Основы физики (стр. 10 из 12)

Вектор магнитной индукции

направлен перпендикулярно к плоскости векторов и , так что вращение от к задает правым винтом его направление.

Модуль индукции магнитного поля элемента тока определяется как модуль векторного произведения:

,

где α – угол между dl и r.

Магнитное поле, обусловленное электрическими токами, является стационарным. Его нельзя осуществить движением отдельного заряда, так как в этом случае магнитное поле неизбежно будет переменным.

Единица магнитной индукции [B] = 1 Тл (тесла). Это величина магнитной индукции однородного поля, в котором на 1 м длины перпендикулярного к вектору В прямого проводника, по которому течет ток силой в 1 А, действует магнитная сила 1 Н.

Энергия магнитного поля. Рассмотрим цепь, включающую соленоид индуктивностью L (рис.). При замкнутом ключе через соленоид протекает ток I₀, создающий в нем магнитный поток

. При размыкании ключа ток начинает течь через сопротивление, уменьшаясь до нуля. В результате изменяется магнитный поток и в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея возникает эдс самоиндукции ε_s.Работа, которую совершит эдс самоиндукции за время своего существования,

.

Совершение этой работы сопровождается исчезновением магнитного поля, существовавшего в соленоиде. Таким образом, проводник с индуктивностью L, по которому течет ток I, обладает энергией

, которая локализована в возбуждаемом током магнитном поле.

Выразим энергию магнитного поля через величины, характеризующие само поле. Для соленоида (заполненного однородным магнетиком с магнитной проницаемостью μ) магнитная индукция составляет

(где n – число витков на единицу длины). Тогда энергия магнитного поля

.

Так как магнитное поле внутри бесконечного соленоида однородно и отлично от нуля только внутри него, то энергия этого поля локализована внутри соленоида и распределена по его объему с постоянной плотностью:

.

Для всего пространства, в котором локализовано магнитное поле, его энергия может быть определена интегрированием по объему этого пространства

.

22. Законы геометрической оптики. Принцип Гюйгенса – Френеля

Основу геометрической оптики образуют четыре закона: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3)закон отражения света; 4) закон преломления света.

1) Закон прямолинейного распространения света – в однородной среде свет распространяется прямолинейно

2) Закон независимости световых лучей – лучи при пересечении не возмущают друг друга (справедлив при небольших интенсивностях)

3) Закон отражения света:

a) падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости;

b) угол отражения равен углу падения.

4) Закон преломления света:

a) Луч падающий, преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости

Принцип Гюйгенса – Френеля: каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде

23. Корпускулярно – волновой дуализм света. Эффект Комптона

Наиболее полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона. Американский физик А. Комптон (1892-1962), исследуя в 1923 г. рассеяние монохроматического рентгеновского излучения веществами с легкими атомами (парафин, бор), обнаружил, что в составе рассеянного излучения наряду с излучением первоначальной длины волны наблюдается также излучение более длинных волн. Опыты показали, что разность Δλ=λ’- не зависит от длины волны λ падающего излучения и природы рассеивающего вещества, а определяется только величиной угла рассеяния θ:

Δλ=λ’=2λ_csin²(θ/2) (*)

Где λ’ – длина волны рассеянного излучения, λ_c– комптоновская длина волны

Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и γ – излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны при рассеянии изменяться не должна: под действием периодического поля световой волны электрон колеблется с частотой поля и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты.

Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе света. Если считать, как это делает квантовая теория, что излучение имеет корпускулярную природу, т. е. представляет собой поток фотонов, то эффект Комптона – результат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами вещества (для легких атомов электроны слабо связаны с ядрами атомов, поэтому их можно считать свободными). В процессе этого столкновения фотон передает электрону часть своих энергии и импульса в соответствии с законами их сохранения.

Выражение (на рис.) есть не что иное, как полученная экспериментально Комптоном формула (*). Подстановка в нее значений h, m₀ и c дает комптоновскую длину волны электрона λ_c=h/(2m₀c)=2,426. Из приведенных рассуждений следует также, что эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области спектра, поскольку энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при этом даже внешний электрон нельзя считать свободным.

Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например, протонах, однако из – за большой массы протона его отдача "просматривается" лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий.

24. Виды спектров. Спектры атома водорода. Спектральный анализ

Линейчатый спектр излучения – узкие цветные полоски. Для получения такого спектра необходимо нагреть вещество до высокой температуры, достаточной для перевода его в газообразное состояние и возбуждения атомов. И посмотреть на свет, испускаемый данным веществом. Температуру обычно получают при помощи дугового или искрового разряда. Этот спектр у каждого элемента свой, не совпадающий со спектром ни одного другого химического элемента.

Линейчатый спектр поглощения – узкие темные полоски. Если пучок белого света проходит через вещество в газообразном состоянии, то при разложении пучка света в спектр на сплошном спектре можно увидеть темные линии поглощения, они расположены в тех местах, в которых находятся линии спектра излучения данного химического элемента.

Сплошной спектр – присутствуют все цвета.

Изучение спектров излучения разреженных газов (т. е. спектров излучения отдельных атомов) показали, что каждому газу присущ определенный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий или групп близко расположенных линий. Самым изученным является спектр атома водорода.

Швейцарский ученый Бальмер подобрал эмпирическую формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой области спектра:

R – Постоянная Ридберга, R = 3/29 · 10¹⁵ с^-1.

Спектральные линии отличались различными значениями n, образуют группу или серию линий (серия Бальмера).

С увеличением n линии серии сближаются; значение n=∞ определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр

В спектре атома водорода было обнаружено еще несколько серий.

В ультрафиолетовой области спектра находится серия Лаймана:

В инфракрасной областисерия Пашена

Серия Брэкета

Пфунда

Хэмфри

Все приведенные выше серии в спектре атома водорода могут быть описаны одной формулой, называемой формулой Бальмера: