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) 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
Термоэлектронная эмиссия-свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны.
Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, в которой создан высокий вакуум (10 в -6 степени-10 в -7 степени мм рт. ст.). Источником электронов является тонкая проволочная спираль (она же – катод). Напротив катода расположен анод в форме пустотелого цилиндра, к которому электронный пучок попадает, пройдя через фокусирующий цилиндр, содержащий диафрагму с узким отверстием. Между катодом и анодом поддерживается напряжение несколько киловольт. Ускоренные электрическим полем электроны вылетают из отверстия диафрагмы и летят к экрану, изготовленного из вещества, светящегося под действием ударов электронов.
Для управления электронным лучом служат две пары металлических пластин, одна из которых расположена вертикально, а другая горизонтально. Если левая из пластин имеет отрицательный потенциал, а правая – положительный, то луч отклонится вправо, а если полярность пластин изменить, то луч отклонится влево. Если же на эти пластины подать напряжение, то луч будет совершать колебания в горизонтальной плоскости. Аналогично будет колебаться луч в вертикальной плоскости, если переменное напряжение на вертикально отклоняющие пластины. Предыдущие пластины – горизонтально отклоняющие.
1) Идеальный газ. Основное уравнение МКТ (без вывода). Использование свойств газов в технике.
Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:
а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела;
б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;
в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответствующем разряжении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных.
Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.
Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение заключается в том, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.
На основании использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено основное уравнение МКТ идеального газа, которое выглядит так: р = 1/3 т0пv2.
Здесь р — давление идеального газа, m0 —
масса молекулы, п — концентрация молекул, v2 — средний квадрат скорости молекул.
Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа Еk получим основное уравнение МКТ идеального газа в виде: р = 2/3nЕk.
2) Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики, и их применение.
Магнитная проницаемость. Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле. Благодаря этому вектор магнитной индукции В в однородной среде отличается от вектора Во в той же точке пространства в вакууме.
Отношение характеризующее магнитные свойства среды, получило название магнитной проницаемости среды.
В однородной среде магнитная индукция равна: где m — магнитная проницаемость данной среды безразмерная величина, показывающая во сколько раз μ в данной среде, больше μ в вакууме.
Магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.
Парамагнетиками называются вещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним полем. Магнитная проницаемость наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы: 1,00036- у платины и 1,00034- у жидкого кислорода. Диамагнетиками называются вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Диамагнитными свойствами обладают серебро, свинец, кварц. Магнитная проницаемость диамагнетиков отличается от единицы не более чем на десятитысячные доли.
Ферромагнетики и их применение. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромагнетиков.
При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты.
Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т. д.
Большое применение получили ферриты — ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока. Они представляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Первый из известных людям ферромагнитных материалов—магнитный железняк — является ферритом.
1) Агрегатные состояния вещества. Их объяснение на основе МКТ. Удельные теплоты плавления и парообразования.
Агр. Сост-ия: твёрдое, жидкое, газообразное Молекулы и атомы в тв. Теле совершают беспорядочные колебания относительно положений, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешены. В жидкости молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее, эти перескоки молекул являются причиной текучести жидкости, её способности принимать форму сосуда. В газах обычно расстояния между атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул. Силы отталкивания на больших расстояниях очень малы, поэтому газы легко сжимаются. Практически не действуют между молекулами газа и силы притяжения, поэтом газы обладают свойством неограниченно расширяться.
Опыт показывает, что для превращения жидкости в пар при постоянной температукре необходимо передать ей кол-во теплоты Qп, пропорциональной массе m жидкости, превратившейся в пар: Qп=rm Коэффициент проп-и r называется удельной теплотой парообразования. Выражается в Дж/кг У.т.п. показывае, какое кол-во теплоты необходимо для превращения 1 кг. Жидкости в пар при постоянной t Теплота парообразования расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул вещества и работу при расширении пара. При конденсации происходи выделение такого же количчества теплоты, какое поглощалось при испарении: Qк=-rm. Qплавления=λm λ – удельная теплота плавления Дж/кг Показывает, какое кол-во теплоты необходимо для плавления 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления.
2) Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука. Высота тона. Эхо.
Процессы сжатия и разрежения в воздуха распространяются во все стороны и называются звуковыми волнами. Звуковые волны являются продольными. Скорость звука зависит, как и скорость любых волн, от среды. В воздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в стали – 6000 м/с. Звуковое давление – дополнительно давление в газе илижидкости, вызываемое звуковой волной. Интенсивность звука измеряется энергией, переносимой звуковыми волнами за единицу времени через единицу площади сечения, перпендикулярного направлению распространения волн, и измеряется в ваттах на квадратный метр. Интенсивность звука определяет его громкость. Высота звука определяется частотой колебаний. Ультразвуком и инфразвуком называют звуковые колебания, лежащие вне пределов слышимости с частотами 20 килогерц и 20 герц соответственно.
1) Электризация тел. Электрический заряд, его дискретность. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.
Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10-19 Кл.
Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:q=e(Np-Ne) где Np — количество электронов, Ne — количество протонов.
Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q1 + q2 + . +qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Никогда и нигде в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим.
Электризация — это сообщение телу электрического заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разнородных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.
В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — положительный.
Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика.
Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
F = k • q1q2/r2, где q1 и q2— модули зарядов, r — расстояние между ними, k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, в СИ k = 9 • 109 Н • м2/Кл2. Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε. Для среды с диэлектрической проницаемостью ε закон Кулона записывается следующим образом: F= k • q1q2/(ε•r2)
Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоянной ε0. Электрическая постоянная связана с коэффициентом k следующим образом k = 1/4π ε0 и численно равна ε0=8,85 • 10-12 Кл/Н • м2.
С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε0 )• (q1q2 /r2)
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 14, 15).
Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках.
2) Волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны, её связь со скоростью распространения и частотой.
Возбуждение колебаний в одном месте среды вызывает вынужденные колебания соседних частиц. Процесс распространении колебаний в пространстве называется волной. Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению распространения, называются поперечными волнами. Волны, в которых колебания происходят вдоль направления распространения волны, называются продольными волнами. Продольные волны могут возникать во всех средах, поперечные – в твердых телах под действием сил упругости при деформации или сил поверхностного натяжения и сил тяжести. Скорость распространения колебаний v в пространстве называется скоростью волны. Расстояние l между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны. Зависимость длины волны от скорости и периода выражается как , или же . При возникновении волн их частота определяется частотой колебаний источника, а скорость – средой, где они распространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в разных средах различную длину. Процессы сжатия и разрежения в воздуха распространяются во все стороны и называются звуковыми волнами.
1) Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
Вокруг каждого заряда на основании теории близкодействия существует электрическое поле. Электрическое поле – материальный объект, постоянно существует в пространстве и способно действовать на другие заряды. Электрическое поле распространяется в пространстве со скоростью света. Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд (точечный положительный малый заряд, не влияющий на конфигурацию поля), к значению этого заряда, называется напряженностью электрического поля. Используя закон Кулона возможно получить формулу для напряженности поля, создаваемого зарядом q на расстоянии r от заряда . Напряженность поля не зависит от заряда, на который оно действует. Если на заряд q действуют одновременно электрические поля нескольких зарядов, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих со стороны каждого поля в отдельности. Это называется принципом суперпозиции электрических полей . Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности. Линии напряженности начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, или же уходят в бесконечность. Электрическое поле, напряженность которого одинакова по всем в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем. Приблизительно однородным можно считать поле между двумя параллельными разноименно заряженными металлическими пластинками. При равномерном распределении заряда q по поверхности площади S поверхностная плотность заряда равна . Для бесконечной плоскости с поверхностной плотностью заряда s напряженность поля одинакова во всех точках пространства и равная .
2) Ускорение, скорость и перемещение при равноускоренном прямолинейном движении.Примеры такого движения в природе и технике.
Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. Скорость материальной точки может изменяться со временем. Быстроту такого изменения характеризуют ускорением. Пусть в течение малого промежутка времени At быстрота изменения скорости практически неизменна, а изменение скорости равно DV. Тогда ускорение находим по формуле: a=DV/Dt
Таким образом, ускорение — это изменение скорости, отнесённое к единице времени, т.е. изменение скорости за единицу времени при условии его постоянства за это время. В системе единиц СИ ускорение измеряется в м/с2.
Если ускорение a направлено в ту же сторону, что и начальная скорость, то скорость будет увеличиваться и движение называют равноускоренным.
При неравномерном поступательном движении скорость тела изменяется с течением времени. Ускорение (вектор) – физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и по направлению. Мгновенное ускорение (вектор)–первая производная скорости по времени. .Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению. Скорость при равноускоренном движении вычисляется как .
Отсюда формула для пути при равноускоренном движении выводится как:
Также справедливы формулы , выводимая из уравнений скорости и пути при равноускоренном движении.
1) Работа при меремещении заряда в электрическом поле. Разность потенциалов. Напряжение.
Работа при перемещении заряда в однородном электростатическом поле. Однородное поле создают, например, большие металлические пластины, имеющие заряды противоположного знака. Это поле действует на заряд с постоянной силой F=qE.
Пусть пластины расположены вертикально левая пластина В заряжена отрицательно, а правая D — положительно. Вычислим работу, совершаемую полем при перемещении положительного заряда q из точки 1, находящейся на расстоянии d1 от пластины В, в точку 2, расположенную на расстоянии d2
Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии. На участке пути ∆d=d1—d2 электрическое поле совершит положительную работу: A=qE(d1—d2). Эта работа не зависит от формы траектории.
Потенциалом электростатического поля называют отношение
потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
Согласно данному определению потенциал равен:
(Разность потенциалов. Подобно потенциальной энергии, значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Практическое значение
имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.Так как потенциальная энергия
Wp=qφ то работа равна:
Разность потенциалов равен:
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду. Pазность потенциалов между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу называют вольтом (В).
2) Деформация растяжения и сжатия. Сила упругости. Закон Гука.
Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при этой деформации, называется силой упругости. Опыты со стержнем показали, что при малых по сравнению с размерами тела деформациях модуль силы упругости прямо пропорционален модулю вектора перемещения свободного конца стержня, что в проекции выглядит как . Эту связь установил Р.Гук, его закон формулируется так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации. Коэффициент k называется жесткостью тела, и зависит от формы и материала тела. Выражается в ньютонах на метр. Силы упругости обусловлены электромагнитными взаимодействиями.
Сила, возникающая на границе взаимодействия тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя. Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению. При равномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность.
1) Электродвижущая сила. Закон Ома для участка цепи. Измерить силу тока в электрической цепи и напряжение на одном из её участков.
Закон Ома. Наиболее простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) ее установил немецкий ученый Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.
Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна
напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:
Доказать экспериментально справедливость закона Ома трудно.
Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:
Электродвижущую силу выражают в вольтах.
Электродвижущая сила гальванического элемента есть работа сторонних
сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.
Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи. В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов. Закон Ома для замкнутой цеписвязывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление R+r цепи.
Произведение силы тока и сопротивления участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно закон Ома для замкнутой цепи записывают в форме:
где R – сопротивление нагрузки, ε –эдс , r- внутреннее сопротивление.
Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.
Сила тока зависит от трех величин: ЭДС ε, сопротивлений R и r внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС:
При коротком замыкании, когда R→0, сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r≈0,1—0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.
Если цепь содержит несколько
последовательно соединенных элементов с ЭДС ε1 , ε2, ε3 и т.д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС >0.
2) Свободные колебания в механических и электрических колебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание колебаний.
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.
1) Взаимодействие токов. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Сила Ампера. Сила Лоренца.
Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.
Магнитное поле. Согласно теории близкодействия ток в одном из проводников не может непосредственно действовать на ток в другом проводнике.
В пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.
Электрический ток в одном из проводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток во втором проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).
Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.
Магнитная индукция – способность магнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током (векторная величина). Измеряется вТл.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.
Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика:
если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Линии магнитнойиндукции.
Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной – линии магнитной индукции. Однородное поле – параллельные линии, неоднородное поле – кривыми линиями. Чем больше линий, тем больше сила этого поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле — вихревое поле.
Магнитный поток –величина равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь и на косинус угла между вектором и нормалью к поверхности.
Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.
где l – длина проводника, B – вектор магнитной индукции.
Силу Ампера применяют в громкоговарителях, динамиках.
Принцип работы: По катушке протекает переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называю силой Лоренца.
Сила Лоренца. Поскольку ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, то естественно предположить, что сила Ампера является равнодействующей сил, действующих на отдельные заряды, движущиеся в проводнике. Опытным путём установлено, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действительно действует сила. Эту силу называют силой Лоренца. Модуль FL силы находится по формуле
где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v — абсолютная величина заряда и его скорость, a — угол между векторами v и В. Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900 большой палец показывает направление силы. В случае отрицательной частицы направление силы противоположное.
Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то. она не совершает работу.
Силу Лоренца применяют в телевизорах, масс-спектограф.
Принцип работы: Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле. Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории. По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко определить его массу.
2) Термоядерная реакция. Энергия солнца и звёзд. Успехи и перспективы развития энергетики в СССР. Борьба СССР за устранения ядерной войны.
При слимянии легких ядер масса покоя уменьшается и, следовательно, должна выделяться значительная энергия. Подобного рода реакции слияния легких ядер могут протекать только при очень высоких температурах. Поэтому они называются термоядерными. Термоядерные реакции – это реакции слияния лёгких ядер при очень высокой температуре. Энергия, корьорая выделяется при термоядерных реакциях в расчёте на один кулон, превышает удельную энергию, выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.
1) Явление электромагнитной индукции. Доказать сществование этого явления на экспериментальной установке. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с. появляется электрический ток, названный индукционньм. Фарадей установил, что э.д.с. индукции не зависит от способа изменения магнитного потока и определяется только быстротой его изменения, т.е.
Соотношение называется законом электромагнитной индукции: ЭДС индукции в проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводником. Знак минус в формуле, является математическим выражением правила Ленца. Известно, что магнитный поток является алгебраической величиной. Примем магнитный поток, пронизывающий площадь контура,положительным. При увеличении этого потока
возникает з.д.с. индукции , под действием которой появляется индукционный ток, создающий собственное магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, т.е. магнитный поток индукционного тока отрицателен.
Если же поток, пронизывающий площадь контура, уменьшается , то , т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с направлением внешнего поля.
Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид, замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Из приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных тел происходит изменение магнитного потока через нитки соленоида, что и приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с. индукции.
2. Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление. что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывает этот ток. Из этого правила следует, что при возрастании магнитного потока возникающий индукционный ток имеет такое направление, чтобы порождаемое им магнитное поле было направлено против внешнего поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот, приводит к появлению индукционного тока, создающего магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем. Пусть, например, в однородном магнитном поле находится проволочная квадратная рамка, пронизываемая магнитным полем Предположим, что магнитное поле возрастает. Это приводит к увеличению магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилу Ленца, магнитное поле, возникающего индукционного тока, будет направлено против внешнего поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё. Применяя правило правого винта (см. § 65, п. З), находим направление индукционного тока Ii.
З. Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в технике: промышленности получение электроэнергии на электростанциях, разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных электропечах и т.д.
2) Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей и пути его повышения. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.
Обычно в тепловых машинах работа совершается расширяющимся газом. Газ, совершающий работу при расширении, называется рабочим телом. Расширение газа происходит в результате повышения его температуры и давления при нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получает количество теплоты Q называется нагревателем. Устройство, которому машина отдает тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначала изохорически растет давление, изобарически расширяется, изохорически охлаждается, изобарически сжимается. . В результате совершения рабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его внутренняя энергия принимает исходное значение. Это значит, что . Согласно первому закону термодинамики, . Работа, совершаемая телом за цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равно разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику. Следовательно, . Коэффициентом полезного действия машины называется отношение полезно использованной к затраченной энергии . Для повышения КПД тепловых машин существует 2 пути: повышение температуры T1 нагревателя и понижение температуры T2 холодильника (КПД max=(T2-T1)/T1 КПД тепловой машины мог бы стать равным 1, если бы имелась возможность использовать холодильник с температурой равной абсолютному нулю. Однако этот путь не может быть достигнут. Наиболее приемлимыми холодлильниками для реальных тепловых машин являются атмосферный воздух или вода при T около 300K Следовательно основной путь повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – переход от использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к использованию дизельных двигателей, в топливо которых не доюавля.т свинца (fixed) Перспективными являются разработку и испытания автомобилей, в которых вместо бензина двигателей используется электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигаетль, использующий в качестве топлива водород. В последнем типае двигателей при сгорании водорода образуется вода.
1) Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны и их свойства. Радиолокация и её применение.
С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. существует объективно, независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и, наоборот, переменное электрическое поле всегда порождает переменное магнитное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно
рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме.
Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 31). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.
Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.
Они подчиняются закону отражения волн:
угол падения равен углу отражения. Припереходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.
Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции. Интерференция — это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах — гасят. (Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.
При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 32).
С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предмета. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)
2) Архимедова сила, объяснение причины её возникновения. Условия плавания тел. Плавание судов. Измерить выталкивающую силу с помощью динамометра.
Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Эту силу называют архимедовой силой. Если в жидкость погрузить тело, то давления на боковые стенки сосуда уравновешиваются друг другом, а равнодействующая давлений снизу и сверху является архимедовой силой.
т.е. силы, выталкивающая погруженное в жидкость (газ) тело, равна весу жидкости (газа), вытесненной телом. Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в вакууме. На тело, находящееся в жидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на любой глубине. Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и жидкости (газа). На воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из сьтали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из сьтали делают лишь сравнитльтно тонкий корпус судна, а большая часть его объёма занята воздухом. Среденее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды, поэтому оно не только не тонет, но и может перевозить болшое количество грузоав.
1) Спектр электромагнитных излучений от их частоты. Применение электромагнитных излучений на практике.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении сквозь призму разлагается на пучки света разного цвета. Цветная полоса, видимая при этом, называется сплошным спектром. Явление зависимости скорости света от длины волны (частоты) называют дисперсией света. Этот эффект объясняется тем, что белый свет состоит из ЭМ-волн разных длин волны, от которых и зависит показатель преломления. Наибольшее значение он имеет для самой короткой волны – фиолетовой, наименьшее – для красно. В вакууме скорость света независимо от его частоты одинакова. Если источником спектра является разреженный газ, то спектр имеет вид узких линий на черном фоне. Сжатые газы, жидкости и твердые тела испускают сплошной спектр, где цвета плавно переходят друг в друга. Природа возникновения спектра объясняется тем, что каждому элементу присущ свой специфический набор излучаемого спектра. Это свойство позволяет применять спектральный анализ для выявления химического состава вещества. Спектроскопом называется прибор, с помощью которого исследуется спектральный состав света, испускаемого некоторым источником. Разложение производится с помощью дифракционной решетки(лучше) или призмы, для исследования ультрафиолетовой области применяется кварцевая оптика.
2) Дисперсия света. Спектроскоп.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.
Прибор для разложения сложного света и наблюдения спектров называется спектроскопом. Спектроскоп состоит из 2 труб: коллиматорной и зрительной, укрепл1нной на подставке и стеклыной призмы под крышкой. Спектр можно наблюдать через окуляр, использукемый в качестве лупы.
1) Закон отражения и преломления света. Полное отражение, его применение.
Прямая, указывающая направление распространения света, называется световым лучом. На границе двух сред свет может частично отразиться и распространяться в первой среде по новому направлению, а также частично пройти через границу и распространиться во второй среде. Луч падающий, отраженный и перпендикуляр к границе двух сред, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения. Этот закон совпадает с законом отражения волн любой природы и доказывается принципом Гюйгенса. При прохождении светом границы раздела двух сред отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред . . Величина n называется показателем преломления. Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды . При наблюдении эффекта преломления можно заметить, что в случае перехода среды из оптически более плотной среды в менее плотную, при постепенном увеличении угла падения можно достигнуть такой его величины, что угол преломления станет равен . При этом выполняется равенство . Угол падения a0 называется предельным углом полного отражения. При углах, больших a0, происходит полное отражение.
2) Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.
При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда с одного места в другое. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит. Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении.
Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или ионов. Если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника, будет при этом равным нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.
Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.
Единица сопротивления 0 ом, сопротивлением в 1 ом обладает такой участок цепи, в котором при силе тока 1 ампер напряжение равно 1 вольту. Сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения , где r – удельное электрическое сопротивление, величина постоянная для данного вещества при данных условиях. При нагревании удельное сопротивление металлов увеличивается по линейному закону , где r0 – удельное сопротивление при 0 0С, a – температурный коэффициент сопротивления, особый для каждого металла. При близких к абсолютному нулю температурах сопротивление веществ резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводящих материалах происходит без потерь на нагревание проводника.
1) Волновые свойства света. Интерференция света и её применение в технике. Дифракция света. Дифракционная решётка.
Свет — это электромагнитные волны в интервале частот 63 • 1014 — 8 • 1014 Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 — 770 нм.
Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в среде скорость убывает.
Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции. Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее. На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны (рис. 34). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн l = 2k λ/2.
При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2k + 1) λ/2, наблюдается интерференционный минимум. Когда выполняется условие максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей просветления оптики. При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом в которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку (рис. 35) падает монохроматический (определенной длины волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении,
но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.
Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода l= d sin φ, где d — постоянная решетки — расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, (φ — угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн d sin φ = kλ, наблюдается интерференционный максимум для данной длины волны. Условие интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ. В результате при прохождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.
2) Вынужденные колебания. Резонанс. Графи зависимости амплитуды от частоты вынужденной силы.
Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреплен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.
При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически зависимость вынужденных колебаний от частоты действия внешней силы показана на рисунке 10.
Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях устанавливают на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».
При отсутствии трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах амплитуда в установившемся режиме резонанса определяется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.
1) Фотоэлектрический эффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Кванты света (фотоны). Применение фотоэфекта в технике.
Явление вырывания электронов из твердых и жидких тел под воздействием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом, а вырванные таким образом электроны – фотоэлектронами. Опытным путем установлены законы фотоэффекта – максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности, для каждого вещества существует своя красная граница фотоэффекта, т.е. такая частота nmin, при которой еще возможен фотоэффект, число фотоэлектронов, вырванных за секунду, прямо пропорционально интенсивности света. Также установлена безынерционность фотоэффекта – он возникает мгновенно после начала освещения при условии превышения красной границы. Объяснение фотоэффекта возможно с помощью квантовой теории, утверждающей дискретность энергии. Электромагнитная волна, по этой теории, состоит из отдельных порций – квантов(фотонов). При поглощении кванта энергии фотоэлектрон приобретает кинетическую энергию, которую можно найти из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта , где А0 – работа выхода, параметр вещества. Количество фотоэлектронов, покидающих поверхность металла пропорциональна количеству электронов, которое, в свою очередь, зависит от освещенности (интенсивности света). Фотоэффект используется в оразличных приборах для преобразования энергии светав энергию электрического тока или для управления электрическим током. Простейшим прибором, работающим на основе фотоэввекта является вакуумный фотоэлемент. Фотоэлементы используются для воспроизведения звукового сопровождения, записанного на киноленту в виде звуковой дорожки.
2) Электроёмкость. Конденсатор и его устройство. Энергия заряженного конденсатора (без вывода). Применение конденсаторов в технике.
Конденсатор – система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Между пластинами напряженность поля равна удвоенной напряженности каждой из пластин, вне пластин она равна нулю. Физическая величина, равная отношению заряда одной из пластин к напряжению между обкладками называется электроемкостью конденсатора . Единица электроемкости – фарад, емкостью 1 фарад обладает конденсатор, между обкладками которого напряжение равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по 1 кулону. Напряженность поля между пластинами твердого конденсатора равна сумме напряженность ей пластин. , а т.к. для однородного поля выполняется , то , т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами диэлектрика, его электроемкость повышается в e раз, где e – диэлектрическая проницаемость вводимого материала. Конденсаторы используются в различных радиоэлектронных устройствах. Они используются для сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока, для разделения постоянной и переменной составляющей тока, в электрических колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприёмников, для накопления больших запасов электрической энергии при проведениии физических экспериментов в области лазерной техники и управляемого термояжерного синтеза.
1) Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
Первая модель строения атома принадлежит Томсону. Он предположил, что атом это положительно заряженный шар, внутри которого расположены вкрапления отрицательно заряженных электронов. Резерфорд провел опыт по облечению быстрыми альфа-частицами металлической пластинки. При этом наблюдалось, что часть из них немного отклоняются от прямолинейного распространения, а некоторая доля – на углы более 20. Это было объяснено тем, что положительный заряд в атоме содержится не равномерно, а в некотором объеме, значительно меньшем размера атома. Эта центральную часть была названа ядром атома, где сосредоточен положительный заряд и почти вся масса. Радиус атомного ядра имеет размеры порядка 10-15 м. Также Резерфорд предложил т.н. планетарную модель атома, по которой электроны вращаются вокруг атома как планеты вокруг Солнца. Радиус самой дальней орбиты = радиусу атома. Но эта модель противоречила электродинамике, т.к. ускоренное движение (в т.ч. электронов по окружности) сопровождается излучением ЭМ-волн. Следовательно, электрон постепенно теряет свою энергию и должен упасть на ядро. В действительности ни излучения, ни падения электрона не происходит. Объяснение этому дал Н.Бор, выдвинув два постулата – атомная система может находится только в некоторых определенных состояниях, в которых не происходит излучения света, хотя движение происходит ускоренное, и при переходе из одного состояния в другое происходит или поглощение, или испускание кванта по закону , где постоянная Планка . Различные возможные стационарные состояния определяются из соотношения , где n – целое число. Для движения электрона по окружности в атоме водорода справедливо выражение , кулоновская сила взаимодействия с ядром . Отсюда . Т.е. ввиду постулата Бора о квантовании энергии, движение возможно только по стационарным круговым орбитам, радиусы которых определяются как . Все состояния, кроме одного, являются стационарными условно, и только в одном – основном, в котором электрон обладает минимальным запасом энергии – атом может находиться сколь угодно долго, а остальные состояния называются возбужденными.
2) Электронно-дырочный переход и его свойства. Полупроводниковый диод и его применение.
Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных полупроводников разного типа проводимости. При соединении происходит диффузия электронов в р-полупроводник. Это приводит к появлению в электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси, а в дырочном – отрицательных ионов акцепторной примеси, захвативших продиффундировавшие электроны. Между двумя слоями возникает электрическое поле. Если на область с электронной проводимостью подать положительный заряд, а на область с дырочной – отрицательный, то запирающее поле усилится, сила тока резко понизится и почти не зависит от напряжения. Такой способ включения называется запирающим, а ток, текущий в диоде – обратным. Если на область с дырочной проводимостью подать положительный заряд, а на область с электронной – отрицательный, то запирающее поле ослабится, сила тока через диод в этом случае зависит только от сопротивления внешней цепи. Такой способ включения называется пропускным, а ток, текущий в диоде – прямым
1) Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
Электрический заряд атома ядра q равен произведению элементарного электрического заряда e на порядковый номер Z химического элемента в таблице Менделеева . Атомы, имеющие одинаковое строение, имеют одинаковую электронную оболочку и химически неразличимы. В ядерной физике применяются свои единицы измерения. 1 ферми – 1 фемтометр, . 1 атомная единица массы – 1/12 массы атома углерода . . Атомы с одинаковым зарядом ядра, но различными массами, называются изотопами. Изотопы различаются своими спектрами. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно зарядовому числу Z, число нейтронов – массе минус число протонов A–Z=N. Положительный заряд протона численно равен заряду электрона, масса протона – 1.007 а.е.м. Нейтрон не имеет заряда и имеет массу 1.009 а.е.м. (нейтрон тяжелее протона более чем на две электронные массы). Нейтроны стабильны только в составе атомных ядер, в свободном виде они живут ~15 минут и распадаются на протон, электрон и антинейтрино. Сила гравитационного притяжения между нуклонами в ядре превышает электростатическую силу отталкивания в 1036 раз. Стабильность ядер объясняется наличием особых ядерных сил. На расстоянии 1 фм от протона ядерные силы в 35 раз превышают кулоновские, но очень быстро убывают, и при расстояния около 1.5 фм ими можно пренебречь. Ядерные силы не зависят от того, имеется ли у частицы заряд. Точные измерения масс атомных ядер показали наличие различия между массой ядра и алгебраической суммой масс составляющих его нуклонов. Для разделения атомного ядра на составляющие необходимо затратить энергию . Величину называют дефектом массы. Минимальную энергию, которую необходимо затратить на разделение ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра, расходуемой на совершение работы против ядерных сил притяжения. Отношение энергии связи к массовому числу называется удельной энергией связи. Ядерной реакцией называется превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое, отличное от исходного. В результате ядерной реакции могут испускаться частицы или гамма-кванты. Ядерные реакции бывают двух видов – для осуществления одних надо затратить энергию, при других происходит выделение энергии. Освобождающаяся энергия называется выходом ядерной реакции. При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения. Закон сохранения момента импульса принимает форму закона сохранения спина.
2) Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Многие вещества не проводят ток так хорошо, как металлы, но в то же время не являются диэлектриками. Одним из отличий полупроводников – то, что при нагревании или освещении их удельное сопротивление не увеличивается, а уменьшается. Но главным их практически применимым свойством оказалась односторонняя проводимость. Вследствие неравномерного распределения энергии теплового движения в кристалле полупроводника некоторые атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены окружающими атомами, т.к. их валентные связи насыщены. Эти свободные электроны могут перемещаться в металле, создавая электронный ток проводимости. В то же время, атом, с оболочки которого вырвался электрон, становится ионом. Этот ион нейтрализуется за счет захвата атома соседа. В результате такого хаотического перемещения возникает перемещение места с недостающим ионом, что внешне видно как перемещение положительного заряда. Это называется дырочным током проводимости. В идеальном полупроводниковом кристалле ток создается перемещением равного количества свободных электронов и дырок. Такой тип проводимости называется собственной проводимостью. При понижении температуры количество свободных электронов, пропорциональное средней энергии атомов, падает и полупроводник становится похож на диэлектрик. В полупроводник для улучшения проводимости иногда добавляются примеси, которые бывают донорные (увеличивают число электронов без увеличения числа дырок) и акцепторные (увеличивают число дырок без увеличения числа электронов). Полупроводники, где количество электронов превышает количество дырок, называются электронными полупроводниками, или полупроводниками n-типа. Полупроводники, где количество дырок превышает количество электронов, называются дырочными полупроводниками, или полупроводниками р-типа.
1) Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства. Биологическое действие ионизирующих излучений. Защита от радиации.
Ядра обладают способностью самопроизвольно распадаться. При этом устойчивыми являются только те ядра, которые обладают минимальной энергией по сравнению с теми, в которые ядро может самопроизвольно превратиться. Ядра, в которых протонов больше, чем нейтронов, нестабильны, т.к. увеличивается кулоновская сила отталкивания . Ядра, в которых больше нейтронов, тоже нестабильны, т.к. масса нейтрона больше массы протона , а увеличение массы приводит к увеличению энергии. Ядра могут освобождаться от избыточной энергии либо делением на более устойчивые части (альфа-распад и деление), либо изменением заряда (бета-распад). Альфа-распадом называется самопроизвольное деление атомного ядра на альфа частицу и ядро-продукт. Альфа-распаду подвержены все элементы тяжелее урана. Способность альфа-частицы преодолеть притяжение ядра определяется туннельным эффектом (уравнением Шредингера). При альфа-распаде не вся энергия ядра превращается в кинетическую энергию движения ядра-продукта и альфа-частицы. Часть энергии может пойти на возбуждения атома ядра-продукта. Таким образом, через некоторое время после распада ядро продукта испускает несколько гамма-квантов и приходит в нормальное состояние. Существует также еще один вид распада – спонтанное деление ядер. Самым легким элементом, способным к такому распаду, является уран. Распад происходит по закону , где Т – период полураспада, константа для данного изотопа. Бета-распад представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра, в результате которого его заряд увеличивается на единицу за счет испускания электрона. Но масса нейтрона превышает сумму масс протона и электрона. Этот объясняется выделением еще одной частицы – электронного антинейтрино . Не только нейтрон способен распадаться. Свободный протон стабилен, но при воздействии частиц он может распасться на нейтрон, позитрон и нейтрино. Если энергия нового ядра меньше, то происходит позитронный бета-распад . Как и альфа-распад, бета-распад также может сопровождаться гамма-излучением.
Мерой воздействия любого вила излучения на вещество является поглощенная доза излучения. Единицей дозы является грэй, равный дозе, которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия в 1 джоуль. Т.к. физическое воздействие любого излучения на вещество связано не столько с нагреванием, сколько с ионизацией, то введена единица экспозиционной дозы, характеризующей ионизационное действие излучения на воздух. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген, равный 2.58Ч10-4Кл/кг. При экспозиционной дозе в 1 рентген в 1 см3 воздуха содержится 2 миллиарда пар ионов. При одинаковой поглощенной дозе действие различных видов облучения неодинаково. Чем тяжелее частица – тем сильнее ее действие (впрочем, более тяжелую и задержать легче). Различие биологического действия излучения характеризуется коэффициентом биологической эффективности, равном единице для гамма-лучей, 3 для тепловых нейтронов, 10 для нейтронов с энергией 0.5 МэВ. Доза, умноженная на коэффициент, характеризует биологическое действие дозы и называется эквивалентной дозой, измеряется в зивертах. Основным механизмом действия на организм является ионизация. Ионы вступают в химическую реакцию с клеткой и нарушают ее деятельность, что приводит к гибели или мутации клетки. Естественный фон облучения составляет в среднем 2 мЗв в год, для городов дополнительно +1 мЗв в год. быту и технике. Измерить силу трения скольжения.
При равномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность. Для уменьшения сил трения в технике применяются корлёса, шариковые и роликовые подшипники.
1) Цепная реакция деление ядер урана. Ядерный реактор.
В 30ых годах опытно было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются ядра лантана, который не мог образоваться в результате альфа- или бета-распада. Ядро урана-238 состоит из 82 протонов и 146 нейтронов. При делении ровно пополам должен был бы образовываться празеодим , но в стабильном ядре празеодима нейтронов на 9 меньше. Поэтому при делении урана образуются другие ядра и избыток свободных нейтронов. В 1939 году было произведено первое искусственное деления ядра урана. При этом выделялось 2-3 свободных нейтрона и 200 МэВ энергии, причем около 165 МэВ выделялось в виде кинетической энергии ядер-осколков или или . При благоприятных условиях освободившиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана. Коэффициент размножения нейтронов характеризует то, как будет протекать реакция. Если он более единицы. то с каждым делением количество нейтронов возрастает, уран нагревается до температуры в несколько миллионов градусов, и происходит ядерный взрыв. При коэффициенте деления меньшем единицы реакция затухает, а при равно единице – поддерживается на постоянном уровне, что используется в ядерных реакторах. Из природных изотопов урана только ядро способно к делению, а наиболее распространенный изотоп поглощает нейтрон и превращается в плутоний по схеме . Плутоний-239 по своим свойствам схож с ураном-235.
Ядерные реакторы бывают двух видов – на медленных и быстрых нейтронах. Большинство выделяющихся при делении нейтронов имеют энергию порядка 1-2 МэВ, и скорости около 107м/с. Такие нейтроны называются быстрыми, и одинаково эффективно поглощаются как ураном-235, так и ураном-238, а т.к. тяжелого изотопа больше, а он не делится, то цепная реакция не развивается. Нейтроны, движущиеся со скоростям около 2Ч103м/с, называют тепловыми. Такие нейтроны активнее, чем быстрые, поглощаются ураном-235. Таким образом, для осуществления управляемой ядерной реакции, необходимо замедлить нейтроны до тепловых скоростей. Наиболее распространенными замедлителями в реакторах являются графит, обычная и тяжелая вода. Для того, чтобы коэффициент деления поддерживался на уровне единицы, используются поглотители и отражатели. Поглотителями являются стержни из кадмия и бора, захватывающие тепловые нейтроны, отражателем – бериллий.
Если в качестве горючего использовать уран, обогащенный изотопом с массой 235, то реактор может работать и без замедлителя на быстрых нейтронах. В таком реакторе большинство нейтронов поглощаются ураном-238, который в результате двух бета-распадов становится плутонием-239, также являющимся ядерным топливом и исходным материалом для ядерного оружия . Таким образом, реактор на быстрых нейтронах является не только энергетической установкой, но и размножителем горючего для реактора. Недостаток – необходимость обогащения урана легким изотопом.
Энергия в ядерных реакциях выделяется не только за счет деления тяжелых ядер, но и за счет соединения легких. Для соединения ядер необходимо преодолеть кулоновскую силу отталкивания, что возможно при температуре плазмы около 107–108 К. Примером термоядерной реакции служит синтез гелия из дейтерия и трития или . При синтезе 1 грамма гелия выделяется энергия, эквивалентная сжиганию 10 тонн дизельного топлива. Управляемая термоядерная реакция возможна при нагревании ее до соответствующей температуры путем пропускания через нее электрического тока или с помощью лазера.
2) Механическая работа и мощность. Определить КПД при подъёме тела по наклонной плоскости.
Работой А постоянной силы называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами и. . Работа является скалярной величиной и может иметь отрицательное значение, если угол между векторами перемещения и силы более . Единица работы называется джоулем, 1 джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон при перемещении точки ее приложения на 1 метр. Мощность – физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого эта работа совершалась. . Единима мощности называется ваттом, 1 ватт равен мощности, при которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду. A=Ep2-Ep1=mg(h2-h1)
3) Задача на тепловое действие тока. Q=cm∆T=nPt (n=КПД) P=IU
Физики (электрики), нужна помощь
Как изменится температура провода, нагреваемого током, при увеличении его длины, если сила тока остается неизменной?
