фотографическихматериалах.

Билет№25

Составядра атома.Изотопы. Энергиясвязи ядраатома. Цепнаяядерная реакция,условия ееосуществления.Термоядерныереакции

Планответа

1.Открытие нейтрона.2. Составядра атома. 3.Изотопы.4. Дефектмассы.5. Энергиясвязи атом­ногоядра.6. Ядерныереакции.7. Цепнаяядерная реакция.8. Термоядерныереакции.

В1932 г.английскийфизик ДжеймсЧедвик открылчастицы с нулевымэлектрическимзарядом и единичноймассой. Этичастицы назвалинейтрона­ми.Обозначаетсянейтрон п.После открытияней­трона физикиД. Д. Иваненкои Вернер Гейзенбергв 1932г. выдвинулипротонно-нейтроннуюмодель атомногоядра. Согласноэтой моделиядро атомалю­бого веществасостоит изпротонов инейтронов.(Об­щее названиепротонов инейтронов— нуклоны.)Число протоновравно зарядуядра и совпадаетс но­меромэлемента втаблице Менделеева.Сумма числапротонов инейтронов равнамассовомучислу. На­пример,ядро атомакислорода ¹⁶₈Oсостоит из8 про­тонови 16 - 8 = 8нейтронов. Ядроатома ²³⁵₉₂Uсо­стоит из92 протонови 235- 92 = 143нейтронов.

Химическиевещества, занимающиеодно и то жеместо в таблицеМенделеева,но имеющиеразную атомнуюмассу, называютсяизотопами.Ядра изото-повотличаютсячислом нейтронов.Например, водо­родимеет три изотопа:протий— ядросостоит изод­ного протона,дейтерий— ядросостоит изодного протонаи одного нейтрона,тритий— ядросостоит изодного протонаи двух нейтронов.

Еслисравнить массыядер с массаминукло­нов, тоокажется, чтомасса ядратяжелых элементовбольше суммымасс протонови нейтроновв ядре, а длялегких элементовмасса ядраменьше суммымасс протонови нейтроновв ядре. Следовательно,су­ществуетразность массмежду массойядра и суммоймасс протонови нейтронов,называемаядефектом массы.М =Μ_я- (M_p+ Μ_n).

Таккак между массойи энергиейсуществуетсвязь Е= mc²,то при делениитяжелых ядери при синтезелегких ядердолжна выделятьсяэнергия, существующаяиз-за дефектамасс, и эта энергияна­зываетсяэнергией связиатомного ядра.Е_св= Мс².

Выделениеэтой энергииможет происходитьпри ядерныхреакциях.

Ядернаяреакция— этопроцесс изменениязаряда ядраи его массы,происходящийпри взаимо­действииядра с другимиядрами илиэлементарнымичастицами. Припротеканииядерных реакцийвы­полняютсязаконы сохраненияэлектрическихзаря­дов имассовых чисел:суммазарядов (массовыхчи­сел) ядери частиц, вступающихв ядерную реакцию,равна суммезарядов (массовыхчисел) конечныхпро­дуктов(ядер и частиц)реакции.

Цепнаяреакция деления— этоядерная ре­акция,в которой частицы,вызывающиереакцию, образуютсякак продуктыэтой реакции.Необходи­мымусловием дляразвития цепнойреакции деленияявляется требованиеk> 1, гдеk-— коэффициентразмножениянейтронов, т.е. отношениечисла ней­троновв данном поколениик их числу впре­дыдущемпоколении.Способностьюк цепной ядер­нойреакции обладаетизотоп урана²³⁵U.При нали­чииопределенныхкритическихпараметров(крити­ческаямасса— 50 кг,шаровая формарадиусом 9см) три нейтрона,выделившиесяпри делениипер­вого ядрапопадают в трисоседних, ядраи т. д. Про­цессидет в видецепной реакции,которая протекаетза доли секундыв виде ядерноговзрыва. Неуправ­ляемаяядерная реакцияприменяетсяв атомных бомбах.Впервые решилзадачу об управлениицеп­ной реакциейделения ядерфизик ЭнрикоФерми. Им былизобретенядерный реакторв1942 г. Унас в странереактор былзапущен в1946 г. подруковод­ствомИ. В. Курчатова.

Термоядерныереакции— этореакции синте­залегких ядер,происходящиепри высокойтемпера­туре(примерно 10⁷К и выше). Необходимыеусловия длясинтеза ядергелия из протоновимеются в нед­рахзвезд. На Землетермоядернаяреакция осущест­вленатолько приэкспериментальныхвзрывах, хотяведутся международныеисследованияпо управлениюэтой реакцией.

