În diferite medii, purtătorii de curent electric sunt diferite particule încărcate.
Câmpul electric din mediu este necesar pentru a crea mișcare direcțională a taxelor gratuite. După cum se știe, pentru o sarcină q într-un câmp electric de putere E acte de forta F= q* E, ceea ce face ca incarcarile gratuite sa se deplaseze in directie câmp electric. Un semn al existenței unui câmp electric într-un conductor este prezența unei diferențe de potențial diferită de zero între oricare două puncte ale conductorului,
Cu toate acestea, forțele electrice nu pot menține un curent electric pentru o perioadă lungă de timp. Mișcarea direcționată a sarcinilor electrice după un timp duce la egalizarea potențialelor la capetele conductorului și, în consecință, la dispariția câmpului electric din acesta.
Pentru a menține curentul la circuit electric sarcinile trebuie să fie acționate de alte forțe decât forțele Coulomb neelectrice natura (forțele exterioare).
Un dispozitiv care creează forțe externe, menține o diferență de potențial într-un circuit și transformă diverse tipuri energie în energie electrica, se numește sursă de curent.
Pentru existența curentului electric într-un circuit închis, este necesară includerea unei surse de curent în acesta.
Caracteristici cheie:
1. Puterea curentului - I, unitate de măsură - 1 A (Amperi).
Puterea curentului este o cantitate egală cu sarcina care curge prin secţiune transversală conductor pe unitatea de timp.
Formula (1) este valabilă pentru DC,în care puterea curentului şi direcţia lui nu se modifică în timp. Dacă puterea curentului și direcția sa se schimbă în timp, atunci se numește un astfel de curent variabile.
Pentru AC:
I = lim Dq/Dt , (*)
Dt - 0
aceste. I = q", unde q" este derivata în timp a sarcinii.
2. Densitatea curentului - j, unitate de măsură - 1 A/m 2.
Densitatea curentului este o valoare egală cu puterea curentului care curge printr-o secțiune transversală unitară a unui conductor:
3. Forța electromotoare a sursei de curent - fem. (e), unitatea de măsură este 1 V (Volt). E.m.f.- mărime fizică, egal cu munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit electric:
e = A st. /q.(3)
4. Rezistența conductorului - R, unitate de măsură - 1 Ohm.
Sub influența unui câmp electric în vid, încărcăturile libere s-ar mișca accelerat. În materie se mișcă uniform în medie, pentru că o parte din energie este dată particulelor de materie în timpul ciocnirilor.
Teoria afirmă că energia mișcării ordonate a sarcinilor este disipată prin distorsiuni ale rețelei cristaline. Pe baza naturii rezistenței electrice, rezultă că
l - lungimea conductorului,
S - aria secțiunii transversale,
r este un coeficient de proporționalitate numit rezistivitate a materialului.
Această formulă este bine confirmată de experiență.
Interacțiunea particulelor conductoare cu sarcinile care se deplasează într-un curent depinde de mișcarea haotică a particulelor, adică. asupra temperaturii conductorului. Se stie ca
r = r 0 (1 + a t) , (5)
R = R0 (1 + at). (6).
Coeficientul a se numește coeficient de rezistență la temperatură:
a = (R - R0)/R0 *t.
Pentru metale pure din punct de vedere chimic a > 0 și este egal cu 1/273 K -1. Pentru aliaje, coeficienții de temperatură sunt mai puțin importanți. Dependența r(t) pentru metale este liniară:
În 1911 a fost descoperit fenomenul supraconductivitate, care constă în faptul că la o temperatură apropiată de zero absolut, rezistența unor metale scade brusc la zero.
Pentru unele substanțe (de exemplu, electroliți și semiconductori), rezistivitatea scade odată cu creșterea temperaturii, ceea ce se explică prin creșterea concentrației de sarcini libere.
Reciprocul rezistivității se numește conductivitate electrică s
5. Tensiune - U, unitate de măsură - 1 V.
Tensiunea este o mărime fizică egală cu munca efectuată de forțele externe și electrice atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă.
U = (A st. + A el.)/q .(8)
Din moment ce A st. /q = e, iar A el. /q = f 1 -f 2, atunci
U = e + (f 1 - f 2) .(9)
2. LEGILE CURENTULUI DC:
Curent electric. Puterea curentă. Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit. Rezistența conductorului. Conectarea în serie și paralelă a conductoarelor. Forța electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit complet. Muncă și putere curentă.
Orice mișcare a sarcinilor electrice se numește șoc electric. Electronii se pot mișca liber în metale, ionii se pot mișca liber în soluții conducătoare și atât electronii, cât și ionii pot exista în stare mobilă în gaze.
În mod convențional, direcția curentului este considerată a fi direcția de mișcare a particulelor pozitive, prin urmare, în metale, această direcție este opusă direcției de mișcare a electronilor.
Densitatea curentului- cantitatea de sarcină care trece pe unitatea de timp printr-o suprafață unitară perpendiculară pe liniile curente. Această valoare se notează j și se calculează după cum urmează:
Aici n este concentrația particulelor încărcate, e este sarcina fiecărei particule, v este viteza lor.
Puterea curentului i- cantitatea de sarcină care trece pe unitatea de timp prin toată secțiunea transversală a conductorului. Dacă în timpul dt o sarcină dq a trecut prin toată secțiunea transversală a conductorului, atunci
În caz contrar, puterea curentului se găsește prin integrarea densității curentului pe întreaga suprafață a oricărei secțiuni a conductorului. Unitatea de măsură a curentului este Amperi. Dacă starea conductorului (temperatura acestuia etc.) este stabilă, atunci există o relație clară între tensiunea aplicată la capete și curentul care apare. Se numește legea lui Ohm si este scris asa:
R- rezistenta electrica conductor, în funcție de tipul de substanță și de dimensiunile geometrice ale acesteia. Un conductor are o rezistență unitară în care apare un curent de 1 A la o tensiune de 1 V. Această unitate de rezistență se numește Ohm.
Legea lui Ohm în formă diferențială:
unde j este densitatea curentului, E este intensitatea câmpului, s este conductibilitatea. În această intrare, legea lui Ohm conține mărimi care caracterizează starea câmpului în același punct.
Distinge seriale și paralele conexiuni ale conductorilor.