Если можно какой-то формулой подкрепить. Спасибо.
1 год назад
Не изменится в теории. Чтобы сохранить неизменной силу тока при увеличении длины провода, придется увеличивать напряжение пропорционально увеличению длины (и сопротивления) провода. Закон Ома. Как следствие, количество тепла, выделяемого проводом будет расти прямо пропорционально его длине, то есть его удельная мощность как нагревательного прибора на единицу длины остается прежней.
На практике — незначительно возрастет. То есть если поставить в помещении одну ламу накаливания, а потом десять ламп в ряд, то в теории температура каждой лампы останется прежней. Но в отсутствии адекватного охлаждения лампы будут греть друг друга, поэтому они станут горячее, без изменения собственной мощности.
1 год назад
При протекании тока через провод на единицу длины выделяется одно и то же количество тепла. Если мы удвоим длину, то, соответственно, получим вдвое больше тепла. И так далее.
раскрыть ветку
1 год назад
раскрыть ветку
1 год назад
если провод растянут в одну линию и температура его неизменна то очевидно — тепло которое выделяется в проводе отводится во внешнюю среду. Если удлинняя провод не изменится теплоотдача — то и температура не изменится. А вот если провод например намотан на катушку то очевидно — температура его станет выше.
1 год назад
Никак не изменится, я думаю. Удельное сопротивление одинаково, соответственно и количества тепла на еденицу длины тоже останется таким же. Но это при условии, что сила тока и напряжение не изменятся.
раскрыть ветку
Похожие посты
2 дня назад
Заземление в квартире
Дом 90х годов постройки, и в квартиру заведён двойной кабель без заземления. Хотелось бы узнать, есть ли в этом электрощите в принципе заземление.
И если да, можно ли отдельно кинуть провод заземления, например, по плинтусу до ванной, где хотелось бы установить проточный водонагреватель. Без заземления что-то совсем не хочется экспериментировать.
Показать полностью 1
2 месяца назад
Увлекательная история о почти удачной лампе, но нет
Я продолжаю поиски действительно хороших светодиодных ламп на Пикабу. Это — задача непростая, кропотливая. Нельзя просто померить освещенность от лампы и сказать, что она хороша. Ведь покупая лампу вы рассчитываете, что она будет не просто светить, а долго светить.
Сегодня речь пойдет о производителе светодиодных ламп Полароид , по ссылке вы найдете только товарный ряд и разброс цен на осветительную продукцию. Эту информацию привожу, чтобы вы могли понять, что производитель не перегибает с ценой, обладает неплохим товарным представлением, но, увы, в головах у людей это название ассоциируется только с фотоаппаратом.
Субъективно также отмечу, что мне симпатична упаковка производителя, но тут как кому нравится, конечно.
Сегодня нас ждет тестирование и обзор светодиодной лампы Polaroid за 102 рубля.
Начнем с теста мощности: обещают 10 Вт. Напряжение 220 Вольт и при первом включении мой прибор показывает – 10,5 Вт. Очень хорошее начало! (особенно учитывая, что почти все лампы, которые проходят этот тест, показывают мощность на 20% ниже заявленной)
Расходы за год 167 рублей при работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5.38 рублей за Киловатт.
Цветовая температура этой лампочки – 2902 Кельвина, индекс цветопередачи – 81,9.
Свет от этой лампы можно считать белым. Точка цветовой температуры расположилась между 3000 и 2700К.
Что с пульсациями света от этой лампы? А с пульсациями все хорошо. Безрисковый свет – 1,1% на частоте 100 Гц. Прекрасный результат.
Теперь проверим количество света от данной лампы.
В сети 220 Вольт – 287 Люкс,
250 Вольт – 205 Люкс, как-то удивительно уменьшилась,
170 Вольт – 26 Люкс, почти совсем темно,
160 Вольт и полная тьма.
Ну что можно сказать, недостаточно драйвер лампы справляется с изменениями напряжения в бытовой сети.
Лампа работает с выключателем с подсветкой.
Габариты ламп Палароид. Измеренные мной размеры точно совпадают с заявленными производителем 108×60 мм.
И вот тут как раз и кроется основная проблема этой лампы. Казалось бы, прекрасные световые характеристики, отличная цена — надо брать, но нет, существует проблема, которая перечеркивает все заслуги.
Температура. А с нагревом у лампы явные проблемы. Температура корпуса больше 100 градусов Цельсия. Никуда не годится. И колба тоже горячая. Больше 62 градусов Цельсия. Не будет работать долго лампа при такой температуре корпуса.
Очень обидно мне за лампочку Полароид, для заинтересованных в светотехнике, предлагаю ознакомиться еще и с обзором, включающим схемотехнику этой лампы.
В наших рейтингах светодиодных ламп данный товар получил отрицательную оценку от экспертов и, увы, не будет рекомендован.
Ну а если этот обзор прочитает производитель, то мне хочется поблагодарить инженеров за качественный свет и предложить немного доработать лампочку в плане охлаждения. Если при этом ребята смогут сохранить цену приемлемой, то эта лампа однозначно будет занимать достойное место на прилавках и в сетевых магазинах, а также будет любима покупателями.
Ну а для тех, кому нравится смотреть:
На этом все, увидимся на Пикабу в следующих обзорах осветительных приборов и в комментариях.
Показать полностью 9 1
2 месяца назад
Топ 20 интересных электронных DIY-наборов для любителей самостоятельной сборки и пайки, а где-то даже программирования
Интересный набор для самостоятельной сборки и пайки электронных компонентов, после правильной сборки получится самолет с марцающими светодиодами. В набор входят резисторы, конденсаторы, десятичный счетчик CD4017BE, светодиоды и тд. Идеальный вариант для начинающих радиолюбителей. Стоит такой комплект около 1150 руб. ссылка на источник
2) Понижающий модуль питания
Электронный комплект «сделай сам» — преобразователь напряжения переменного тока. Вход источника питания AC15V или DC18V, фиксированный выход постоянного тока 3 В/4,5 В/5 В/6 В/9 В/12 В. Стоит такой набор около 1260 руб. ссылка
Набор для сборки цифровых часов, также имеются датчики для отображения температуры окружающего воздуха, будильник, календарь и тд. Стоит такой набор для пайки и сборки где-то 1285 руб. ссылка
Набор для самостоятельного изготовления мини-увлажнителя воздуха, который работает от USB. Стоит такой около 83 руб. ссылка
Комплект электронных деталей для сборки умного автомобиля. Суть умной машинки в том, что после правильной сборки и пайки она сможет ездить по жирно нарисованным линиям и не отклоняться от курса, например по бумаге. Стоит такой около 385 руб. ссылка на источник
Набор электронный для самостоятельной сборки модуля со множеством светодиодов и разными режимами работы, как таймер с секундами, отоброжение линий и тд. Стоит комплект около 390 руб. ссылка
7) Электромагнитная пушка
Занимательный набор для любителей физики и электроники, на сборку электромагнитной пушки в акриловом корпусе потребуется около 90 минут, если все собрано верно, она сможет стрелять маленькими металлическими шариками. Стоит набор где-то 1490 руб. ссылка
Дешевый набор для сборки светильника с красными светодиодами и разными режимами работы, которые управляются однокристальным микрокомпьютером AT89S52. Стоит такой набор 145 руб. ссылка
Набор для сборки FM радиоприемника, который работает от 2х батареек АА, после сборки нужно подключить наушники и ‘ловить’ различные радиостанции. Стоит набор 120 руб. ссылка
Программируемый электромеханический конструктор на гусеницах Elegoo Conqueror Robot Tank Kit имеет несколько встроенных функций, таких как движение по траектории, заданной линией, детектор препятствий и дистанционное управление. Набор для сборки робота позволяет пользователям познакомиться с графическим программированием. Конструктор идеально подходит для детей и подростков, которые хотят посвятить свою жизнь карьере в сфере высоких технологий. Стоит такой около 8000 руб. ссылка на источник
Очень простой набор для сборки и самостоятельной пайки круглого модуля с красными светодиодами, создающие эффект вращающегося колеса. Работает от напряжения 3-5 вольт. Стоит такой 120 руб. ссылка
12) Счетчик Гейгера
Интересный набор для сборки детектора радиации, а именно обнаружения 20 мР/ч ~ 120 мР/ч гамма-лучей и 100 ~ 1800 от переменных/точек мягкого бета-излучения. Стоит такой наборчик где-то 2640 руб. ссылка
13) Микрофонный усилитель
Очень простой и дешевый набор для сборки и пайки микрофонного усилителя. В наборе идут провода, плата,, конденсаторы и тд. Идеальный вариант для тех, кто хочет научится паять и разбиратся в электронике, также читать схемы. Стоит набор 68 руб. ссылка
14) DIY набор для сборки устройства обнаружения магнитного поля
Набор позволяет собрать простое устройство с помощью которого можно обнаружить магнитное поле, а также северный и южный полюса. Набор предназначен для изучения основ радиоэлектронники и развития навыка пайки компонентов разного типа. Рекомендован для начинающих.
В комплект входит:
- Печатная плата
- Набор активных и пассивных элементов для сборки
- Схема. Стоит такой набор около 112 рублей. Ссылка на источник
Набор ‘Сделай сам’ — светодиодный спиннер в прозрачном акриловом корпусе. Все компоненты нужно спаять на плате самостоятельно. После сборке получится крутой спиннер и при вращении красочно будут светить светодиоды. Стоит такой набор около 494 руб. ссылка
Частотомер 1 Гц — 50 МГц E0330 позволяет измерять частоту кварцевых резонаторов. Простой цифровой прибор позволяет измерять наиболее применяемые «кварцы». Тестер кварцевых резонаторов удобен. Сборка тестера с цифровой светодиодной шкалой не представляет проблем. Собрать частотомер своими руками за пару часов под силу даже начинающему радиолюбителю. Стоит такой 660 руб. ссылка
Красивое электронное сердечко с разноцветно переливающимися светодиодами. Питается от батарейки, которая вставляется позади сердечка. Всего состоит из 32 светодиодов и других электронных компонентов. Стоит набор около 900 руб. ссылка
18) ‘Песочные часы’
Набор интересный для сборки электронных песочных часов. Светодиоды включаются и выключаются в таком порядке, что создается эффект работающих песочных часов. Стоит комплект для пайки около 300 руб. ссылка
19) Музыкальная колонка
Прикольный DIY Bluetooth динамик с множеством функций, включая дистанционное управление, поддержку USB, карт памяти, Блютус и многое другое. Набор требует самостоятельной сборки и пайки. Стоит комплект на данный момент около 1700 руб. ссылка
20) Сварочный аппарат
Набор для создания аппарата для точечной сварки, например контактной сварки пластин для соединения аккумуляторов. Рабочее напряжение: 12 ~ 14,6 В. Стоит набор около 1500 руб. ссылка на источник
Показать полностью 18 2
3 месяца назад
Что за такая светодиодная лампа «Включай»
Все просто — я тестирую светодиодные лампы и публикую результаты на Пикабу, новая публикация каждую неделю. На моем столе оказалась светодиодная лампочка с интересным и динамическим названием — Включай. Ну что же, я ее включил.
Светодиодная лампа «Включай» стоила 73 рубля. Лампочка не простая, а Премиум, производитель обещает 11 Вт.
Привычные 220 Вольт в сети, включаю лампу – при первом включении 9,5 ватт. Уже меньше чем обещали, да еще мощность и продолжает снижаться.
При увеличении напряжения до 230 Вольт на входе, получаем мощность все еще меньше заявленной – 9,3 Вт вместо 11 Вт.
Коэффициент мощности у этой лампы 0,6. Расходы за год 142 рубля при работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5.38 рублей за Киловатт.
Цветовая температура 3808К, индекс цветопередачи не очень, прямо скажем, хороший – 77.4.
В свете этой лампы присутствует минимальный оттенок желто-зеленого, видимый. Точка на кривой цветности расположилась между 3500 К и 4000 К.
Пульсации лампы. Точка находится на границе начала зоны риска. Ну и действительно, 3,9% при частоте 100 Гц. Да, это меньше 5% и вроде бы по существующим нормам лампа должна проходить как безопасная для зрения и, тем не менее, и мое мнение, и мнение прибора, что риск есть.
В сети 220 В убираю внешнюю подсветку – 255 Люкс.
250 В – те же 255 Люкс;
170 В – 248 Люкс;
55 В – полная темнота.