Билет3

Импульстела. Законсохранения импульса вприроде и технике

Планответа

1. Импульстела. 2. Законсохраненияимпуль­са. 3.Применениезакона сохраненияимпульса. 4.Реактивноедвижение.

Простыенаблюденияи опыты доказывают,что покой идвижениеотносительны,скорость телазави­сит отвыбора системыотсчета; повторому законуНьютона, независимоот того, находилосьли тело в покоеили двигалось,изменениескорости егодвиже­ния можетпроисходитьтолько придействии силы,т. е. в результатевзаимодействияс другими телами.Однако существуютвеличины, которыемогут сохра­нятьсяпри взаимодействиител. Такимивеличинамиявляются энергияи импульс.

Импульсомтела называютвекторнуюфизи­ческуювеличину, являющуюсяколичественнойха­рактеристикойпоступательногодвижения тел.Им­пульс обозначаетсяр. ЕдиницаизмеренияимпульсаР —кг • м/с. Импульстела равенпроизведениюмас­сы телана его скорость:р =mv. Направлениевекто­ра импульсар совпадаетс направлениемвектора скороститела v(рис. 4).

Рис. 4

Для импульсател выполняетсязакон сохране­ния,который справедливтолько длязамкнутыхфи­зическихсистем. В общемслучае замкнутойназы­ваютсистему, котораяне обмениваетсяэнергией имассой с теламии полями, невходящими внее. В механикезамкнутойназывают систему,на кото­руюне действуютвнешние силыили действиеэтих сил скомпенсировано.В этом случаер₁= р₂где р₁— начальныйимпульс системы,а р₂— конеч­ный.В случае двухтел, входящихв систему, этовы­ражениеимеет вид m₁v₁+ т₂v₂= m₁v₁'+ т₂v₂'где т₁и т₂— массытел, а v₁и v₂, —скорости довзаимодей­ствия,v₁' иv₂'— скоростипосле взаимодействия.Эта формулаи являетсяматематическимвыражениемзакона сохраненияимпульса:импульс замкнутойфизическойсистемы сохраняетсяпри любыхвза­имодействиях,происходящихвнутри этойсистемы.

Другимисловами: взамкнутойфизическойсистеме геометрическаясумма импульсовтел до взаимодействияравна геометрическойсумме импульсовэтих тел послевзаимодействия.В случае незамкнутойсистемы импульстел системыне сохраняется.Одна­ко, еслив системе существуетнаправление,по кото­ромувнешние силыне действуютили их действиескомпенсировано,то сохраняетсяпроекция импульсана это направление.Кроме того,если времявзаимо­действиямало (выстрел,взрыв, удар),то за это времядаже в случаенезамкнутойсистемы внешниесилы незначительноизменяют импульсывзаимодействую­щихтел. Поэтомудля практическихрасчетов в этомслучае тожеможно применятьзакон сохраненияим­пульса.

Экспериментальныеисследованиявзаимодей­ствийразличных тел— от планет извезд до атомови элементарныхчастиц — показали,что в любойси­стемевзаимодействующихтел при отсутствиидей­ствия состороны другихтел, не входящихв систему илиравенстве нулюсуммы действующихсил, гео­метрическаясумма импульсовтел действительноостается неизменной.

В механикезакон сохраненияимпульса иза­коны Ньютонасвязаны междусобой. Если натело массойт втечение времениtдействует силаи ско­ростьего движенияизменяетсяот v₀до v, тоуско­рениедвижения aтела равно a= (v - v₀)/t.На осно­ваниивторого законаНьютона длясилы Fможно записатьF = та =m(v - v₀)/t,отсюда следуетFt = mv -mv₀.

Ft— векторнаяфизическаявеличина,харак­теризующаядействие натело силы занекоторыйпромежутоквремени и равнаяпроизведениюсилы на времяt еедействия, называетсяимпульсом силы.

Единицаимпульсав СИ — Н • с.

Закон сохраненияимпульса лежитв основе реактивногодвижения.Реактивноедвижение— это такоедвижение тела,которое возникаетпосле отде­ленияот тела егочасти.

Пусть теломассой тпокоилось. Оттела отде­лиласькакая-то егочасть т₁со скоростьюv₁.Тогда

оставшаясячасть придетв движение впротивопо­ложнуюсторону соскоростью v₂,масса оставшейсячасти т₂Действительно,сумма импульсовобоихчастейтела до отделениябыла равна нулюи после разделениябудет равнанулю:

т₁v₁+m₂v₂= 0, отсюда v₁=-m₂v₂/m₁.