Într-o conexiune în serie, curentul care curge prin toate secțiunile circuitului este același, iar tensiunea de la capetele circuitului este adăugată ca suma algebrică a tensiunilor din toate secțiunile.
Când conductoarele sunt conectate în paralel, tensiunea rămâne constantă, iar curentul este suma curenților care circulă prin toate ramurile. În acest caz, se adaugă valorile reciproce ale rezistenței:
Pentru a obține curent continuu, sarcinile dintr-un circuit electric trebuie să fie supuse altor forțe decât forțele câmpului electrostatic; sunt numiti forțe exterioare.
Dacă luăm în considerare circuit electric complet, este necesar să se includă în el acţiunea acestor forţe terţe şi rezistență internă sursa de curent r. În acest caz Legea lui Ohm pentru un circuit complet va lua forma:
E este forța electromotoare (EMF) a sursei. Se măsoară în aceleași unități ca și tensiunea. Mărimea (R+r) este uneori numită impedanța circuitului.
Să formulăm regulile lui Kirkhoff:
Prima regula: suma algebrică a intensităților de curent în secțiuni ale circuitului care converg într-un punct de ramificare este egală cu zero.
A doua regula: pentru orice circuit închis, suma tuturor căderilor de tensiune este egală cu suma tuturor fems-urilor din acest circuit.
Puterea curentă este calculată folosind formula
P=UI=I2R=U2/R.
Legea Joule-Lenz. Lucrul curentului electric (efectul termic al curentului) A=Q=UIt=I 2 Rt=U 2 t/R.
Conductibilitatea electronică a metalelor. Supraconductivitate. Curentul electric în soluții și topituri de electroliți. Legea electrolizei. Curentul electric în gaze. Categoriile independente și neindependente. Conceptul de plasmă. Curent în vid. Emisia electronica. Dioda. Tub catodic.
Curentul electric din metale este mișcare electroni, ionii metalici nu iau parte la transferul sarcinii electrice. Cu alte cuvinte, metalele au electroni care se pot mișca în jurul metalului. Au primit numele electroni de conducere. Sarcinile pozitive dintr-un metal sunt ioni care formează o rețea cristalină. În absența unui câmp extern, electronii din metal se mișcă haotic, trecând prin ciocniri cu ionii rețelei. Sub influența unui câmp electric extern, electronii încep o mișcare ordonată, suprapusă fluctuațiilor lor haotice anterioare. În procesul de mișcare ordonată, electronii încă se ciocnesc cu ionii rețelei cristaline. Aceasta este ceea ce cauzează rezistența electrică.
În teoria electronică clasică a metalelor, se presupune că mișcarea electronilor respectă legile mecanicii clasice. Interacțiunea electronilor între ei este neglijată, interacțiunea electronilor cu ionii se reduce doar la ciocniri. Putem spune că electronii de conducție sunt considerați ca un gaz de electroni, similar unui gaz atomic ideal în fizica moleculară. Deoarece energia cinetică medie pe un grad de libertate pentru un astfel de gaz este egală cu kT/2, iar un electron liber are trei grade de libertate, atunci
mv 2 t /2=3kT/2,
unde v 2 t este valoarea medie a pătratului vitezei mișcării termice.
Fiecare electron este acționat asupra unei forțe egale cu eE, în urma căreia capătă o accelerație eE/m. Viteza la sfârșitul cursei libere este egală cu
unde t este timpul mediu dintre ciocniri.
Deoarece electronul se mișcă uniform accelerat, viteza sa medie este egală cu jumătate din maxim:
Timpul mediu dintre ciocniri este raportul dintre calea liberă medie și viteza medie:
Deoarece viteza mișcării ordonate este de obicei mult mai mică decât viteza termică, viteza mișcării ordonate a fost neglijată.
În sfârșit, avem
v c =eEL/(2mv t).
Se numește coeficientul de proporționalitate dintre v c și E mobilitatea electronilor.
Folosind teoria electronică clasică a gazelor, pot fi explicate multe modele - legea lui Ohm, legea Joule-Lenz și alte fenomene, dar această teorie nu poate explica, de exemplu, fenomenele. supraconductivitate:
La o anumită temperatură, rezistivitatea pentru unele substanțe scade brusc până la aproape zero. Această rezistență este atât de mică încât odată ce curentul electric este excitat în supraconductor, acesta există pentru o lungă perioadă de timp fără o sursă de curent. În ciuda schimbării bruște a rezistenței, alte caracteristici ale supraconductorului (conductivitatea termică, capacitatea termică etc.) nu se schimbă sau se schimbă puțin.
O metodă mai precisă de a explica astfel de fenomene în metale este abordarea utilizată statistica cuantică.
Informații conexe.
Curent electric. legea lui Ohm
Dacă conductor izolat loc in câmp electric apoi la taxe gratuite qîn conductor va acţiona o forţă Ca urmare, în conductor are loc o mişcare de scurtă durată a sarcinilor libere. Acest proces se va încheia atunci când câmpul electric propriu al sarcinilor care apar pe suprafața conductorului compensează complet câmpul extern. Câmpul electrostatic rezultat în interiorul conductorului va fi zero (vezi § 1.5).
Totuși, în conductoare, în anumite condiții, poate apărea o mișcare continuă ordonată a purtătorilor liberi de sarcină electrică. Această mișcare se numește șoc electric . Direcția curentului electric este considerată direcția de mișcare a sarcinilor libere pozitive. Pentru ca un curent electric să existe într-un conductor, în el trebuie creat un câmp electric.
O măsură cantitativă a curentului electric este puterea curentului eu – mărime fizică scalară egală cu raportul de sarcină Δ q, transferat prin secțiunea transversală a conductorului (Fig. 1.8.1) în intervalul de timp Δ t, la acest interval de timp:
ÎN Sistemul internațional Unitățile SI de curent sunt măsurate în amperi (A). Unitatea de curent de 1 A se stabilește prin interacțiunea magnetică a doi conductori paraleli cu curentul (vezi § 1.16).