Достаточно неплохо справляется драйвер этой лампы с изменением напряжения в домашних розетках. С такой лампой не будем замечать изменений освещенности.
Лампа не проходит теста с выключателем с подсветкой. При выключенном питании, у лампы присутствует свечение.
Колба нагревается достаточно ощутимо 50 градусов Цельсия. Корпус еще горячее, около 85 градусов Цельсия.
По результатам тестирования я не могу рекомендовать данную лампу к покупке, и в нашем рейтинге светодиодных ламп она займет соответствующее место, тем более лампу негативно оценили и другие эксперты.
Для господ, что знают толк в извращениях, могу предложить ознакомиться с полным техническим обзором, который включает схемотехнику.
Ну а для тех, кто предпочитает видео:
Показать полностью 5 1
3 месяца назад
Схема стенда для подростков
Всех электриков и остальных прочитавших приветствую и желаю здоровья!
Собственно к делу!
На базе волонтерского жопосвербения стал подумывать как сделать стенд для детей из не полных семей.
Чтобы ребята могли розетку прикрутить. Лампочку вкрутить. Провода не путать. С отверткой, клешами и индикатором справится на бытовом уровне. Главное сделать это безопасно!
Вспоминая уроки труда в школе, что то подобное было и у нас в кабинете. Хотя трудовик и не подпускал нас близко.)
Так вот, подскажите пожалуйста где я могу сделать схему или взять пример подобного стенда.
Идея проста вроде бы, но как реализовать не знаю.
Понимаю в своем воображении, что начну с блока питания 24/12. Затем на автомат. С него коробка и далее к потребителям.
Как реализовать индикацию когда не верно было смонтировано в шаге и верно?
3 месяца назад
10 интересных и необычных устройств найденных на AliExpress
Интересное радио, состоящиее всего из 4 электронных компонентов. Ссылка на источник.
2) Музыкальная катушка Tesla
Музыкальный прототип резонансного трансформатора Тесла. ссылка
Еще одна интересная модель FM радио. ссылка
4) Счетчик Гейгера
Модуль детектора ядерных излучений. ссылка
5) Детекторный радиоприемник
Еще один инетерсный радиоприемни для самостоятельной сборки и пайки. ссылка на источник
6) Ламповые часы
Необычные электронные ламповые часы. Ссылка
7) Цифровой осциллограф
DIY набор для самостоятельной сборки и пайки осциллографа. ссылка
Интересные смарт-часы для робототехники на Arduino. ссылка
Мини горизонтальный двигатель внутреннего сгорания. ссылка
10) 8-катушечный циклотрон
Интересный научно-экспериментальный циклотрон (резонансный циклический ускоритель). Ссылка на источник.
Показать полностью 9 1
4 месяца назад
Наконец-то, та самая лампа, но ее не купить
Сегодня мы поговорим про очень необычную лампочку, которую мне привез мой коллега с нашего проекта по светодиодным лампам. Спасибо ему.
Лампа Panasonic NEO LED на 12Вт. Была куплена в теплом Пхукете.
Мощность груши заявлена как 12 Ватт, но при подключении к сети напряжением 220 Вольт, фактическая мощность составляет 11,9 Ватт. При увеличении напряжения до 230 Вольт, мощность остается прежней.
Годовые расходы на использование лампы составляют 186 рублей при работе 8 часов в день и тарифе 5,38 рублей за киловатт. Лампа быстро прогревается,и уже через 15 минут вижу, что реальная мощность отличается от заявленной всего на 2%. Это отличный результат.
Проведем тесты освещенности — закрепляю лампу выше стола на метр относительно датчика люксметра, прогреваю и при напряжении 220 Вольт, освещенность составляет 478 Люксов! Если напряжение увеличится до 250 Вольт, это изменение не будет заметно, освещенность останется прежней. И даже при аварийном снижении напряжения до 170 Вольт, освещенность останется той же. А при напряжении в сети 70 Вольт лампа полностью погаснет.
Драйвер лампы хорошо защищен от аварийных скачков напряжения в сети, поэтому эту лампу можно успешно использовать в местах с нестабильным напряжением, например, за городом
Теперь про наш любимый красный глаз терминатора, он же выключатель с подсветкой.
Лампа работает с ним без каких-либо проблем, все здорово.
Размеры лампы составляют 121 мм и 65 мм, и они точно соответствуют указанным на упаковке.
Колба нагревается до 53 градусов Цельсия, а корпус остается сравнительно прохладным — около 80 градусов Цельсия.
Да, конечно, такую лампу я буду советовать. Она очень хороша. И если вдруг вы сейчас читаете эту статью из жаркого Таиланда — покупайте панасоник, не пожалеете.
Ну а нам же остается лишь надеяться, что когда-то и наши производители будут делать нечто подобное.
Подписывайтесь, буду рад писать для вас каждую неделю про лампы. На пикабу много уже обзоров, а еще на Доморосте есть обзоры светодиодных ламп в чуть более расширенном для интересующихся формате.
Ну а если предпочитаете видео — вот вам и такой формат.
Показать полностью 6 1
4 месяца назад
Обзор светодиодной лампы Voltega 11 Вт
На мой взгляд — лампа неплохая, учитывая сегодняшнее состояние рынка светодиодных лампочек, я бы советовал к покупке.
Соответствие мощности : заявленно — 11 Вт, мой результат — 10.8 Вт (это очень хороший результат).
Коэффициент мощности — 0.6, хотя по стандарту должен быть 0.85. Увы, это наши реалии, и у доминирующего количества простых светодиодных ламп коэффициент мощности не отвечает стандарту.
Расходы за год 163 рубля при работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5.38 рублей за Киловатт.
Цветовая температура — 3918 К, индекс цветопередачи — 80.4.
Пульсации у лампы безрисковые для глаз. Они достаточно велики — 21,3%, но на очень большой частоте 39,4 кГц.
Электроника лампы вполне устойчива к изменениям напряжения сети. С этой лампой не будете замечать изменения освещенности.
Лампа работает с выключателем с подсветкой .
Лампа нагревается достаточно серьезно: 53 градуса Цельсия — колба, корпус — 85 градусов. Это выше среднего, а при прочих равных, чем горячее лампа, тем быстрее выходят из строя светодиоды.
Световой поток для лампочки — 855 Люмен, а производитель указывает на упаковке – 920 Люмен.
Лампа популярная, присутствует во многих точках продажи. По ссылке на оригинальный обзор светодиодной лампы Вольтега вы найдете чуть больше тестов и подробностей, и мнений экспертова, а тут же я стараюсь экономить ваше время и даю выжимки.
Всем спасибо за внимание. Ну а для тех, кто читает меня впервые — на Пикабу рассказываю об итогах тестирования светодиодных лампочек. Каждую неделю новый экземпляр.
Показать полностью 1
5 месяцев назад
Фарлайт — лампа по которой не договорились
Сегодня мы поговорим про лампу Фарлайт. С ней сложилась интересная ситуация. В рамках проекта Доморост я тестирую светодиодные лампы, могу что-то посоветовать. Данная лампа мне понравилась, но мои коллеги не согласились с этой оценкой. Итог — отрицательная оценка у Фарлайт в нашем рейтинге. Что ж, тем интереснее.
Лампа была куплена за 84 рубля. Фарлайт заявляет, что мощность его светодиодной лампочки 9Вт. С этого и начнем. На входе 220 Вольт: включаю лампу при первом включении 8,6 Ватта. Коэффициент мощности 0,6.
Расходы за год: 131 рубль при работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5,38 рублей за Киловатт. Лампа при изменении напряжения до 230 Вольт не меняет своей мощности.
Возвращаю на привычные 220 Вольт. Прогрею лампу 15 минут – мощность лампы 8,1 Ватта, коэффициент мощности остался 0,6. Не такой плохой результат.
Цветовая температура 3814 К, индекс цветопередачи Ra 81,4.
Смещение цветности от лампы наблюдается вниз, в область фиолетово-пурпурного оттенка, но с таким небольшим смещением свет от этой лампы можно считать абсолютно белым.
Перейдем к пульсациям света — для исследуемой лампы от Фарлайт никакого риска нету. Пульсация 2.76% на очень высокой частоте 12,7 кГц. Я, конечно, люблю, когда пульсации светодиодных ламп меньше 1%, но для такой большой частоты 2,76%, как показывает нам прибор – свет безрисковый.
Лампа в метре над столом включена и прогрета. 220 вольт в сети.
Убираю внешнюю подсветку – 215 Люкс;
250 Вольт – 217 Люкс;
170 Вольт – 211 Люкс;
50 Вольт – полная темнота.
Что можно сказать, очень большой диапазон у драйвера этой лампы. Такую лампу можно использовать и там, где в сети напряжение нестабильно, где-то за городом, например.
Работает ли лампа с выключателем с подсветкой? Показываю. Лампочка подсветки пока не светится, потому что нет напряжения в сети.
Вот это разочарование. Лампа, которая так неплохо себя показывала, противно светится в полной темноте при работе с выключателем с подсветкой. Включаю лампу, горит ярко. Выключаю её, да не гаснет лампа. К сожалению не работает фарлайт с выключателем с подсветкой.
Кстати, про нужность этого теста, на одной из площадок, где публикуются мои обзоры, был вот такой комментарий:
Меня довольно глубоко это резануло. Представляете, насколько это важная проблема?
Размеры лампы. Первый размер 59 мм. Второй размер 108 мм. А что на упаковке? — 60мм на 110мм.
Ну, немного отличаются, но будем считать, что реальные размеры достаточно похожи на те, которые указал Фарлайт на упаковке. Хотя, наверное тут я прямо хочу вытянуть лампу, уж слишком обидно мне за нее. С другой стороны, именно для таких ситуаций, наши разработчики сделали независимые рейтинги на Доморосте, где мои коллеги смогут провести валидацию этого обзора.
Очень важным является узнать о нагреве лампы. Ведь температура – главный враг светодиода. Корпус нагревается до 81 градуса Цельсия. Колбы холоднее – около 47 градусов Цельсия.
На мой взгляд лампочка неплохая и я бы рекомендовал ее к покупке. С мнением же моих коллег и техническим обзором вы можете ознакомиться на странице полного исследования лампы Фарлайт.
Спасибо всем почитавшим, надеюсь что вам это было полезно, ну а я продолжу публиковать на Пикабу новые обзоры светодиодных лампочек каждую неделю.
Показать полностью 11
6 месяцев назад
Большая проверка диммируемой светодиодной лампы от Jazzway
Всем привет, в рамках проекта Доморост я каждую неделю разбираю и тестирую светодиодные лампочки, чтобы потом аудитория экспертов оценила их и поставила в соответствующее место нашего рейтинга светодиодных ламп.
Сегодня в моих руках светодиодная лампа за 341 рубль. Почему такая дорогая 10-Ваттная лампа? Потому что диммируемая.
Что такое диммируемость — все просто, это возможность лампы менять свою яркость.
Джазвей обещает, как я уже сказал, 10 Ватт мощности. Проверим: 220 вольт в сети, включаю лампу. При первом включении 11,3 Ватта.
Очень хороший коэффициент мощности – 0,9. Редко встретишь такой коэффициент мощности у светодиодных ламп. Это благодаря сложной электронике, сложному драйверу (что такое драйвер), который стоит в диммируемой светодиодной лампе.
Расходы за год 177 рублей. При работе лампы 8 часов в день и при тарифе 5,38 рублей за киловатт. Если питание изменить на 230 вольт, как изменится мощность – 11.1 Ватта. Возвращаю 220 вольт, не сильно изменилась мощность при 230 Вольтах.
Через 15 минут прогрева мощность лампы – 10,6 Ватта. Отличный результат, джазвей обещает 10 ватт, реальная мощность 10,6 и прекрасный коэффициент мощности 0,9 сохранился. С мощностью Джазвей можно верить.
Чтобы правильно выбрать и использовать светодиодную лампу, надо знать её реальные характеристики качества света.
Лампа подключена без диммера, напрямую к сети 220 вольт. Включаю лампу и выключаю внешнюю подсветку.
- Цветовая температура 3825 К;
- Индекс цветопередачи 81.5;
- Смещение от кривой абсолютно черного тела минимально (дельта UV равно 0,0017), можно считать свет от лампы белым.
Пульсации 1,82% на частоте 100 Гц. Все прекрасно, никакого риска. Хотя хочется отметить, что я все же считаю что пульсациям неплохо быть менее 1%.
После я подключил лампу к диммеру Легранд. Первоначально ручка управления диммером стоит в таком положении когда лампа должна быть выключена. Подаю питание на диммер – лампа не светится. Уже хорошо, а то всякое бывает.