Большаязаслуга в развитиитеории реак­тивногодвижения принадлежитК. Э. Циолковскому.

Он разработалтеорию полетатела переменноймассы (ракеты)в однородномполе тяготенияи рас­считалзапасы топлива,необходимыедля преодоле­ниясилы земногопритяжения;основы теориижид­костногореактивногодвигателя, атак же элементыего конструкции;теорию многоступенчатыхракет, причемпредложил дваварианта:параллельный(несколькореактивныхдвигателейработаютодно­временно)и последовательный(реактивныедвигате­лиработают другза другом). К.Э. Циолковскийстрого научнодоказал возможностьполета в космосс помощью ракетс жидкостнымреактивнымдвигате­лем,предложилспециальныетраекториипосадки космическихаппаратов наЗемлю, выдвинулидею созданиямежпланетныхорбитальныхстанций и подробнорассмотрелусловия жизнии жизнеобеспе­ченияна них. Техническиеидеи Циолковскогонахо­дят применениепри созданиисовременнойракетно-космическойтехники. Движениес помощью реак­тивнойструи, по законусохраненияимпульса, ле­житв основе гидрореактивногодвигателя. Воснове движениямногих морскихмоллюсков(осьминогов,медуз, кальмаров,каракатиц)также лежитреактив­ныйпринцип.

Билет№4

Закон всемирноготяготения. Силатяжести. Вестела. Невесомость

Планответа

1.Силы гравитации.2. Закон всемирноготя­готения.3. Физическийсмысл гравитационнойпо­стоянной.4. Сила тяжести.5. Вес тела, перегрузки.6. Невесомость.

ИсаакНьютон выдвинулпредположение,что между любымителами в природесуществуютсилы взаимногопритяжения.Эти силы называютсилами гравитации,или силамивсемирноготяготения.Си­ла всемирноготяготенияпроявляетсяв Космосе, Солнечнойсистеме и наЗемле. Ньютонобобщил за­коныдвижения небесныхтел и выяснил,что F= G(m₁*m₂)/R², гдеG— коэффициентпропорциональности,называетсягравитационнойпостоянной.Чис­ленноезначениегравитационнойпостояннойопытным путемопределилКавендиш, измеряясилу вза­имодействиямежду свинцовымишарами. В резуль­татезакон всемирноготяготениязвучит так:между любымиматериальнымиточками существуетсила взаимногопритяжения,прямо пропорциональнаяпроизведениюих масс и обратнопропорциональнаяквадрату расстояниямежду ними,действующаяпо линии, соединяющейэти точки.

Физическийсмысл гравитационнойпостоян­нойвытекает иззакона всемирноготяготения. Еслиm₁ =m₂= 1 кг, R= 1 м, то G = F,т. е. гравитацион­наяпостояннаяравна силе, скоторой притягиваютсядва тела по 1кг на расстоянии1 м. Численноезна­чение: G =6,67 • 10^-11Н • м²/кг².Силы всемирноготя­готениядействуют междулюбыми теламив природе, ноощутимыми онистановятсяпри большихмассах (илихотя бы массаодного из телвелика). Законже всемирноготяготениявыполняетсятолько длямате­риальныхточек и шаров(в этом случаеза расстоя­ниепринимаетсярасстояниемежду центрамиша­ров).

Частнымвидом силывсемирноготяготенияявляется силапритяжениятел к Земле(или к другойпланете). Этусилу называютсилой тяжести.Под действиемэтой силы всетела приобретаютускорениесвободногопадения. Всоответствиисо вторым зако­номНьютонаg= f_т/m,следовательно,f_т= mg.Силатяжестивсегда направленак центру Земли.В зави­симостиот высотыhнад поверхностьюЗемли и гео­графическойшироты положениятела ускорениесво­бодногопадения приобретаетразличныезначения. НаповерхностиЗемли и в среднихширотах ускоре­ниесвободногопадения равно9,831 м/с².

В техникеи быту широкоиспользуетсяпоня­тие весатела. Весомтела называютсилу, с которойтело давит наопору или подвесв результатеграви­тационногопритяженияк планете (рис.5). Вес тела обозначаетсяР. Единицаизмерения веса— 1 Н. Так как весравен силе, скоторой телодействует наопо­ру, то всоответствиис третьим закономНьютона повеличине вестела равен силереакции опоры.Поэтому, чтобынайти вес тела,необходимонайти, чемуравна силареакции опоры.

Рассмотримслучай, когдатело вместес опорой недвижется. Вэтом случаесила реакцииопоры, а следова­тельно,и вес тела равенсиле тяжести(рис. 6):р = N = mg.