Curentul electric direct poate fi creat numai în circuit închis , în care purtători de încărcare liberă circulă pe traiectorii închise. Câmpul electric în diferite puncte ale unui astfel de circuit este constant în timp. În consecință, câmpul electric dintr-un circuit de curent continuu are caracterul unui câmp electrostatic înghețat. Dar când o sarcină electrică se mișcă într-un câmp electrostatic de-a lungul unui drum închis, munca efectuată de forțele electrice este zero (vezi § 1.4). Prin urmare, pentru existența curentului continuu, este necesar să existe în circuitul electric un dispozitiv capabil să creeze și să mențină diferențe de potențial în secțiuni ale circuitului datorită muncii forțelor. origine neelectrostatică. Se numesc astfel de dispozitive Surse DC . Sunt numite forțe de origine neelectrostatică care acționează asupra purtătorilor de sarcină liberi din surse de curent forțe exterioare .
Natura forțelor externe poate varia. ÎN celule galvanice sau baterii apar ca urmare a proceselor electrochimice în generatoarele de curent continuu, forțele externe apar atunci când conductorii se mișcă într-un câmp magnetic. Sursa de curent din circuitul electric joacă același rol ca și pompa, care este necesară pentru pomparea fluidului într-un sistem hidraulic închis. Sub influența forțelor externe, sarcinile electrice se deplasează în interiorul sursei de curent împotriva forțe de câmp electrostatic, datorită cărora un curent electric constant poate fi menținut într-un circuit închis.
Când sarcinile electrice se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu, forțele externe care acționează în interiorul surselor de curent efectuează lucru.
Cantitatea fizică egală cu raportul de lucru O st forțe externe la deplasarea unei sarcini q de la polul negativ al sursei de curent la polul pozitiv se numește mărimea acestei sarcini forța electromotoare a sursei(EMF):
 |
Astfel, EMF este determinată de munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă. Forța electromotoare, ca și diferența de potențial, se măsoară în volți (V).
Când o singură sarcină pozitivă se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu închis, munca efectuată de forțele externe este egală cu suma emf care acționează în acest circuit, iar munca efectuată de câmpul electrostatic este zero.
Un circuit DC poate fi împărțit în secțiuni separate. Sunt numite acele zone în care nu acționează forțe externe (adică zone care nu conțin surse de curent). omogen . Sunt numite zone care conțin surse de curent eterogen .
Când o singură sarcină pozitivă se mișcă de-a lungul unei anumite secțiuni a circuitului, lucrul este efectuat atât de forțe electrostatice (Coulomb), cât și de forțe externe. Lucrarea forțelor electrostatice este egală cu diferența de potențial Δφ 12 = φ 1 – φ 2 dintre punctele inițiale (1) și finale (2) ale secțiunii neomogene. Lucrul forțelor externe este egal, prin definiție, cu forța electromotoare 12 care acționează într-o zonă dată. Prin urmare, munca totală este egală cu
Fizicianul german G. Ohm în 1826 a stabilit experimental că puterea actuală eu, care curge de-a lungul unui conductor metalic omogen (adică un conductor în care nu acționează forțe externe), este proporțional cu tensiunea U la capetele conductorului:
|
Unde R= const.
Dimensiune R numit de obicei rezistenta electrica . Un conductor cu rezistență electrică se numește rezistor . Acest raport exprimă Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a unui lanț: Curentul dintr-un conductor este direct proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu rezistența conductorului.
Unitatea SI a rezistenței electrice a conductorilor este ohm (Ohm). O rezistență de 1 ohm are o secțiune a circuitului în care, la o tensiune de 1 V, apare un curent de 1 A.
Conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc liniar . Dependența grafică a puterii curentului eu de la tensiune U(astfel de grafice se numesc caracteristici volt-amper , prescurtat ca CVC) este reprezentat de o linie dreaptă care trece prin origine. Trebuie remarcat faptul că există multe materiale și dispozitive care nu respectă legea lui Ohm, de exemplu, o diodă semiconductoare sau o lampă cu descărcare în gaz. Chiar și cu conductori metalici, la curenți suficient de mari, se observă o abatere de la legea liniară a lui Ohm, deoarece rezistența electrică a conductorilor metalici crește odată cu creșterea temperaturii.
Pentru o secțiune a unui circuit care conține o fem, legea lui Ohm este scrisă în următoarea formă:
Conform legii lui Ohm
Adăugând ambele egalități, obținem:
| eu (R + r) = Δφ CD + Δφ ab + . |
Dar Δφ CD = Δφ ba = – Δφ ab. De aceea
| |
Această formulă va exprima Legea lui Ohm pentru un circuit complet : puterea curentului într-un circuit complet este egală cu forța electromotoare a sursei împărțită la suma rezistențelor secțiunilor omogene și neomogene ale circuitului.
Rezistenţă r zonă eterogenă din fig. 1.8.2 poate fi considerat ca rezistența internă a sursei de curent . În acest caz, zona ( ab) în fig. 1.8.2 este partea internă a sursei. Dacă puncte oŞi b scurtcircuitare cu un conductor a cărui rezistență este mică în comparație cu rezistența internă a sursei ( R << r), atunci lanțul va curge curent de scurtcircuit
| |
Curent de scurtcircuit - curentul maxim care poate fi obținut dintr-o sursă dată cu forță electromotoare și rezistență internă r. Pentru sursele cu rezistență internă scăzută, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului sau sursei electrice. De exemplu, bateriile plumb-acid utilizate în automobile pot avea curenți de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Scurtcircuite în rețelele de iluminat alimentate de la substații (mii de amperi) sunt deosebit de periculoase. Pentru a evita efectele distructive ale unor astfel de curenți mari, în circuit sunt incluse siguranțe sau întrerupătoare speciale.
În unele cazuri, pentru a preveni valorile periculoase ale curentului de scurtcircuit, o anumită rezistență externă este conectată în serie la sursă. Apoi rezistență r este egală cu suma rezistenței interne a sursei și a rezistenței externe, iar în timpul unui scurtcircuit puterea curentului nu va fi excesiv de mare.
Dacă circuitul extern este deschis, atunci Δφ ba = – Δφ ab= , adică diferența de potențial la polii unei baterii deschise este egală cu fem.