Включаю лампу. Как и обещал Джазвей, лампа сразу горит не на минимуме, а на каком-то уровне яркости. Предположим на 25%. Выключаю внешнюю подсветку. И включаю измерение характеристик качества света. Цветовая температура 3829К. Индекс цветопередачи даже стал немного лучше – 82,4.
А вот пульсации сразу выскочили в большой риск для нашего здоровья. 1,5% на очень низкой частоте 7 Гц.
Максимум яркости. Цветовая температура 3871 К, индекс цветопередачи стал меньше – 80,8.
Пульсации 2,5% на частоте 100 Гц. Безрисковые пульсации. Тем не менее они выше, чем те пульсации, которые были при прямом подключении лампы к сети 220 Вольт без диммера.
Если не брать в расчет то, что лампа начинает диммироваться лишь с 25% яркости, то это достаточно удовлетворительный результат, нигде никаких дрожаний, миганий, все плавненько. Но конечно надо понимать, что очень влияет это диммирование на пульсации света.
Что с количеством света и стабильно ли будет освещенность с такой лампой при изменениях напряжения в домашних розетках?
Лампа в метре над столом включена и прогрета.
- 220В на входе. Убираю внешнюю подсветку. 289 Люкс.
- 250 Вольт – 290 Люкс;
- 170 Вольт – 254 Люкса;
- 30 Вольт на входе и только тогда полная темнота
Не самый устойчивый драйвер, но и не самый плохой. В общем — вполне себе нормальный.
Лампа адекватно работает с выключателем с подсветкой.
Размеры лампы, что указывает джазвей на упаковке 112 мм на 60 мм. Я перепроверил и был приятно удивлен — размеры лампы совпадают точно.
Корпус нагревается примерно до 80 градусов Цельсия. Колба нагревается до 45 градусов Цельсия.
Перед тем как разбирать лампу, я снял диаграмму освещенности в темной камере и по 10 точкам измеренной освещенности посчитал для лампы световой поток. Диаграмму освещенности вы видите на своих мониторах. Световой поток который я посчитал 905 Люмен, а производитель указывает для своей лампы 820 Люмен, у меня получилось больше.
Вот такая получилась лампа. С моей точки зрения неплохая, разбор лампы для интересующихся и узнать как ее оценили в конечном рейтинге — сможете на страничке голосования за лампу Jazzway 10 Вт с возможностью диммирования.
На этом, пожалуй, все. Присоединяйтесь — давайте искать качественные лампы вместе.
Показать полностью 16
8 месяцев назад
Вопрос про стремную розетку
Ситуация такая: с момента постройки дома в одной из комнат есть розетка, которая заведена в обход щитка. Причём она то работает,то нет.
Все розетки, которые были с момента постройки дома отключены, т. к они все поочереди начинали искрить и пованивать. И все розетки на новой проводке.
Осталась одна сомнительная розетка. Был вызван электрик, с требованием найти откуда она запитана и отключить.
Очень долго искал, в итоге решил закоротить и посмотреть, что вырубит.
Вырубило свет в общих коридорах по всему подъезду.
Вердикт электрика: запитно от света коридора, но не на нашем этаже. На каком и где именно определить не смог.
Розетку снял провода заизолировал.
Вопрос: могу ли я эту гадость заштукатурить в стену?
9 месяцев назад
Прошу помощи! электрики, энергетики и все причастные. Поднимите пожалуйста пост
Всем привет! Прошу помочь найти муфты концевые на кабель. Желательно на дальнем востоке, но можно и на западе, изготовление по срокам не подходит. Снабженцы забыли заказать, а мы уже собираемся кабель раскатывать, сроки горят. Марка кабеля на фото
Обзвонили кого знали, но всё тщетно.
пост без рейтинга, очень надеемся на силу Пикабу!
11 месяцев назад
“Как мы решили с Le Grand потягаться”
Здрасьте. Не ругайте, за не тот порядок букв и знаков, спасибо.
Предыстория.
Года 3 назад, пришла в голову идея о розетки, в которой вместо двух “дырочек” будет две “щелочки”. Коллеги-электрики посмеялись, мол, 100-лет все пользуются и норм, и, типа, нафига? Ну я и забил. В декабре был в Москве: встречаться с друзьями ездил. Поделился. Наташе идея понравилась, сказала, давай сделаем. А Наташа архитектор. А я электрик-монтажник.
В январе, уже Наташин друг сказал, так японцы уже в 2019 такое продавали. Только такой принтскрин сам не нашел.
Друзья с Канады нашли такое.
Расстроились. Но нам же интересно сделать свое. Свое — оно же всегда лучше.
А вот и наш Монстрик, назвали Скейткит.
У монстрика сразу обнаружилась проблема: вилки типа Schuko (бытовая техника, оргтехника), шуко лезла туго (4,8 мм). А вилочка от айфона плохо держалась (4,4 мм).
Стали думать. Позвали знакомого инженера, который согласился за бесплатно с нами работать. Пока идем двумя путями: пружинами и латексом. Пока рабочего продукта не сделаем не остановимся, шуко, точно! Ну и пока не сделаем, решили за маркетинг не думать.
Есть советы, идеи, замечания, желание высказаться, буду очень признателен.
Спасибо за уделенное время.
А где история? — спросит внимательный читатель.
Так мы вот сейчас ее пишем, присоединяйся.
Этого доделаем и вот таких настрогаем.
Показать полностью 6
1 год назад
Подработка в Лобне или окрестностях
Здравствуйте, люди добрые. Ситуация такая: работаю в г. Лобня сменно, денюжек не хватает. Может кто поможет с подработкой какой. Очень активно изучаю автоэлектрику до уровня CAN шины, а также параллельно ремонт бытовой техники, туда у меня душа лежит. Все свое ремонтирую сам: быт технику, авто, сантехнику, электро и бензо инструмент. Единственное без строгой привязки по времени т.к есть основная работа. Готов работать без оплаты для получения опыта, а дальше если буду полезен с оплатой. Например автосервис или автобаза где есть простаивающие без ремонта автомобили, авто со сложной поломкой. Или сервисный центр по ремонту быт техники где не хватает рук. Возможно обслуживание частного дома. Или может Ваш вариант. С уважением, Сергей.
1 год назад
Светильник led
Всем доброго времени суток!
Есть маленький светильник с датчиком движения. Требуется отключить этот датчик, что бы не гас свет и горел светильник, пока не отключишь принудительно.
Может кто то подсказать, что перемкнуть у него? Буквы под контактами О, S, D.
Проблема решена. Всем спасибо за отклик! Romanchita, спасибо за решение вопроса!
Показать полностью 2
1 год назад
Сила Пикабу!
Призываю,поднимите пожалуйста,тэги на месте!
Прошу отозваться репетитора-пикабушника по Физике,который сможет взять меня на 5-10 уроков в определённый срок, на темы «Электродинамика», «Термодинамика», «Оптика «.
Нужны азы,принципы,школу прогуливал(
С 16.12.22 по 29.12.22 буду в Волгограде,сжатые сроки т.к.буду на отдыхе между вахтами.
Платежеспособен,любой район,любой день недели,любое время!
Поддержать
1 год назад
Ютуб канал лампового дядьки
У меня есть мини-хобби — искать на просторах русскоговорящего ютуба увлеченных людей старшего возраста, которые ведут свои уютные радиолюбительские каналы.
Пару недель назад обнаружил такой. Его ведёт увлеченный дедушка (судя по рукам и голосу). Я присматривался и с радостью находил всё больше подтверждений тому, что его ролики без всякой антинаучной «альтернативщины», вечных двигателей, энергии эфира и др. Говорит со знанием и опытом. Главное с пониманием физики.
Он демонстрирует опыты и результаты измерений в своей (весьма скромной, надо заметить) лаборатории. Собирает конструкции.
Характерная черта — своеобразное оформление канала, компьютерная графика в ретро-стиле 🙂
Еще там можно увидеть в работе настоящие техно-реликты. Например, газотрон.
Или узнать о селеновых столбах.
К примеру несколько роликов на радиолюбительскую тему с канала «Неизвестная физика».
Ответственно рекомендую канал «Неизвестная физика» радиолюбителям, любителям ламповых усилителей и интересующимся историей техники.
Ранее я делал пост о Викторе Гончарове (радиолюбитель, тоже ведёт тёплый ламповый канал и мастерит радиоэлектронные устройства). Публикация набрала много плюсов. А Виктор даже выпустил ролик, где передал своё удивление от внезапно нахлынувшей волны подписчиков.
Я считаю, что очень важно поддерживать таких людей и распространять их творчество и просветительские материалы. Это малый но полезный вклад, доступный каждому.
Показать полностью 5 4
3 года назад
Доколе?
День добрый. хотя, может и не очень добрый. В рамках своей работы я удовлетворяю свои научные интересы (физика) за счёт налогоплательщиков одной из стран Европы. Хотел почитать статью из хорошего журнала Physical Review Letters, но вот сегодня ()(10.06.2020) не судьба. Интересно, как долго будут глумиться над здравым смыслом?
Какой на/в «детородный орган» дискриминация или расизм в науке. В моей группе немцы, итальянцы, индусы, русские, украинцы, пакистанцы, китайцы. да вы «уху ели» что-ли.
4 года назад
Помощь в освоении математики и физики
Пикабу, доброе утро! Я тут увидел интересный пост, в котором узнал, что уже 7 пикабушников помогают другим в освоении чего-то нового. И это здорово! 🙂
Короче говоря, из-за карантина у меня появилось немного свободного времени, и я готов потратить его на помощь другим в освоении математики и физики 🙂 Я знаю, что многие хотели бы изучить эти науки — сейчас самое время это сделать!
Что я предлагаю — я готов скидывать материалы (учебники, лекции, обучающие видео, примеры решения задач), давать задачи (тестики, простые задачи, сложные, качественные вопросы) и объяснять вещи, которые непонятны. Если по одной теме будет очень много вопросов, то готов выходить со всеми на связь в Skype или в чем-то аля Mind, и проводить там лекции несколько раз в неделю. Для большей конкретики мне необходимо узнать мнение и желания большинства.
Я обладаю достаточными знаниями в области общей физики, матанализа, аналитической геометрии, диффуров, урматов и всем, что с этим связано. И по этим темам готов помогать 🙂
Как будем связываться — я уже создал телеграм-канал (первый раз в жизни в телеграм зашел), вот ссылка https://t.me/AlexAlpha_fizmat . Собсна, если есть проблемы со входом, то можно написать в комментариях здесь или мне на почту alexjuriev3142@gmail.com (лучше в комментариях).
Зачем вам это нужно — по большей части для интереса. Да, на знании физики и математики можно заработать и очень неплохо заработать, но получится это далеко не у каждого. А с другой стороны, ОГЭ, ЕГЭ, ВПР и решение задач за денюжку никто не отменял. Про заработок в этой сфере тоже могу рассказать 🙂
Это бесплатно? — Разумеется!
Вроде, все. Всего доброго и спасибо за внимание! 🙂
Как изменится температура провода нагреваемого током при увеличении длины если сила тока неизменна
«Куда дует ветер?». Теплоход двигался по морю, держа курс строго на север.
При этом «хвост» дыма от его трубы вытянулся вдоль прямой линии, идущей от теплохода строго на юго-восток. Когда теплоход изменил свой курс, повернув на угол к востоку, то линия дыма после поворота стала уходить от теплохода на юг. Отметим, что ветер не изменялся в течение всего времени наблюдений. Также постоянной оставалась и величина скорости теплохода. Определите направление ветра. Во сколько раз величина скорости ветра отличается от величины скорости теплохода?
Обозначим величину скорости ветра символом u, а величину скорости теплохода — символом V. В первую очередь нужно отметить, что шлейф дыма вытягивается в направлении скорости ветра относительно теплохода, то есть вдоль вектора
Поэтому, построив примерную диаграмму для первого случая (теплоход движется на север, шлейф вытягивается на юго восток), и используя систему координат, в которой ось x направлена на восток, а ось y — на север, замечаем, что должно быть выполнено требование
Аналогичное построение для второго случая (после поворота теплохода) демонстрирует нам, что должно выполняться требование Из двух полученных уравнений находим, что
Это означает, что ветер дует с юго-запада, и его скорость то есть она в раз меньше скорости теплохода.
Ответ: Ветер — юго-западный, его скорость в раз меньше скорости теплохода.
Критерии проверки:
| Критерии оценивания | Баллы |
|---|---|
| Указано (используется в решении), что шлейф дыма вытягивается в направлении скорости ветра, относительно теплохода, то есть вдоль вектора | 3 |
| Есть правильная векторная диаграмма (либо правильная запись для проекций векторов и ) для первого случая | 2 |
| Есть правильная векторная диаграмма (либо правильная запись для проекций векторов и ) для второго случая | 2 |
| Верно определено направление скорости ветра | 3 |
| Верно найдено отношение скоростей ветра и теплохода | 2 |
| Максимальный балл | 12 |
Ответ: Ветер — юго-западный, его скорость в раз меньше скорости теплохода.