Вслучае движениятела вертикальновверх вместес опорой сускорением,по второмузакону Ньютона,можно записатьmg+ N = та(рис. 7, а).

В проекциина осьOX: -mg +N = та, отсюдаN =m(g+ а).

Следовательно,при движениивертикальновверх с ускорениемвес тела увеличиваетсяи нахо­дитсяпо формуле Р= m(g+ а).

Увеличениевеса тела, вызванноеускореннымдвижением опорыили подвеса,называютперегруз­кой.Действие перегрузкииспытываютна себе кос­монавтыкак при взлетекосмическойракеты, так ипри торможениикорабля привходе в плотныеслои атмосферы.Испытываютперегрузкии летчики привыполнениифигур высшегопилотажа, иводители автомобилейпри резкомторможении.

Еслитело движетсяВниз по вертикали,то с помощьюаналогичныхрассужденийполучаемmg +

+N= та; mg -N= та; N =m(g -а); Р =m(g - а), т.е. вес при движениипо вертикалис ускорениембудет меньшесилы тяжести.

Еслитело свободнопадает, в этомслучае Р= (g- g)m= 0.

Состояниетела, в которомего вес равеннулю, называютневесомостью.Состояниеневесомостина­блюдаетсяв самолете иликосмическомкорабле придвижении сускорениемсвободногопадения незави­симоот направленияи значенияскорости ихдвиже­ния. Запределамиземной атмосферыпри выключе­нииреактивныхдвигателейна космическийкорабль действуеттолько силавсемирноготяготения. Поддействием этойсилы космическийкорабль и всете­ла, находящиесяв нем, движутсяс одинаковымускорением,поэтому в корабленаблюдаетсясостоя­ниеневесомости.

Билет5

Превращениеэнергии примеханическихколебаниях.Свободные ивынужденныеколебания.Резонанс

Планответа

1. Определение колебательного движения. 2.Свободныеколебания. 3.Превращенияэнергии. 4. Вынужденныеколебания.

Механическимиколебанияминазывают дви­жениятела, повторяющиесяточно илиприблизи­тельночерез одинаковыепромежуткивремени. Основ­нымихарактеристикамимеханическихколебанийявляются: смещение,амплитуда,частота, период.Смещение —это отклонениеот положенияравнове­сия.Амплитуда —модуль максимальногоотклоне­нияот положенияравновесия.Частота — числополных колебаний,совершаемыхв единицу времени.Период — времяодного полногоколебания, т.е. ми­нимальныйпромежутоквремени, черезкоторый происходитповторениепроцесса. Периоди частота связанысоотношением:v = 1/T.

Простейшийвид колебательногодвижения —гармоническиеколебания,при которыхколеблю­щаясявеличина изменяетсясо временемпо закону синусаили косинуса(рис. 8).

Свободными— называютколебания,которые совершаютсяза счет первоначальносообщеннойэнергии припоследующемотсутствиивнешних воз­действийна систему,совершающуюколебания.На­пример,колебания грузана нити (рис.9).

Рассмотримпроцесс превращенияэнергии напримере колебанийгруза на нити(см. рис. 9).

При отклонениимаятника отположениярав­новесияон поднимаетсяна высотуh относительнонулевого уровня,следовательно,в точке А маятникобладаетпотенциальнойэнергиейmgh. Придвиже­нии кположениюравновесия,к точке О, уменьшает­сявысота до нуля,а скоростьгруза увеличивается,и в точке О всяпотенциальнаяэнергия mghпревратит­сяв кинетическуюэнергию mv^г/2.В положенииравновесиякинетическаяэнергия имеетмаксималь­ноезначение, апотенциальнаяэнергия минимальна.После прохожденияположенияравновесияпроисхо­дитпревращениекинетическойэнергии впотенци­альную,скорость маятникауменьшаетсяи при мак­симальномотклоненииот положенияравновесиястановитсяравной нулю.При колебательномдвиже­нии всегдапроисходятпериодическиепревращенияего кинетическойи потенциальнойэнергий.

При свободныхмеханическихколебанияхне­избежнопроисходитпотеря энергиина преодолениесил сопротивления.Если колебанияпроисходятпод действиемпериодическидействующейвнешней си­лы,то такие колебанияназываютвынужденными.Например,родители раскачиваютребенка накаче­лях, поршеньдвижется вцилиндре двигателяавто­мобиля,колеблютсянож электробритвыи игла швейноймашины. Характервынужденныхколеба­нийзависит отхарактерадействия внешнейсилы, от ее величины,направления,частоты действияи не зависитот размерови свойствколеблющегосятела. Например,фундаментмотора, на которомон закреп­лен,совершаетвынужденныеколебания счастотой,определяемойтолько числомоборотов мотора,и не зависитот размеровфундамента.