Dacă rezistența la sarcină externă R pornit și curentul trece prin baterie eu, diferența de potențial la polii săi devine egală
| Δφ ba = – Ir. |
În fig. 1.8.3 prezintă o reprezentare schematică a unei surse de curent continuu cu o f.e.m. și rezistență internă egale rîn trei moduri: „ralanti”, funcționare la sarcină și modul scurtcircuit (scurtcircuit). Se indică intensitatea câmpului electric din interiorul bateriei și forțele care acționează asupra sarcinilor pozitive: – forță electrică și – forță externă. În modul de scurtcircuit, câmpul electric din interiorul bateriei dispare.
Pentru a măsura tensiunile și curenții în circuitele electrice de curent continuu, se folosesc instrumente speciale - voltmetreŞi ampermetre.
Voltmetru conceput pentru a măsura diferența de potențial aplicată la bornele sale. El se conectează paralel secțiunea circuitului în care se măsoară diferența de potențial. Orice voltmetru are o anumită rezistență internă R B. Pentru ca voltmetrul să nu introducă o redistribuire vizibilă a curenților atunci când este conectat la circuitul măsurat, rezistența sa internă trebuie să fie mare în comparație cu rezistența secțiunii circuitului la care este conectat. Pentru circuitul prezentat în fig. 1.8.4, această condiție este scrisă astfel:
| R B >> R 1 . |
Această condiție înseamnă că curentul eu B = Δφ CD / R B care curge prin voltmetru este mult mai mică decât curentul eu = Δφ CD / R 1, care curge prin secțiunea testată a circuitului.
Deoarece nu există forțe externe care acționează în interiorul voltmetrului, diferența de potențial la bornele acestuia coincide, prin definiție, cu tensiunea. Prin urmare, putem spune că un voltmetru măsoară tensiunea.
Ampermetru conceput pentru a măsura curentul într-un circuit. Ampermetrul este conectat în serie la circuitul deschis al circuitului electric, astfel încât întregul curent măsurat să treacă prin acesta. Ampermetrul are și o oarecare rezistență internă R O. Spre deosebire de voltmetru, rezistența internă a unui ampermetru trebuie să fie destul de mică în comparație cu rezistența totală a întregului circuit. Pentru circuitul din fig. 1.8.4 Rezistența ampermetrului trebuie să satisfacă condiția
Condiții de existență a curentului electric continuu.
Pentru existența unui curent electric constant, sunt necesare prezența particulelor încărcate libere și prezența unei surse de curent. în care orice tip de energie este transformată în energia unui câmp electric.
Sursa curentă- un dispozitiv în care orice tip de energie este convertit în energia unui câmp electric. Într-o sursă de curent, forțele externe acționează asupra particulelor încărcate într-un circuit închis. Motivele apariției forțelor externe în diverse surse curente sunt diferite. De exemplu, în baterii și celule galvanice, forțele externe apar din cauza fluxului de reactii chimice, la generatoarele de centrale electrice apar atunci cand un conductor se misca intr-un camp magnetic, in fotocelule - cand lumina actioneaza asupra electronilor din metale si semiconductori.
Forța electromotoare a sursei de curenteste raportul dintre munca forțelor externe și cantitatea de sarcină pozitivă transferată de la polul negativ al sursei de curent la cel pozitiv.
Concepte de bază.
Puterea curentului- o mărime fizică scalară egală cu raportul dintre sarcina care trece prin conductor și timpul în care a trecut această sarcină.
Unde eu - puterea curentului,q - cantitatea de încărcare (cantitatea de energie electrică),t - taxa de timp de tranzit.
Densitatea curentului- mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre puterea curentului și aria secțiunii transversale a conductorului.
Unde j -densitatea de curent, S - aria secțiunii transversale a conductorului.
Direcția vectorului de densitate de curent coincide cu direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv.
Voltaj - o mărime fizică scalară egală cu raportul dintre munca totală a lui Coulomb și forțele externe la mutarea unei sarcini pozitive într-o zonă la valoarea acestei sarcini.
UndeO - munca completă a forțelor externe și Coulomb,q - sarcina electrica.
Rezistenta electrica- o mărime fizică care caracterizează proprietățile electrice ale unei secțiuni de circuit.
Unde ρ - rezistenta specifica a conductorului,l - lungimea secțiunii conductorului,S - aria secțiunii transversale a conductorului.
Conductivitatenumită reciproca rezistenței
UndeG - conductivitate.
Pentru existența unui curent electric constant, sunt necesare prezența particulelor încărcate libere și prezența unei surse de curent. în care orice tip de energie este transformată în energia unui câmp electric.
Sursa curentă - un dispozitiv în care orice tip de energie este convertit în energia unui câmp electric. Într-o sursă de curent, forțele externe acționează asupra particulelor încărcate într-un circuit închis. Motivele apariției forțelor externe în diferite surse de curent sunt diferite. De exemplu, în baterii și celule galvanice, forțele externe apar din cauza apariției reacțiilor chimice, în generatoarele de centrale electrice ele apar atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, în fotocelule - când lumina acționează asupra electronilor din metale și semiconductori.
Forța electromotoare a sursei de curent este raportul dintre munca forțelor externe și cantitatea de sarcină pozitivă transferată de la polul negativ al sursei de curent la cel pozitiv.
Concepte de bază.
Puterea curentului - o mărime fizică scalară egală cu raportul dintre sarcina care trece prin conductor și timpul în care a trecut această sarcină.
Unde eu - puterea curentului, q - cantitatea de încărcare (cantitatea de electricitate), t - taxa de timp de tranzit.
Densitatea curentului - mărime fizică vectorială egală cu raportul dintre puterea curentului și aria secțiunii transversale a conductorului.
Unde j -densitatea de curent, S - aria secțiunii transversale a conductorului.
Direcția vectorului de densitate de curent coincide cu direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv.
Voltaj - o mărime fizică scalară egală cu raportul dintre munca totală a lui Coulomb și forțele externe la mutarea unei sarcini pozitive într-o zonă la valoarea acestei sarcini.
Unde O - munca completă a forțelor externe și Coulomb, q - sarcina electrica.
Rezistenta electrica - o mărime fizică care caracterizează proprietățile electrice ale unei secțiuni de circuit.
Unde ρ - rezistenta specifica a conductorului, l - lungimea secțiunii conductorului, S - aria secțiunii transversale a conductorului.
Conductivitate numită reciproca rezistenței
Unde G - conductivitate.
legile lui Ohm.
Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a unui lanț.
Puterea curentului într-o secțiune omogenă a circuitului este direct proporțională cu tensiunea la o rezistență constantă a secțiunii și invers proporțională cu rezistența secțiunii la o tensiune constantă.
Unde U - tensiune în zonă, R - rezistenta zonei.
Legea lui Ohm pentru o secțiune arbitrară a unui circuit care conține o sursă de curent continuu.
Unde φ 1 - φ 2 + ε = U tensiune la o secțiune dată a circuitului,R - rezistența electrică a unei secțiuni date a circuitului.
Legea lui Ohm pentru un circuit complet.
Puterea curentului într-un circuit complet este egală cu raportul dintre forța electromotoare a sursei și suma rezistențelor secțiunilor externe și interne ale circuitului.
Unde R - rezistența electrică a secțiunii exterioare a circuitului, r - rezistenta electrica a sectiunii interne a circuitului.
Scurt-circuit.
Din legea lui Ohm pentru un circuit complet rezultă că puterea curentului într-un circuit cu o sursă de curent dată depinde numai de rezistența circuitului extern. R.
Dacă un conductor cu rezistență este conectat la polii unei surse de curent R<< r, atunci numai EMF-ul sursei de curent și rezistența acesteia vor determina valoarea curentului din circuit. Această valoare a curentului va fi limita pentru o anumită sursă de curent și se numește curent de scurtcircuit.
Forța electromotoare. Orice sursă de curent este caracterizată de forță electromotoare sau, pe scurt, EMF. Deci, pe o baterie de lanternă rotundă scrie: 1,5 V. Ce înseamnă asta? Conectați două bile metalice care poartă sarcini de semne opuse cu un conductor. Sub influența câmpului electric al acestor sarcini, în conductor apare un curent electric ( Fig.15.7). Dar acest curent va fi de foarte scurtă durată. Sarcinile se neutralizează rapid una pe cealaltă, potențialele bilelor vor deveni aceleași, iar câmpul electric va dispărea.
Forțele exterioare. Pentru ca curentul să fie constant, este necesar să se mențină o tensiune constantă între bile. Pentru aceasta aveți nevoie de un dispozitiv ( sursa curenta), care ar muta sarcinile de la o bilă la alta în direcția opusă direcției forțelor care acționează asupra acestor sarcini din câmpul electric al bilelor. Într-un astfel de dispozitiv, pe lângă forțele electrice, sarcinile trebuie să fie acționate de forțe de origine neelectrostatică ( Fig.15.8). Numai câmpul electric al particulelor încărcate ( Coulomb domeniu) nu este capabil să mențină un curent constant în circuit.
Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor de origine electrostatică (adică, forțele Coulomb), se numesc de forţe exterioare. Concluzia despre necesitatea forțelor externe pentru a menține un curent constant în circuit va deveni și mai evidentă dacă ne întoarcem la legea conservării energiei. Câmpul electrostatic este potențial. Munca efectuată de acest câmp atunci când particulele încărcate se deplasează în el de-a lungul unui circuit electric închis este zero. Trecerea curentului prin conductori este însoțită de eliberarea de energie - conductorul se încălzește. Prin urmare, trebuie să existe o sursă de energie în circuitul care o furnizează circuitului. Pe lângă forțele Coulomb, trebuie să acționeze în ea forțe terțe, nepotențiale. Lucrarea acestor forțe de-a lungul unei bucle închise trebuie să fie diferită de zero. În procesul de a lucra prin aceste forțe, particulele încărcate dobândesc energie în interiorul sursei de curent și apoi o dau conductoarelor circuitului electric. Forțele terțe pun în mișcare particulele încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoare de la centralele electrice, în celule galvanice, baterii etc. Când un circuit este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului. În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțe externe împotriva forțelor coulombiene(electroni de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar într-un circuit extern ei sunt conduși de un câmp electric (vezi. Fig.15.8). Natura forțelor externe. Natura forțelor externe poate fi variată. În generatoarele de centrale electrice, forțele externe sunt forțe care acționează dintr-un câmp magnetic asupra electronilor dintr-un conductor în mișcare. Într-o celulă galvanică, cum ar fi o celulă Volta, acționează forțele chimice. Celula Volta este formată din electrozi de zinc și cupru plasați într-o soluție de acid sulfuric. Forțele chimice fac ca zincul să se dizolve în acid. Ionii de zinc încărcați pozitiv trec în soluție, iar electrodul de zinc însuși devine încărcat negativ. (Cupru se dizolvă foarte puțin în acid sulfuric.) Între electrozii de zinc și de cupru apare o diferență de potențial, care determină curentul într-un circuit electric închis. Forța electromotoare. Acţiunea forţelor exterioare se caracterizează printr-o mărime fizică importantă numită forta electromotoare(abreviat EMF). Forța electromotoare a unei surse de curent este egală cu raportul dintre munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină de-a lungul unui circuit închis și mărimea acestui:
încărca Forța electromotoare a unei celule galvanice este o cantitate egală numeric cu munca forțelor exterioare la mutarea unei singure sarcini pozitive în interiorul unui element de la un pol la altul. Lucrarea forțelor externe nu poate fi exprimată printr-o diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei sarcinilor. Deci, de exemplu, munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină între bornele unei surse de curent în afara sursei în sine este zero. Acum știi ce este EMF. Dacă bateria spune 1,5 V, asta înseamnă că forțele externe (chimice în acest caz) fac 1,5 J de lucru atunci când mută o încărcare de 1 C de la un pol al bateriei la altul. Curentul continuu nu poate exista într-un circuit închis dacă nu acționează forțe externe în el, adică nu există EMF.
CONECTAREA CONDUCTOARELOR IN PARALELA SI SERIE
Să includem două lămpi cu incandescență în circuitul electric ca sarcini (consumatori de curent), fiecare dintre ele având o anumită rezistență și fiecare dintre acestea putând fi înlocuită cu un conductor cu aceeași rezistență.