Тип 21 № 5917
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 1 тур (отборочный), 2022 год
«До краев». С помощью системы блоков над большой открытой сверху емкостью с водой подвешены три ледяных брикета и небольшой груз массой m = 50 г (см. рисунок). Изначально система находится в равновесии, причем два брикета плавают в воде, а третий висит над поверхностью воды, как и груз. В этом положении вода заполняет сосуд по края. Известно, что груз изготовлен из сплава, плотность которого в n = 5 раз больше плотности воды. Все нити в системе можно считать невесомыми и нерастяжимыми, все блоки — невесомые и не имеют трения в осях. Подвижные блоки «пристрахованы» невесомыми нитями, которые не позволяют этим блокам опуститься в сосуд даже при полной разгрузке системы блоков. Далее система медленно прогревается, и весь лед постепенно тает, груз медленно опускается в воду (брызг или волн, бегущих по поверхности воды, при этом не возникает). Выливающаяся через край сосуда вода покидает систему и больше не оказывает влияния на нее. Найдите массу воды, которая выльется из сосуда за все время таяния льда.
Сначала рассмотрим равновесие системы в начальном состоянии, когда таяние льда еще не началось. Из условия равновесия груза ясно, что сила натяжения нити T1 = mg.
Укажем все внешние силы, действующие на выделенную систему (вода в сосуде + все ледяные брикеты + груз + все блоки): сила тяжести, сила реакции дна сосуда, силы натяжения трех нитей, прикрепленных к «потолку» (красные стрелки, левый рисунок). Отдельно (синие стрелки) частично указаны силы натяжения нитей — в качестве иллюстрации, объясняющей их значения. Так как в состоянии равновесия векторная сумма внешних сил должна равняться нулю, то
Учтем величину силы натяжения нити и то, что сила реакции дна
равна силе давления воды на дно, то есть (где — плотность воды, H и S — высота и площадь дна сосуда) и найдем из этого уравнения, что
Проведем аналогичные рассуждения для конечного состояния равновесия системы, когда весь лед уже растаял (правый рисунок). Теперь нить практически не натянута, высота столба воды осталась прежней, а размерами площади опоры груза можно пренебречь по сравнению с площадью дна сосуда. Сила реакции дна, действующая на груз, может найдена из условия равновесия груза:
материала груза. Масса нашей системы уменьшилась на за счет выливания воды из
Вычитая это соотношение из полученного при анализе начального состояния, находим,
Критерии проверки:
| Критерии оценивания | Баллы |
|---|---|
| Правильно записано условие равновесия груза в начальном состоянии | 1 |
| Правильно найдена сила натяжения нити, на которой подвешен груз | 1 |
| Правильно найдены силы натяжения всех нитей, используемые в решении | 1 |
| Правильно записано условие равновесия системы, либо правильно записано выражение для объема под поверхностью жидкости через начальную массу жидкой воды, массы плавающих брикетов и массу груза | 2 |
| Получена формула, эквивалентная | 2 |
| Правильно записано условие равновесия груза в конечном состоянии | 1 |
| Правильно найдена сила реакции дна, действующая на груз | 1 |
| Указано (используется в решении), что сила реакции дна, действующая на воду, практически не изменилась | 1 |
| Правильно записано условие равновесия системы, либо правильно записано выражение для объема под поверхностью жидкости через конечную массу в сосуде и массу груза | 1 |
| Получена формула, эквивалентная | 2 |
| Правильно найдена масса вылившейся воды | 2 |
| Максимальный балл | 15 |
Тип 21 № 5918
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 1 тур (отборочный), 2022 год
«Управляемый нагрев». Лабораторная электроплитка работает от источника постоянного напряжения. Регулировка мощности плитки производится с помощью регулятора напряжения источника — на панели источника есть регулятор и цифровой датчик выходного напряжения, причем максимальное возможное напряжение равно Известно, что сопротивление спирали плитки довольно существенно зависит от ее температуры. Было установлено, что при выходном напряжении источника выделяемая плиткой в установившемся режиме тепловая мощность равна При повышении выходного напряжения до эта мощность увеличивается до
Какова максимальная возможная мощность тепловыделения этой плитки в установившемся режиме? Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводов можно пренебречь по сравнению с сопротивлением спирали плитки.
Можно также считать, что поток тепла от спирали плитки с хорошей точностью пропорционален разности температур спирали и окружающей среды, которая практически неизменна.
Пусть — температура окружающей среды, а коэффициент пропорциональности между потоком тепла от спирали плитки и разностью температур обозначим Температура спирали t при заданном напряжении источника U определяется из условия теплового баланса Зависимость сопротивления спирали от температуры описывается соотношением где зависящая от материала спирали константа называется температурным коэффициентом сопротивления. Выразим из этого соотношения и запишем уравнение баланса в виде
Для сокращения записей введем обозначение
и найдем зависимость сопротивления спирали от напряжения источника как положительный корень получившегося квадратного уравнения:
Следовательно, зависимость мощности тепловыделения от напряжения источника описывается выражением
Удобно ввести безразмерный параметр безразмерную константу
комбинацию параметров системы, и константу размерности мощности
Тогда эта зависимость переписывается в виде Две точки этой зависимости нам известны:
при мощность равна а при мощность
Разделив эти соотношения друг на друга, получаем уравнение для определения константы A:
Это уравнение можно решить точно, но проще сразу заметить, что отличие от 1 здесь очень мало, и поэтому
Теперь по любому из двух известных значений можно определить
максимальное значение достигается при максимальном напряжении то есть при
Комментарий: Для точного расчета можно ввести переменную
Уравнение на y имеет вид
и приводится к квадратному уравнению Его положительный корень приводит к значению
то есть ошибка «упрощенного» подхода здесь около Значение с точностью до сотых долей
и максимальная мощность плитки в Вт с точность до целого значения Как видно, ошибка конечного результата оказалась значительно меньше (менее ).
Критерии проверки:
| Критерии оценивания | Баллы |
|---|---|
| Указано (используется в решении), что зависимость сопротивления спирали от температуры описывается соотношение вида | 1 |
| Правильно записано уравнение теплового баланса | 2 |
| Получена правильная зависимость температуры или сопротивления спирали от напряжения источника | 3 |
| Зависимость мощности плитки от напряжения источника записана в виде, эквивалентном | 3 |
| Используется процедура определения констант в этой зависимости по двум точкам | 1 |
| Найдены обе независимые константы в этой зависимости | 3 + 3 |
| Получена конкретная формула, описывающая зависимость мощности плитки от напряжения источника с точностью не хуже 10% | 4 |
| Получен численный ответ | 4 |
| Максимальный балл | 24 |
Тип 21 № 5919
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 1 тур (отборочный), 2022 год
«Замечательная кривая». Однажды некий девятиклассник, прочитав статью «Замечательные кривые», решил построить одну и них. Закрепив на горизонтальном листе шестеренку радиуса R = 6 см с мелкими зубчиками, он с помощью электромотора и специального привода стал прокатывать по ней шестеренку вдвое меньшего радиуса r = 3 см с постоянной угловой скоростью вращения оси подвижной шестеренки вокруг неподвижной, равной При этом специальная меленькая метка на краю одного из зубчиков «рисовала» на листе свою траекторию. Изобразите эту траекторию. Определите величины скорости и ускорения метки в тот момент, когда она находится на максимальном расстоянии от оси неподвижной шестеренки (см. рисунок). В дополнение найдите величины скоростей и ускорений, а также радиусы кривизны траектории метки в точке, соответствующей положению подвижной шестеренки, в котором направление на ее ось от оси неподвижной повернулось на угол от положения с максимальным удалением метки.
Начнем с построения траектории метки. Зацепление зубцов шестеренок обеспечивает отсутствие проскальзывания. Следовательно, длины дуг прокатившихся друг по другу «малой» и «большой» окружностей равны: если направление на ось подвижной шестеренки от оси неподвижной повернулось на угол от положения с максимальным удалением метки, то сама метка повернулась от радиуса, проведенного от оси неподвижной шестеренки на угол (см. рисунок), определяемый из соотношения то есть где введено обозначение При n = 2 получаем и поэтому за каждый оборот центра подвижной шестеренки вокруг неподвижной метка совершает два оборота относительно радиуса — дважды уходит на максимальное расстояние и дважды касается поверхности неподвижной шестеренки. Кроме того, в точках касания неподвижной шестеренки отсутствие проскальзывания будет означать, что мгновенная скорость метки в этих точках обращается в ноль — траектория перпендикулярна поверхности неподвижной шестеренки. Из этих (или подобных) рассуждений ясно, что траектория метки имеет вид, показанный на рисунке. Эту «замечательную кривую» в геометрии называют «нефроида». Для исследования кинематических характеристик движения удобно заметить, что движение метки можно рассматривать как комбинацию двух равномерных вращений: (1) вращение центра подвижной шестеренки вокруг центра неподвижной с постоянной угловой скоростью по окружности радиуса
вращение метки вокруг центра подвижной шестеренки с постоянной угловой скоростью по окружности радиуса Угловую скорость второго вращения можно найти все из того же условия отсутствия проскальзывания: скорость метки в точках касания шестеренок, равная разности линейных скоростей вращения, должна быть равна нулю:
Тогда скорость метки в точках наибольшего удаления ее от оси неподвижной шестеренки, равная сумме линейных скоростей вращений, равна
Для данных задачи Ускорение метки в этих точках тоже определяется как сумма двух центростремительных ускорений, которые оказываются сонаправлены:
Теперь рассмотрим движение метки в окрестности момента времени, когда направление на ось подвижной шестеренки от оси неподвижной повернулось на угол от положения с максимальным удалением метки. Ясно, что скорость центра подвижной шестеренки по-прежнему направлена перпендикулярно радиусу вращения, а направление скорости метки повернулась от этого направления на угол Поэтому вектор скорости метки равен сумме векторов с одинаковым модулем
угол между которыми Ясно, что модуль суммарного вектора
Точно также ускорения этих составляющих движений, которые в точке максимального удаления были сонаправлены, теперь образуют угол при тех же модулях
Значит, величина ускорения (согласно теореме косинусов):
Для нашей задачи
Для определения радиуса кривизны траектории метки в этой точке можно воспользоваться формулой но для этого нам необходимо найти центростремительную (перпендикулярную скорости) компоненту ее ускорения
(ось нормали проходит по биссектрисе угла, образованного ускорениями движений (1) и (2)). Таким образом,
Ответ: траектория — на рисунке,
Примечание: К сожалению, в опубликованном условии оказалась опечатка — там было написано «шестеренку вдвое меньшего радиуса r = 5 см». Поэтому участники могли решать задачу как для «авторского» соотношения радиусов так и для Как видно из решения, его можно вообще построить в общем виде — схема расчетов не зависит от конкретноғо значения n. Самое существенное отличие возникает при изображении формы траектории — при она более сложная (ясно, что эта кривая шесть раз касается поверхности неподвижной шестеренки на пяти оборотах). Жюри при оценке решений допускала оба варианта, и не требовало точного построения траектории: оценивалось наличие основных характерных особенностей кривой — правильное расположение точек касания и точек наибольшего удаления.
Критерии проверки:
| Критерии оценивания | Баллы |
|---|---|
| Правильно изображена траектория метки (правильный общий вид кривой — нужное количество «арок» между точками касания, замкнутость; есть правильные «изломы» в точках касания) | 2 + 2 + 1 |
| Записана (используется в решении) правильная связь углов поворота в общем виде или для выбранного n | 2 |
| Используется идея комбинирования двух равномерных вращений для описания движения метки | 2 |
| Записана (используется в решении) правильная связь угловых скоростей комбинируемых вращений в общем виде или для выбранного n | 2 |
| Правильно найдена величина скорости метки в максимально удаленной точке | 2 |
| Правильно найдена величина ускорения метки в максимально удаленной точке | 2 |
| Правильно найдена величина скорости метки в точке с α = 60° | 2 |
| Правильно найдена величина ускорения метки в точке с α = 60° | 3 |
| Правильно найден радиус кривизны траектории в точке с α = 60° | 4 |
| Максимальный балл | 24 |
Ответ: траектория — на рисунке,
Примечание: К сожалению, в опубликованном условии оказалась опечатка — там было написано «шестеренку вдвое меньшего радиуса r = 5 см». Поэтому участники могли решать задачу как для «авторского» соотношения радиусов так и для Как видно из решения, его можно вообще построить в общем виде — схема расчетов не зависит от конкретноғо значения n. Самое существенное отличие возникает при изображении формы траектории — при она более сложная (ясно, что эта кривая шесть раз касается поверхности неподвижной шестеренки на пяти оборотах). Жюри при оценке решений допускала оба варианта, и не требовало точного построения траектории: оценивалось наличие основных характерных особенностей кривой — правильное расположение точек касания и точек наибольшего удаления.