При совпадениичастоты внешнейсилы и час­тотысобственныхколебаний телаамплитудавынуж­денныхколебаний резковозрастает.Такое явлениеназывают механическимрезонансом.Графическиза­висимостьвынужденныхколебаний отчастоты дей­ствиявнешней силыпоказана нарисунке 10.

Явлениерезонанса можетбыть причинойраз­рушениямашин, зданий,мостов, еслисобственныеих частотысовпадают счастотой периодическидей­ствующейсилы. Поэтому,например, двигателив ав­томобиляхустанавливаютна специальныхамортиза­торах,а воинскимподразделениямпри движениипо мосту запрещаетсяидти «в ногу».

При отсутствиитрения амплитудавынужден­ныхколебаний прирезонанседолжна возрастатьсо временемнеограниченно.В реальныхсистемах ам­плитудав установившемсярежиме резонансаопре­деляетсяусловием потерьэнергии в течениепериода и работывнешней силыза то же время.Чем меньшетрение, тембольше амплитудапри резонансе.

Билет№6

Опытноеобоснованиеосновных положенийМКТ строениявещества. Массаи размер молекул.ПостояннаяАвогадро

Планответа

1. Основныеположения. 2.Опытные доказа­тельства.3. Микрохарактеристикивещества.

Молекулярно-кинетическаятеория — этораз­дел физики,изучающийсвойства различныхсостоя­нийвещества,основывающийсяна представленияхо существованиимолекул и атомов,как мельчайшихчастиц вещества.В основе МКТлежат три основныхположения:

1. Все веществасостоят измельчайшихчас­тиц: молекул,атомов илиионов.

2. Эти частицынаходятся внепрерывномхао­тическомдвижении, скоростькоторого определяеттемпературувещества.

3. Между частицамисуществуютсилы притя­женияи отталкивания,характер которыхзависит отрасстояниямежду ними.

Основные положенияМКТ подтверждаютсямногими опытнымифактами. Существованиемоле­кул, атомови ионов доказаноэкспериментально,мо­лекулыдостаточноизучены и дажесфотографирова­ныс помощью электронныхмикроскопов.Способ­ностьгазов неограниченнорасширятьсяи занимать весьпредоставленныйим объем объясняетсянепре­рывнымхаотическимдвижениеммолекул. Упругостьгазов, твердыхи жидких тел,способностьжидкостей

смачиватьнекоторыетвердые тела,процессыокра­шивания,склеивания,сохраненияформы твердымителами и многоедругое говорято существованиисил притяженияи отталкиваниямежду молекулами.Явление диффузии— способностьмолекул одноговещества проникатьв промежуткимежду молекула­мидругого — тожеподтверждаетосновные положе­нияМКТ. Явлениемдиффузии объясняется,напри­мер,распространениезапахов, смешиваниеразно­родныхжидкостей,процесс растворениятвердых телв жидкостях,сварка металловпутем их расплавле-нияили путем давления.Подтверждениемнепре­рывногохаотическогодвижения молекулявляется такжеи броуновскоедвижение —непрерывноехао­тическоедвижениемикроскопическихчастиц, не­растворимыхв жидкости.

Движение броуновскихчастиц объясняетсяхаотическимдвижениемчастиц жидкости,которые сталкиваютсяс микроскопическимичастицами иприводят ихв движение.Опытным путембыло дока­зано,что скоростьброуновскихчастиц зависитот температурыжидкости. Теориюброуновскогодвиже­нияразработалА. Эйнштейн.Законы движениячас­тиц носятстатистический,вероятностныйхарактер. Известентолько одинспособ уменьшенияинтенсив­ностиброуновскогодвижения —уменьшениетемпе­ратуры.Существованиеброуновскогодвижения убе­дительноподтверждаетдвижение молекул.

Любое веществосостоит изчастиц, поэтомуколичествовещества принятосчитать пропорцио­нальнымчислу частиц,т. е. структурныхэлементов,содержащихсяв теле, v.

Единицей количествавещества являетсямоль. Моль— это количествовещества, содержащеестолько жеструктурныхэлементовлюбого вещества,сколько содержитсяатомов в 12 гуглерода С¹².От­ношениечисла молекулвещества кколичествуве­ществаназываютпостояннойАвогадро:

n_a=N/v. na=6,02 • 10²³моль^-1.

ПостояннаяАвогадро показывает,сколько ато­мови молекул содержитсяв одном молевещества.Мо­лярной массойназывают величину,равную отноше­ниюмассы веществак количествувещества:

М=m/v.