CONECTARE SERIALĂ
Calculul parametrilor circuitului electric cu conexiunea în serie a rezistențelor:
1. puterea curentului în toate secțiunile conectate în serie ale circuitului este aceeași 
2. tensiunea dintr-un circuit format din mai multe secțiuni conectate în serie este egală cu suma tensiunilor din fiecare secțiune 
3. rezistența unui circuit format din mai multe secțiuni conectate în serie este egală cu suma rezistențelor fiecărei secțiuni 
4. lucrul unui curent electric într-un circuit format din secțiuni conectate în serie este egal cu suma lucrului în secțiuni individuale
A = A1 + A2 5. Puterea curentului electric într-un circuit format din secțiuni conectate în serie este egală cu suma puterilor din secțiunile individuale
CONECTARE PARALELĂ
Calculul parametrilor circuitului electric cu conexiunea paralelă a rezistențelor:
1. puterea curentului într-o secțiune neramificată a circuitului este egală cu suma intensităților curentului din toate secțiunile conectate în paralel
3. La conectarea rezistențelor în paralel, se adaugă valorile reciproce ale rezistenței:
(R - rezistența conductorului, 1/R - conductivitatea electrică a conductorului)
Dacă doar două rezistențe sunt conectate în paralel într-un circuit, atunci O:
(cu o conexiune paralelă, rezistența totală a circuitului este mai mică decât cea mai mică dintre rezistențele incluse)
4. Lucrarea unui curent electric într-un circuit format din secțiuni conectate în paralel este egală cu suma lucrului în secțiuni individuale: A=A1+A2 5. Puterea curentului electric într-un circuit format din secțiuni conectate în paralel este egală cu suma puterilor din secțiunile individuale: P=P1+P2
Pentru două rezistențe: i.e. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât conține mai puțin curent.
Legea Joule-Lenz este o lege fizică care ne permite să determinăm efectul termic al curentului într-un circuit, conform acestei legi: 
, unde I este curentul din circuit, R este rezistența, t este timpul. Această formulă a fost calculată prin crearea unui circuit: o celulă galvanică (baterie), un rezistor și un ampermetru. Rezistorul a fost scufundat într-un lichid în care a fost introdus un termometru și a fost măsurată temperatura. Așa și-au derivat legea și s-au gravat în istorie pentru totdeauna, dar chiar și fără experimentele lor a fost posibil să derivăm aceeași lege:
U=A/q A=U*q=U*I*t=I^2*R*t dar chiar și în ciuda acestui lucru, cinste și laudă acestor oameni.
Legea lui Joule Lenz determină cantitatea de căldură eliberată într-o secțiune a unui circuit electric care are rezistență finită atunci când curentul trece prin acesta. O condiție prealabilă este faptul că nu ar trebui să existe transformări chimice în această secțiune a lanțului.
LUCRARE DE CURENTUL ELECTRIC
Lucrarea efectuată de un curent electric arată cât de multă muncă a fost efectuată de câmpul electric atunci când se deplasează sarcini de-a lungul unui conductor.
Cunoscând două formule: I = q/t ..... și..... U = A/q, putem deriva o formulă de calcul a lucrului curentului electric: 
Lucrul unui curent electric este egal cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea și timpul în care curentul curge în circuit.
Unitatea SI pentru măsurarea lucrului curentului electric este [A] = 1 J = 1A. B. c
ÎNVĂȚĂ-L, VA FI UTIL! La calcularea lucrului curentului electric, se utilizează adesea o unitate multiplă de lucru a curentului electric în afara sistemului: 1 kWh (kilowatt-oră).
1 kWh = ..........W.s = 3.600.000 J
În fiecare apartament, pentru a contabiliza energia electrică consumată, sunt instalate contoare speciale de energie electrică, care arată munca curentului electric efectuată într-o anumită perioadă de timp când sunt pornite diverse aparate electrocasnice. Aceste contoare arată funcționarea curentului electric (consumul de energie electrică) în „kWh”.
Trebuie să înveți cum să calculezi costul energiei electrice consumate! Înțelegem cu atenție soluția problemei de la pagina 122 a manualului (paragraful 52)!
PUTERE ELECTRICA
Puterea unui curent electric arată munca efectuată de curent pe unitatea de timp și este egală cu raportul dintre munca efectuată și timpul în care a fost efectuată această muncă.
(puterea în mecanică este de obicei indicată prin literă N, în inginerie electrică - litera R) pentru că A = IUt, atunci puterea curentului electric este egală cu:
sau 
Unitatea de măsură a puterii curentului electric în sistemul SI:
[P] = 1 W (watt) = 1 A. B
legile lui Kirchhoff – reguli care arată cum se leagă curenții și tensiunile în circuitele electrice. Aceste reguli au fost formulate de Gustav Kirchhoff în 1845. În literatură ele sunt adesea numite legile lui Kirchhoff, dar acest lucru nu este adevărat, deoarece nu sunt legi ale naturii, ci au fost derivate din a treia ecuație a lui Maxwell cu un câmp magnetic constant. Dar totuși, prenumele le este mai familiar, așa că le vom numi, așa cum este obișnuit în literatură, legile lui Kirchhoff.
Prima lege a lui Kirchhoff – suma curenților care converg la un nod este egală cu zero.
Să ne dăm seama. Un nod este un punct care leagă ramuri. O ramură este o secțiune a unui lanț între noduri. Figura arată că curentul i intră în nod, iar curenții i 1 și i 2 ies din nod. Compunem o expresie pentru prima lege Kirchhoff, ținând cont de faptul că curenții care intră în nod au semnul plus, iar curenții care emană din nod au semnul minus i-i 1 -i 2 =0. Curentul i pare să se răspândească în doi curenți mai mici și este egal cu suma curenților i 1 și i 2 i=i 1 +i 2 . Dar dacă, de exemplu, curentul i 2 a intrat în nod, atunci curentul I ar fi definit ca i=i 1 -i 2. Este important să luați în considerare semnele atunci când compuneți o ecuație.
Prima lege a lui Kirchhoff este o consecință a legii conservării energiei electrice: sarcina care ajunge la un nod într-o anumită perioadă de timp este egală cu sarcina care părăsește nodul în același interval de timp, i.e. sarcina electrică din nod nu se acumulează și nu dispare.
A doua lege a lui Kirchhoff – suma algebrică a emf care acționează într-un circuit închis este egală cu suma algebrică a căderilor de tensiune din acest circuit.
Tensiunea este exprimată ca produsul dintre curent și rezistență (conform legii lui Ohm).
