Реферат: Билеты по физике
2) Непрерывный и линейчатый
спектры. Спектры испускания и поглощения. Спектральный анализ и его применение.
Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот,
которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.
Спектры бывают сплошные, линейчатые
и полосатые.
Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или
жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и
поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к
другому в таком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий и
Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).
Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы
всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных
частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома
данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры
излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа
линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества
существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей характерной
энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые
может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних
определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного
химического вещества.
Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры
подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии
линий, воспринимаемые как отдельные полосы.
Характерным является то, что какой спектр
излучается данными атомами, такой же и поглощается, т. е. спектры излучения по
набору излучаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам
разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то
существует способ определения химического состава вещества методом изучения
его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный
анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при
добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмосфер,
планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и
машиностроении.
Билет №7
1) Оновные положения МКТ и их опытное обоснование.
Броуновское движение. Масса и размеры молекул.
Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики,
изучающий свойства различных состояний вещества, основывающийся на
представлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц
вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:1. Все вещества состоят из
мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов. 2. Эти частицы находятся в
непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру
вещества.3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания,
характер которых зависит от расстояния между ними. Основные положения МКТ
подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов
доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы
с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться
и занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным
хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел,
способность жидкостей
смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания,
склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о
существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии
— способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами
другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии
объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных
жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем
их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического
движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое
движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.
Движение броуновских частиц объясняется хаотическим
движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и
приводят их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских
частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения
разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический,
вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсивности
броуновского движения — уменьшение температуры. Существование броуновского
движения убедительно подтверждает движение молекул.
Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество
вещества принято считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных
элементов, содержащихся в теле,
v.
Единицей количества вещества является моль. Моль
— это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого
вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение
числа молекул вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:
na = N/v. na = 6,02 • 1023
моль-1.
Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и
молекул содержится в одном моле вещества. Молярной массой называют
величину, равную отношению массы вещества к количеству вещества:
М = m/v.
Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную
массу, можно вычислить массу одной молекулы:
m0 = m/N =
m/vNA = М/NA
Средняя масса молекул обычно определяется химическими
методами, постоянная Авогадро с высокой точностью определена несколькими
физическими методами. Массы молекул и атомов со значительной степенью
точности определяются с помощью масс-спектрографа.Массы молекул очень малы.
Например, масса молекулы воды: т = 29,9 •10 -27 кг.
Молярная масса связана с относительной молекулярной
массой Mr. Относительная молярная масса — это величина, равная
отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода С12.
Если известна химическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева
может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в
килограммах, показывает величину молярной массы этого вещества.
Диаметром молекулы принято считать минимальное
расстояние, на которое им позволяют сблизиться силы отталкивания. Однако
понятие размера молекулы является условным. Средний размер молекул порядка 10-10
м.
2)
Колебательное движение молекул в природе и технике. Гармонические колебания.
Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Опредеолить опытным путём частоту
предложенной колебательной системы.
Механическими колебаниями называют движения тел,
повторяющиеся точно или приблизительно одинаково через одинаковые промежутки
времени. Силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел,
называют внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны
других тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют
колебания, возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на
нитке. Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –
поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является
повторяемость процесса движения через определенный интервал времени.
Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением . В частности колебания,
возникающие в системе с одной возвращающей силой, пропорциональной деформации,
являются гармоническими. Минимальный интервал, через который происходит повторение
движения тела, называется периодом колебаний Т. Физическая величина,
обратная периоду колебаний и характеризующая количество колебаний в единицу
времени, называется частотой . Частота
измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также понятие
циклической частоты, определяющей число колебаний за 2p
секунд . Модуль максимального
смещения от положения равновесия называется амплитудой. Величина, стоящая под
знаком косинуса – фаза колебаний, j0 – начальная фаза колебаний. Производные также
гармонически изменяются, причем , а
полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,
координата, и т.д.) равна , где А
и В – константы, определяемые параметрами системы. Продифференцировав
это выражение и приняв во внимание отсутствие внешних сил, возможно записать,
что , откуда .
Билет №8
1) Внутренняя энергия и способы её изменения. Первый
закон термодинамики.
Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно
состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с
другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия
— это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия
хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов,
электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя
энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2• т/М
• RT.
Внутренняя энергия тела может изменяться только в
результате его взаимодействия с другими телами. Существуют два способа
изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы
(например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).
Теплопередача — это изменение внутренней энергии
без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее
нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный
обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или
частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками
жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными
волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество
теплоты (Q).
Эти способы количественно объединены в
закон сохранения энергии, который для тепловых процессов читается так. Изменение
внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты,
переданной системе, и работы, внешних сил, совершенной над системой.
U= Q + А, где U— изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданной
системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то
ее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых
процессов, который называется первым законом термодинамики, можно
записать так: Q = Α' + U, т. е. количество
теплоты, переданное системе, идет на совершение системой работы и изменение
ее внутренней энергии.
2) Генератор переменного тока.
Трансформатор. Успехи и перспективы электрификаци СССР.
Переменный ток в электрических цепях является
результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Пусть
плоский виток имеет площадь S и вектор индукции B составляет с
перпендикуляром к плоскости витка угол j.
Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяется
выражением . При вращении витка с
частотой n угол j меняется по закону ., тогда выражение для потока примет вид. Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции,
равную минус скорости изменения потока .
Следовательно, изменение ЭДС индукции будет проходить по гармоническому закону . Напряжение, снимаемое с выхода генератора,
пропорционально количеству витков обмотки. При изменении напряжения по
гармоническому закону напряженность
поля в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием поля возникает
то, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения . Колебания силы тока в цепи являются вынужденными,
возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения. При
совпадении фаз тока и напряжения мощность переменного тока равна или .
Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, поэтому . Действующим значением силы тока называется сила
постоянного тока, выделяющая в проводнике такое же количество теплоты, что и
переменный ток. При амплитуде Imax
гармонических колебаний силы тока действующее напряжение равно . Действующее значение
напряжения также в раз меньше его
амплитудного значения Средняя мощность тока при совпадении фаз колебаний
определяется через действующее напряжение и силу тока.
Преоьразование переменного тока, при котором напряжение
увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности,
осуществляется с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из замкнутого
стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда
более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмноток называется первичной,
подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой
присоединяют «нагрузку», т.е приборы и устройства, потребляющие электроэнергию,
называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении
электромагнитной инддукции. При прохождении переменного тока по первичной
обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает
ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали
концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически
только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке,
меющей ЭДС индукции e1 равноа N1e. Во вторричной обмоткеполная ЭДС e2=n2e (N2-число витков вторичной обмотки). Отсюда следует, что e1/e2=n1/n2 Обычно активное сопротивление трансформаторных обмоток мало и им можно
пренебречь. U1/u2=e1/e2=n1/n2=k k=коэффициент трансформации. При K>1
трансформатор понижающий, при K<1
– пониж. Повышая с помошью трансформатора
напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока( и
наоборот). Суммарные потери энергии в трансформаторах не превышают 2-3%.
Билет №9
1) Температура и её измерение.
Абсолютная шкала температур. Температура и её физический смысл. Определить
абсолютную температуру в классной комнате.
Температура —
скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического
равновесия (состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров).
Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние
системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как
молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического
движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.
Ek = 3/2 kT, где k = 1,38 • 10-23 Дж/К и называется постоянной Больцмана.
Температура всех частей изолированной системы,
находящейся в равновесии, одинакова. Измеряется температура термометрами в
градусах различных температурных шкал. Существует абсолютная
термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы,
которые отличаются начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур
в практике широкое распространение получила шкала Цельсия (за О °С принята
точка замерзания воды, за 100 °С принята точка кипения воды при нормальном
атмосферном давлении).
Единица температуры по абсолютной шкале называется
Кельвином и выбрана равной одному градусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В
шкале Кельвина за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура,
при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю.
Вычисления дают результат, что абсолютный ноль температуры равен -273 °С.
Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует
связь Т = t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, так
как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при
приближении к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул
настолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически при
абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е.
прекращается тепловое движение молекул.
2) Термоэлектронная эмиссия,
её использование в электровакуумных приборах. Применение электронно-лучевой
трубки.
Вакуум-это
такое состояние газа в сосуде, при котором молекулы пролетают от одной стенки
сосуда к другой, ни разу не испытав соударений друг с другом.
Вакуум-изолятор, ток в нем может возникнуть только за
счет искусственного введения заряженных частиц, для этого используют эмиссию
(испускание) электронов веществами. В вакуумных лампах с нагреваемыми катодами
происходит термоэлектронная эмиссия, а в фотодиоде - фотоэлектронная.
Объясним, почему нет самопроизвольного испускания
свободных электронов металлом. Существование таких электронов в металле –
следствие тесного соседства атомов в кристалле. Однако свободны эти электроны
только в том смысле, что они не принадлежат конкретным атомам, но остаются
принадлежащими кристаллу в целом. Некоторые из свободных электронов, оказавшись
в результате хаотического движения у поверхности металла, вылетают за его
пределы. Микро участок поверхности металла, который до этого был электрически
нейтральным, приобретает положительный некомпенсированный заряд, под влиянием
которого вылетевшие электроны возвращаются в металл. Процессы вылета – возврата
происходят непрерывно, в результате чего над поверхностью металла образуется
сменное электронное облако, и поверхность металла образуют двойной
электрический слой, против удерживающих сил которого должна быть совершена
работа выхода. Если эмиссия электронов происходит, значит, некоторые внешние
воздействия (нагрев, освещение) совершили такую работу
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|
|