Тип 0 № 5924
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 2 тур (заключительный), 2022 год
Вопрос: Рассмотрите разгон по горизонтальной прямой дороге автомобиля с нейтральным аэродинамическим профилем (при его движении сила, действующая на него со стороны воздуха, не имеет ни подъемной, ни прижимающей к дороге компоненты), для которого сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату его скорости относительно воздуха. В безветренную погоду он может разогнаться до скорости 100 км/ч, и на такой скорости колеса автомобиля уже проскальзывают. До какой скорости сможет разогнаться этот автомобиль, если мощность его двигателя увеличить на 20% (при тех же форме и размерах корпуса и массе автомобиля)? Считайте, что КПД двигателя от скорости не зависит.
Задача: У модели самолета винт установлен на носу корпуса, и сила его тяги направлена «вперед» вдоль корпуса. Силу взаимодействия корпуса модели с воздухом при движении со скоростью, направленной вдоль корпуса, можно разложить на две компоненты: силу лобового сопротивления, направленную против скорости модели, и подъемную силу крыльев, направленную «вверх» перпендикулярно плоскости крыльев (она всегда параллельна оси корпуса). Величины обеих компонент пропорциональны квадрату скорости самолета относительно воздуха (коэффициенты пропорциональности — постоянные величины для данной конструкции модели). Для горизонтального полета по прямой в безветренную погоду модели необходимо двигаться со скоростью и при этом двигатель модели должен развивать мощность, равную 51,2% от максимальной. Найдите радиус окружности, по которой будет лететь эта модель в горизонтальной плоскости при максимальной мощности двигателя (в отсутствие ветра). Ускорение свободного падения
Ответ на вопрос: Максимальная скорость останется равной примерно 100 км/ч. Здесь важно обратить внимание, что на максимальной скорости колеса автомобиля проскальзывают. В этом режиме сила трения ведущих колес о поверхность дороги уравновешивает силу сопротивления воздуха, а сама сила трения является силой трения скольжения — практически не зависит от скорости и примерно равна то есть она не изменяется при изменении мощности двигателя без изменения массы автомобиля. Поскольку форма и размеры корпуса автомобиля не изменились, то коэффициент пропорциональности k между величиной силы сопротивления и квадратом скорости не изменяется.
Значит, максимальная скорость, определяемая условием практически не изменится при увеличении мощности — увеличится лишь угловая скорость вращения колес, что приведет к более сильному проскальзыванию и более интенсивному разогреву и износу шин.
Решение задачи: Пусть, согласно условию, величина силы лобового сопротивления при скорости модели относительно воздуха а величина подъемной силы где k и постоянные для данной модели величины. При горизонтальном полете по прямой в безветренную погоду с постоянной скоростью подъемная сила уравновешивает силу тяжести модели
а сила тяги двигателя уравновешивает силу лобового сопротивления Мощность, развиваемая двигателем (полезная мощность) равна
откуда находим, что
При полете по горизонтальной окружности с постоянной расходуемой мощностью модуль скорости тоже должен быть постоянен — сила тяги двигателя, направленная по касательной к окружности, по-прежнему уравновешивает силу лобового сопротивления, и
Значит, величина скорости модели при таком полете
Ясно, что подъемная сила увеличилась:
но ее вертикальная компонента по-прежнему уравновешивает силу тяжести. Поэтому при полете по окружности на такой скорости модель должна повернуть плоскость крыльев так, чтобы она составляла угол с горизонтом (а подъемная сила при этом отклонится на угол от вертикали), причем
Горизонтальная компонента подъемной силы должна создавать центростремительное ускорение:
Тип 0 № 5925
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 2 тур (заключительный), 2022 год
Вопрос: Как изменится температура плавления льда, если добавить к нему поваренной соли? Приведите пример известного Вам явления, подтверждающего Ваш ответ.
Задача: В три одинаковых стакана с толстыми стенками, в которых налили одинаковые количества горячей воды, после установления равновесия бросают одинаковые кубики мокрого льда (то есть покрытые очень тонким слоем воды, находящейся в равновесии со льдом). В первый стакан бросили один кубик, и после повторного установления равновесия температура в нем оказалась равна Во второй стакан бросили два кубика, и установившаяся температура воды в этом стакане Какой будет установившаяся температура воды в третьем стакане, в который бросили три кубика? Изначально стаканы имели комнатную температуру. Удельная теплоемкость воды удельная теплота плавления льда в кубиках Теплообменом с окружающими телами и испарением воды пренебречь.
Ответ на вопрос: При добавлении поваренной соли молекулы соли диссоциируются (распадаются на ионы, собирающие около себя молекулы воды), и ионы натрия и хлора, взаимодействуя с молекулами воды, способствуют разрушению структуры ледяных кристаллов. В результате температура плавления льда при том же внешнем давлении понижается. В качестве примера явления, в котором этот эффект проявляется, можно привести известный школьный демонстрационный опыт, когда мокрую кастрюлю с влажным снегом ставят на картонку, снег солят и интенсивно перемешивают. Температура плавления льда уменьшается, и ледяные кристаллы снега плавятся, забирая у окружающих тел теплоту плавления, и в результате содержимое кастрюли становится жидким, а она сама настолько охлаждается, что примерзает к картонке. Другой пример — использование соли (и других веществ, способных к диссоциации на ионы в воде) в качестве антиобледенителей, которыми посыпают дороги и тротуары зимой — лед на дорогах после такого посыпания тает даже при температуре ниже 0 °C.
Решение задачи: Нам изначально неизвестно, какую температуру имели стаканы с водой перед добавлением туда кубиков (ясно только, что, поскольку стаканы имели перед наливанием воды комнатную температуру, а вода была горячей, то после установления равновесия температура явно была больше 0 °C и меньше 100 °C) — обозначим эту температуру Так как лед в кубиках был «мокрый», то его температура равнялась 0 °C. Поэтому после добавления кубиков лед плавился, и образовавшаяся вода нагревалась до равновесной температуры за счет охлаждения стакана с изначально жидкой водой до той же температуры. Запишем уравнение теплового баланса для стакана, в который добавили один кубик (обозначим С — теплоемкость стакана вместе с водой, m — массу одного кубика):
Аналогичное уравнение для стакана с двумя добавленными кубиками
Вычитая из второго уравнения первое, находим, что
где введено обозначение Видно, что С другой стороны, если разделить эти равенства друг на друга, получим
Из этого уравнения можно определить
Теперь мы можем записать уравнение теплового баланса для стакана с тремя кубиками:
Подставляя в него найденные выражения для C и находим:
Тип 0 № 5926
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 2 тур (заключительный), 2022 год
Вопрос: Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.
Задача: Три одинаковых нагревательных элемента Н подключены к аккумулятору вместе с сигнальной лампочкой и четырьмя одинаковыми резисторами по схеме, показанной на рисунке. Известно, что сопротивление нагревательного элемента в n = 5 раз больше сопротивления резистора.
Нагревательный элемент Н1 потребляет мощность Каковы мощности потребления элементов Н2 и Н3?
Ответ на вопрос: Согласно закону Джоуля-Ленца, мощность, потребляемая элементом электрической цепи, через который течет ток с силой I при напряжении на этом элементе U, равна Этот закон связан с тем, что работа электростатических сил по перемещению заряда через наш элемент за время равна в то время как В результате действительно, потребляемая элементом мощность
Для элемента, для которого справедлив закон Ома, где R — постоянное сопротивление данного элемента. С учетом этого потребляемую мощность можно выразить еще двумя способами:
Решение задачи: Пусть R — сопротивление резистора и соответственно nR — сопротивление нагревательного элемента. Обозначим силу тока через H1, а очевидно одинаковые силы токов через Н2 и Н3 Пусть также — это сила тока через «нижнюю» (по схеме) пару резисторов, а через «верхнюю». Тогда можно заметить, что силу тока в ветви с источником можно выразить двумя способами:
Двумя способами можно выразить и напряжение на ветви с источником:
Складывая последнее уравнение с полученным из выражения для тока, приходим к соотношению
Так как нагревательные элементы одинаковы, то, согласно закону Джоуля-Ленца, отношение потребляемых мощностей
Ясно, что Н3 потребляет такую же мощность, как и Н2, и в результате
Тип 0 № 5927
Олимпиада Покори Воробьевы горы!, 9, 7, 8 класс, 2 тур (заключительный), 2022 год
Вопрос: Опишите различия между силами трения покоя и трения скольжения.
Задача: Одна из двух одинаковых небольших тяжелых шайб прикреплена легкой нерастяжимой нитью к оси подвижного блока, другая — к концу еще одной легкой нерастяжимой нити, которая перекинута через два подвижных блока (см. рисунок) и прикреплена к неподвижной стенке. Обе шайбы находятся на горизонтальной поверхности таким образом, что участки нитей, не лежащие на блоках, в натянутом состоянии параллельны. Блоки практически невесомы и нить скользит по ним без трения. Сначала система покоилась, и центры шайб находились на одной прямой, перпендикулярной нитям. Затем, удерживая «левую» шайбу, «правый» блок потянули так, что далее он двигался с постоянной скоростью и практически сразу после этого «левую» шайбу отпустили. Блок движется
параллельно нитям, коэффициент трения каждой из шайб о поверхность Через какое время после начала движения центры шайб вновь окажутся на одной прямой, перпендикулярной нитям? Считать, что блоки и шайбы не касаются друг друга. Ускорение свободного падения
Ответ на вопрос: Все силы сухого трения есть результат межмолекулярных взаимодействий, но обычно разделяют силы трения покоя и силы трения скольжения. Сила трения покоя препятствует проскальзыванию поверхностей и всегда направлена против силы, пытающейся вызвать скольжение (то есть параллельной поверхности соприкосновения составляющей внешней силы, действующей на тело). Она равна этой силе по величине и ее момент уравновешивает (вместе с моментом силы нормальной реакции) момент внешней силы (чтобы обеспечить выполнение условий равновесия).
При этом сила трения покоя не может быть произвольной — она принимает значения в интервале от нуля до некоторого максимального значения, зависящего от свойств поверхностей и силы прижатия их друг к другу (от величины действующей между ними силы нормальной реакции). Если внешняя сдвигающая сила превосходит это максимальное значение, покой нарушается и начинается скольжение. Сила трения скольжения — сила, направленная против скорости относительного движения поверхностей (она препятствует скольжению, которое уже существует). Величина силы трения скольжения в некотором интервале скоростей относительного движения слабо зависит от этой скорости и вычисляется по формуле где N — сила нормальной реакции, а величина — коэффициент трения, который зависит от свойств поверхностей. Обычно считается, что максимальная величина силы трения покоя примерно совпадает с величиной силы трения скольжения, но на самом деле для большинства поверхностей она несколько больше (этот эффект носит название «эффект застоя»), поэтому в области малых скоростей в зависимости величины силы трения скольжения от скорости бывает участок, на котором сила трения скольжения падает с ростом скорости. При больших относительных скоростях поверхности могут начать разрушаться и даже плавиться (как лед под скользящим лезвием конька), и тогда сила трения может существенно измениться — как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Примерный график зависимости силы трения скольжения от относительной скорости поверхностей показан на рисунке.
Решение задачи: Заметим, что скорости «левой» и «правой» шайб ( и ) связаны со скоростью движения «правого» блока условием нерастяжимости нити. Изменение суммы длин участков нити, не лежащих на блоках, за малое время должно быть равно нулю:
поэтому в любой момент времени движения. Во время «разгона» системы «левую» шайбу удерживали. Значит, начальная скорость «левой» шайбы а «правой» Пусть массы шайб равны m. Уравнения движения шайб в проекции на направление движения «правого» блока во время скольжения имеют вид:
и, с учетом уравнения связи для ускорений решение этой системы уравнений относительно ускорений имеет вид
Следовательно, скорости шайб изменяются по законам
При этом сила натяжения нити Как видно, сначала вперед выходит «правая» шайба, но к моменту времени она останавливается. Так как сила натяжения нити меньше то эта шайба останется на месте (сила натяжения при этом еще уменьшится до ), а первая шайба продолжит движение с постоянной скоростью До остановки «правая» шайба пройдет путь
Значит, «левая» шайба отстала на
и для возвращения на одну линию с «правой» ей понадобится время
Полное время движения до момента, когда шайбы вновь оказываются на одной прямой