Молярная массавыражаетсяв кг/моль. Знаямолярную массу,можно вычислитьмассу одноймо­лекулы:

m₀= m/N = m/vN_A= М/N_A

Средняя массамолекул обычноопределяетсяхимическимиметодами, постояннаяАвогадро свы­сокой точностьюопределенанесколькимифизиче­скимиметодами. Массымолекул и атомовсо значи­тельнойстепенью точностиопределяютсяс помощьюмасс-спектрографа.

Массы молекулочень малы.Например, массамолекулы воды:т = 29,9 •10 ^-27 кг.

Молярная массасвязана сотносительноймо­лекулярноймассой Mr.Относительнаямолярная масса— это величина,равная отношениюмассы мо­лекулыданного веществак 1/12 массы атомаугле­рода С¹².Если известнахимическаяформула вещест­ва,то с помощьютаблицы Менделееваможет бытьопределенаего относительнаямасса, которая,будучи выраженав килограммах,показываетвеличину мо­лярноймассы этоговещества.

Диаметроммолекулы принятосчитать мини­мальноерасстояние,на которое импозволяютсбли­зитьсясилы отталкивания.Однако понятиеразмера молекулыявляется условным.Средний размермоле­кул порядка10^-10 м.

Билет №7

Идеальныйгаз. Основноеуравнение МКТидеальногогаза. Температураи ее измерение.Абсолютнаятемпература

Планответа

1. Понятиеидеальногогаза, свойства.2. Объ­яснениедавления газа.3. Необходимостьизмерениятемпературы.4. Физическийсмысл температуры.5. Температурныешкалы. 6. Абсолютнаятемпера­тура.

Для объяснениясвойств веществав газообраз­номсостояниииспользуетсямодель идеальногогаза. Идеальнымпринято считатьгаз, если:

а) между мо­лекуламиотсутствуютсилы притяжения,т. е. моле­кулыведут себя какабсолютноупругие тела;

б) газ оченьразряжен, т. е.расстояниемежду молекуламинамного большеразмеров самихмолекул;

в) тепловоеравновесиепо всему объемудостигаетсямгновенно.Условия, необходимыедля того, чтобыреальный газобрел свойстваидеального,осуществляютсяпри со­ответствующемразряженииреального газа.Некото­рыегазы даже прикомнатнойтемпературеи атмо­сферномдавлении слабоотличаютсяот идеальных.

Основнымипараметрамиидеальногогаза являютсядавление, объеми температура.

Одним из первыхи важных успеховМКТ было качественноеи количественноеобъяснениедавления газана стенки сосуда.Качественноеобъяснениеза­ключаетсяв том, что молекулыгаза при столкнове­нияхсо стенкамисосуда взаимодействуютс ними по законаммеханики какупругие телаи передают своиимпульсы стенкамсосуда.

На основаниииспользованияосновных поло­жениймолекулярно-кинетическойтеории былопо­лученоосновное уравнениеМКТ идеальногогаза, ко­тороевыглядит так:р = 1/3 т₀пv².

Здесь р — давлениеидеальногогаза, m₀ —

масса молекулы,п — концентрациямолекул, v²— средний квадратскорости молекул.

Обозначивсреднее значениекинетическойэнергии поступательногодвижения молекулидеаль­ногогаза Е_k получимосновное уравнениеМКТ иде­альногогаза в виде: р= 2/3nЕ_k.

Однако, измеривтолько давлениегаза, невоз­можноузнать ни среднеезначение кинетическойэнергии молекулв отдельности,ни их концентра­цию.Следовательно,для нахождениямикроскопиче­скихпараметровгаза нужноизмерениекакой-то ещефизическойвеличины, связаннойсо среднейкинети­ческойэнергией молекул.Такой величинойв физике являетсятемпература.Температура— скалярнаяфизическаявеличина, описывающаясостояниетер­модинамическогоравновесия(состояния, прикото­ром непроисходитизменениямикроскопическихпа­раметров).Как термодинамическаявеличина температурахарактеризуеттепловое состояниесистемы и измеряетсястепенью егоотклоненияот принятогоза нулевое, какмолекулярно-кинетическаявеличинахарактеризуетинтенсивностьхаотическогодвижения молекули измеряетсяих среднейкинетическойэнергией.

E_k = 3/2 kT,где k= 1,38 • 10^-23Дж/К и назы­ваетсяпостояннойБольцмана.

Температуравсех частейизолированнойси­стемы, находящейсяв равновесии,одинакова.Изме­ряетсятемпературатермометрамив градусахраз­личныхтемпературныхшкал. Существуетабсолют­наятермодинамическаяшкала (шкалаКельвина) иразличныеэмпирическиешкалы, которыеотличают­сяначальнымиточками. Довведения абсолютнойшкалы температурв практикеширокое распростра­нениеполучила шкалаЦельсия (за О°С принята точказамерзанияводы, за 100 °С принятаточка ки­пенияводы при нормальноматмосферномдавлении).

Единица температурыпо абсолютнойшкале называетсяКельвином ивыбрана равнойодному гра­дусупо шкале Цельсия1 К = 1 °С. В шкалеКельви­на заноль принятабсолютныйноль температур,т. е. температура,при которойдавление идеальногогаза при постоянномобъеме равнонулю. Вычисленияда­ют результат,что абсолютныйноль температурыра­вен -273 °С. Такимобразом, междуабсолютнойшкалой температури шкалой Цельсиясуществуетсвязь Т =t °С + 273. Абсолютныйноль температурнедостижим,так как любоеохлаждениеосновано наиспарениимолекул споверхности,а при приближе­ниик абсолютномунулю скоростьпоступательногодвижения молекулнастолькозамедляется,что испарениепрактическипрекращается.Теоретическипри абсолютномнуле скоростьпоступательногодвижения молекулравна нулю, т.е. прекращаетсятепловое движениемолекул.

Билет №8

Уравнениесостоянияидеальногогаза. (УравнениеМенделеева—Клапейрона.)Изопропессы

Планответа

1. Уравнениесостояния. 2.УравнениеМенде­леева—Клапейрона.3. Процессы вгазах. 4. Изопроцессы.5. Графики изопроцессов.

Состояниеданной массыполностьюопределе­но,если известныдавление, температураи объем га­за.Эти величиныназываютпараметрамисостояния газа.Уравнение,связывающеепараметрысостояния,называютуравнениемсостояния.

Для произвольноймассы газаединичноесо­стояниегаза описываетсяуравнениемМенделеева—Клапейрона:pV =mRT/M, гдер — давление,V —

объем, т — масса,М — молярнаямасса, R— уни­версальнаягазовая постоянная.Физическийсмысл универсальнойгазовой постояннойв том, что онапо­казывает,какую работусовершает одинмоль иде­альногогаза при изобарномрасширениипри нагре­ваниина 1 К (R = 8,31 Дж/моль• К).

УравнениеМенделеева—Клапейронапоказы­вает,что возможноодновременноизменение пятипараметров,характеризующихсостояниеидеального

газа. Однакомногие процессыв газах, происходящиев природе иосуществляемыев технике, можнорас­сматриватьприближеннокак процессы,в которых изменяютсялишь два параметраиз пяти. Особуюроль в физикеи технике играюттри процесса:изо­термический,изохорическийи изобарный.

Изопроцессомназывают процесс,происходя­щийс данной массойгаза при одномпостоянномпа­раметре— температуре,давлении илиобъеме. Из уравнениясостояния какчастные случаиполучаютсязаконы дляизопроцессов.

Изотермическимназывают процесс,проте­кающийпри постояннойтемпературе.Т = const. Онописываетсязаконом Бойля-Мариотта.pV =const.

Изохорнымназывают процесс,протекающийпри постоянномобъеме. Длянего справедливзакон Шарля.V = const. p/T= const.

Изобарнымназывают процесс,протекающийпри постоянномдавлении. Уравнениеэтого процессаимеет видV/T ==const при р =const и называетсяза­коном Гей-Люссака.Все процессыможно изобразитьграфически(рис. 11).

рис.11

Реальные газыудовлетворяютуравнениюсо­стоянияидеальногогаза при неслишком высокихдавлениях (покасобственныйобъем молекулпрене­брежительномал по сравнениюс объемом сосуда,в котором находитсягаз) и при неслишком низкихтемпературах(пока потенциальнойэнергиеймежмо­лекулярноговзаимодействияможно пренебречьпо сравнениюс кинетическойэнергией тепловогодви­жениямолекул), т. е.для реальногогаза это уравнениеи его следствияявляются хорошимприближением.

Билет №9

Испарениеи конденсация.Насыщенныеи ненасыщенныепары. Влажностьвоздуха. Измерениевлажностивоздуха

Планответа

1. Основныепонятия. 2. Водянойпар в атмо­сфере.3. Абсолютнаяи относительнаявлажность. 4.Точка росы. 5.Приборы дляизмерениявлажности.