Această lege are și propriile reguli de aplicare. Mai întâi, trebuie să setați direcția de traversare a conturului cu o săgeată. Apoi însumați EMF și tensiunea în consecință, luând-o cu semnul plus dacă valoarea coincide cu direcția de bypass și minus dacă nu coincide. Să creăm o ecuație conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff pentru schema noastră. Ne uităm la săgeata noastră, E 2 și E 3 coincid cu ea în direcție, ceea ce înseamnă un semn plus, iar E 1 este îndreptată în direcția opusă, ceea ce înseamnă un semn minus. Acum ne uităm la tensiuni, curentul I 1 coincide în direcția săgeții, iar curenții I 2 și I 3 sunt direcționați în sens opus. Prin urmare:
-E 1 +E 2 +E 3 =I 1 R 1 -Eu 2 R 2 -Eu 3 R 3
Pe baza legilor lui Kirchhoff, au fost elaborate metode de analiză a circuitelor de curent sinusoidal alternativ. Metoda curentului de buclă este o metodă bazată pe aplicarea celei de-a doua legi a lui Kirchhoff și metoda potențialului nodal bazată pe aplicarea primei legi a lui Kirchhoff.
Pentru apariția și existența unui curent electric constant într-o substanță, este necesară, în primul rând, prezența particulelor încărcate libere. Dacă sarcinile pozitive și negative sunt legate între ele în atomi sau molecule, mișcarea lor nu va produce curent electric.
Dar prezența taxelor gratuite nu este încă suficientă pentru generarea de curent. Pentru a crea și menține mișcarea ordonată a particulelor încărcate, este necesar, în al doilea rând, să acționăm asupra lor într-o anumită direcție. Dacă această forță încetează să acționeze, atunci mișcarea ordonată a particulelor încărcate va înceta datorită rezistenței oferite mișcării lor de ionii rețelei cristaline a metalelor sau moleculele neutre de electroliți.
Particulele încărcate, după cum știm, sunt afectate de un câmp electric cu o forță. De obicei, câmpul electric din interiorul conductorului este cauza care provoacă și menține mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Doar în cazul static, când sarcinile sunt în repaus, câmpul electric din interiorul conductorului este zero.
Dacă în interiorul conductorului există un câmp electric, atunci între capetele conductorului, conform formulei (8.28), există o diferență de potențial. Când această diferență de potențial nu se modifică în timp, în conductor se stabilește un curent constant. De-a lungul conductorului, potențialul scade de la o valoare maximă la un capăt al conductorului la o valoare minimă la celălalt. Această scădere a potențialului poate fi detectată printr-un experiment simplu.
Ca ghid, luați un băț de lemn nu foarte uscat și agățați-l pe orizontală. (Un astfel de băț, deși slab, încă conduce curentul.) Lăsați sursa de tensiune să fie o mașină electrostatică. Pentru a înregistra potențialul diferitelor secțiuni ale conductorului în raport cu pământul, puteți
folosiți bucăți de folie metalică atașate de un băț. Conectam un pol al mașinii la pământ, iar al doilea la un capăt al conductorului (băț). Lanțul nu va fi închis. Când rotim mânerul mașinii, vom constata că toate frunzele sunt deviate la același unghi (Fig. 146). Aceasta înseamnă că potențialul tuturor punctelor conductorului în raport cu pământul este același. Așa ar trebui să fie dacă sarcinile de pe conductor sunt în echilibru. Dacă celălalt capăt al stick-ului este acum împământat, atunci când mânerul mașinii este rotit, imaginea se va schimba. (Deoarece pământul este un conductor, împământarea conductorului face circuitul închis.) La capătul împământat, frunzele nu se vor depărta deloc: potențialul acestui capăt al conductorului este aproape egal cu potențialul pământului ( căderea potențialului într-un fir metalic este mică). Unghiul maxim de divergență al frunzelor va fi la capătul conductorului conectat la mașină (Fig. 147). O scădere a unghiului de divergență al frunzelor pe măsură ce se îndepărtează de mașină indică o scădere a potențialului de-a lungul conductorului.
Forțele exterioare. Forța și tensiunea electromotoare.
Forțele externe sunt acele forțe care diferă ca natură de forțele câmpului electrostatic.
Aceste forțe pot fi cauzate de procese chimice, difuzia purtătorilor de curent într-un mediu neomogen, câmpuri electrice (dar nu electrostatice) generate de câmpuri magnetice care variază în timp etc.
EMF este o mărime fizică egală cu munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit electric:
ε = А st./q Unitate de măsură - 1 V (Volt)
Tensiunea este o mărime fizică egală cu munca efectuată de forțele externe și electrice atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă.
U = (A st. + A el.)/q Unitate de măsură - 1 V.
Circuit electric. Secțiune omogenă și eterogenă a lanțului.
Secțiuni omogene și eterogene ale lanțului
O secțiune omogenă a circuitului este o secțiune a circuitului pe care nu acționează forțe externe (nicio sursă de curent)
O secțiune neomogenă a unui circuit este o secțiune a unui circuit în care există o sursă de curent.
Circuit electric
Circuit electric. Secțiunea externă și internă a circuitului, cădere de tensiune.
Circuit electric- un set de dispozitive, elemente destinate curgerii curentului electric, proceselor electromagnetice.
Circuitul electric poate fi împărțit în două secțiuni: extern și intern.
Secțiunea externă, sau, după cum se spune, circuitul extern, constă din unul sau mai multe receptoare de energie electrică, fire de conectare și diverse dispozitive auxiliare incluse în acest circuit.
Secțiunea internă sau circuitul intern este sursa însăși.
Căderea de tensiune- scăderea treptată a tensiunii de-a lungul unui conductor prin care trece un curent electric, datorită faptului că conductorul are rezistență activă.
Rezistența conductorului
Rezistența este o valoare proporțională cu lungimea conductorului l și invers proporțională cu aria secțiunii transversale a acestuia S
Cu cât rezistența unui conductor este mai mare, cu atât conduce mai rău curentul electric și, invers, cu cât rezistența conductorului este mai mică, cu atât trece mai ușor curentul electric prin acest conductor.