Испарение— парообразование,происходящеепри любой температуресо свободнойповерхностижидкости.Неравномерноераспределениекинети­ческойэнергии тепловогодвижения молекулприво­дит ктому, что прилюбой температурекинетическаяэнергия некоторыхмолекул жидкостиили твердоготела можетпревышатьпотенциальнуюэнергию ихсвязи с другимимолекулами.Большей кинетическойэнергией обладаютмолекулы, имеющиебольшую скорость,а температуратела зависитот скорости

движения егомолекул, следовательно,испарениесо­провождаетсяохлаждениемжидкости. Скоростьис­парениязависит: отплощади открытойповерхности,температуры,концентрациимолекул вблизижид­кости.Конденсация— процесс переходавещества изгазообразногосостояния вжидкое.

Испарениежидкости взакрытом сосудепри неизменнойтемпературеприводит кпостепенномуувеличениюконцентрациимолекул испаряющегосявещества вгазообразномсостоянии.Через некотороевремя посленачала испаренияконцентрациявещест­ва вгазообразномсостояниидостигнеттакого значе­ния,при которомчисло молекул,возвращающихсяв жидкость,становитсяравным числумолекул, поки­дающихжидкость зато же время.Устанавливаетсядинамическоеравновесиемежду процессамииспа­ренияи конденсациивещества. Веществов газооб­разномсостоянии,находящеесяв динамическомравновесиис жидкостью,называютнасыщеннымпаром. (Паромназывают совокупностьмолекул, по­кинувшихжидкость впроцессе испарения.)Пар, на­ходящийсяпри давленииниже насыщенного,назы­ваютненасыщенным.

Вследствиепостоянногоиспарения водыс по­верхностейводоемов, почвыи растительногопокрова, а такжедыхания человекаи животных ватмосферевсегда содержитсяводяной пар.Поэтому атмосфер­ноедавление представляетсобой суммудавления су­хоговоздуха инаходящегосяв нем водяногопара. Давлениеводяного парабудет максимальнымпри насыщениивоздуха паром.Насыщенныйпар в отли­чиеот ненасыщенногоне подчиняетсязаконам иде­альногогаза. Так, давлениенасыщенногопара не за­виситот объема, нозависит оттемпературы.Эта зависимостьне может бытьвыражена простойформу­лой,поэтому наоснове экспериментальногоизучения зависимостидавления насыщенногопара от темпера­турысоставленытаблицы, покоторым можноопре­делитьего давлениепри различныхтемпературах.

Давление водяногопара, находящегосяв воз­духе приданной температуре,называютабсолютнойвлажностью,или упругостьюводяного пара.По­сколькудавление парапропорциональноконцентра­циимолекул, можноопределитьабсолютнуювлаж­ностькак плотностьводяного пара,находящегосяв воздухе приданной температуре,выраженнуюв ки­лограммахна метр кубический(р).

Большинствоявлений, наблюдаемыхв приро­де,например быстротаиспарения,высыханиераз­личныхвеществ, увяданиерастений, зависитне от количестваводяного парав воздухе, а оттого, на­сколькоэто количествоблизко к насыщению,т. е. от относительнойвлажности,которая характеризуетстепень насыщениявоздуха водянымпаром.

Принизкой температуреи высокой влажностиповышаетсятеплопередачаи человекподвергаетсяпереохлаждению.При высокихтемпературахи влажноститеплопередача,наоборот, резкосокра­щается,что ведет кперегреваниюорганизма.Наибо­лееблагоприятнойдля человекав среднихклимати­ческихширотах являетсяотносительнаявлажность40—60%. Относительнойвлажностьюназывают от­ношениеплотностиводяного пара(или давления),находящегосяв воздухе приданной температуре,к плотности(или давлению)водяного парапри той жетемпературе,выраженноев процентах,т. е. = р/р₀ • 100%, или(р = р/р₀ • 100%.

Относительнаявлажностьколеблетсяв широ­кихпределах. Причемсуточный ходотносительнойвлажностиобратен суточномуходу температуры.Днем, с возрастаниемтемпературы,и следовательно,с ростом давлениянасыщенияотносительнаявлаж­ностьубывает, а ночьювозрастает.Одно и то жеко­личествоводяного параможет либонасыщать, либоне насыщатьвоздух. Понижаятемпературувоздуха, можнодовести находящийсяв нем пар донасыще­ния.Точкой росыназывают температуру,при кото­ройпар, находящийсяв воздухе, становитсянасы­щенным.При достиженииточки росы ввоздухе илина предметах,с которыми онсоприкасается,начи­наетсяконденсацияводяного пара.Для определениявлажностивоздуха используютсяприборы, которыеназываютсягигрометрамии психрометрами.