Rezistența electrică specifică a conductorului ρ [Ohm*m] ρ=RS/l R = ρ*l/S
Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit și pentru un circuit închis
Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit electric - puterea curentului într-o secțiune a unui circuit electric este direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența secțiunii.
Legea lui Ohm pentru un circuit electric complet - puterea curentului într-un circuit electric este direct proporțională cu fem-ul sursei și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului (suma rezistențelor externe și interne)
I = ε / (R + r). unde R este rezistența secțiunii externe a circuitului,
r - rezistenta interna.
Conectarea în serie a consumatorilor de energie
Într-o conexiune în serie, conductoarele sunt conectate în serie, adică unul după altul, cu I=const, U=U 1 +U 2 +U 3 +…+U n și R=R 1 +R 2 +R 3 +…+R n
Conectarea în paralel a surselor de curent.
Munca de curent electric
Lucrul curentului electric A este egal cu produsul dintre valoarea sarcinii deplasate Q și tensiunea U
A=Q*U [A]=J, [U]=B, [Q]=CI, [t]=c.
Deoarece I=Q/t, => Q=I*t, înseamnă A=I*U*t
Conform legii lui Ohm pentru o secțiune a lanțului I=U/R, U=I*R
A=I*U*T => A=U 2 *t/R(convenient pentru conexiuni paralele) => A=I 2 *R*t(convenient pentru conexiuni seriale)
Natura luminii.
Natura luminii - val
secolul al XVII-lea Christiaan Huygens: 1) difracție - curbarea luminii în jurul obstacolelor 2) interferență - adăugarea de unde.
secolul al XIX-lea- Teoria lui Maxwell (viteza luminii este un caz special al undelor electromagnetice) - teoria electromagnetica viteza de propagare a undelor electromagnetice in vid este de 3*10 8 m/s egala cu viteza luminii in vid. 299 mii km/s
secolul al XVII-lea O. Roemer folosind metoda astronomică a obținut viteza luminii de aproximativ 214,3 km/s
secolul al XIX-lea. Viteza fizică a luminii este de aproximativ 313 mii km/s
Natura luminii - cuantic.
aproximativ 500 î.Hr. Pitagora: lumina este un flux de particule.
Secolul al XVII-lea Isaac Newton a aderat la aceeași teorie. Carpuscula (din latină) – particulă.
Teoria carpusculară a lui Newton: 1) propagarea rectilinie a luminii 2) legea reflexiei 3) formarea umbrelor din obiecte
19 din Heinrich Hertz a descoperit fenomenul efectului fotoelectric.
secolul al XX-lea Lumina are dual natura - are o undă de particule dualism: în timpul propagării - ca un val, și în timpul emisiei și absorbției - ca un flux de particule.
relația dintre lungimea de undă lambda și frecvența nu
lambda = s/nu s - viteza luminii în vid [m/s] lambda [m] nu [Hz]
Legile reflexiei
1. Raza incidentă, raza reflectantă și perpendiculară pe interfața dintre cele două medii, reconstituite în punctul de incidență al razei, se află în același plan.
2Unghiul de reflexie γ este egal cu unghiul de incidență α: γ = α
Reflexie speculară - dacă rugozitatea este mai mică decât lambda și rugozitatea difuză este comparabilă cu lambda
Reflexia difuză a luminii. Reflexia speculară a luminii.
Legile refracției luminii.
Legea refracției luminii: razele incidente și refractate, precum și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență al razei, se află în același plan. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență α și sinusul unghiului de refracție γ este o valoare constantă pentru două medii date:
Valoarea constantă n se numește indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul. Indicele de refracție al unui mediu în raport cu vidul se numește indice de refracție absolut.
Indicele de refracție relativ al două medii este egal cu raportul indicilor lor absoluti de refracție:
Semnificația fizică a indicelui de refracție este raportul dintre viteza de propagare a undelor în primul mediu υ 1 și viteza de propagare a acestora în al doilea mediu υ 2:
Natura luminii de la 26.
Interferența undelor– acesta este fenomenul de suprapunere a undelor coerente; caracteristice undelor de orice natură (mecanice, electromagnetice etc.)
Undele coerente sunt unde emise de surse care au aceeași frecvență și diferență de fază constantă.
Când undele coerente sunt suprapuse în orice punct din spațiu, amplitudinea oscilațiilor (deplasării) acestui punct va depinde de diferența de distanțe de la surse la punctul în cauză. Această diferență de distanță se numește diferență de cursă.
La suprapunerea undelor coerente, sunt posibile două cazuri limitative:
Stare maxima:
Unde 
Diferența de cale a undei este egală cu un număr întreg de lungimi de undă (cu alte cuvinte, un număr par de semilungimi de undă).
În acest caz, undele în punctul luat în considerare sosesc cu aceleași faze și se întăresc reciproc - amplitudinea oscilațiilor acestui punct este maximă și egală cu dublul amplitudinii.
Conditie minima:
, Unde
Diferența de cale a undei este egală cu un număr impar de lungimi de semiundă.
Undele ajung în punctul în cauză în antifază și se anulează reciproc.
Amplitudinea oscilațiilor unui punct dat este zero.
Ca rezultat al suprapunerii undelor coerente (interferența undelor), se formează un model de interferență.
Cu interferența undelor, amplitudinea oscilațiilor fiecărui punct nu se modifică în timp și rămâne constantă.
Când undele incoerente sunt suprapuse, nu există un model de interferență, deoarece amplitudinea oscilațiilor fiecărui punct se modifică în timp.
Interferența luminii
1802 Fizicianul englez Thomas Young a efectuat un experiment în care a fost observată interferența luminii.
Experiența lui Thomas Young
Două fascicule de lumină s-au format dintr-o sursă prin fantele A (prin fantele B și C), apoi fasciculele de lumină au căzut pe ecranul E. Deoarece fasciculele din fantele B și C erau coerente, pe ecran a putut fi observat un model de interferență: alternând dungi deschise și întunecate.
Dungi ușoare – undele s-au întărit între ele (condiția maximă a fost îndeplinită).
Dungi întunecate – undele au fost adăugate în antifază și anulate reciproc (condiție minimă).
Dacă experimentul lui Young a folosit o sursă de lumină monocromatică (o lungime de undă), atunci pe ecran au fost observate doar dungi deschise și întunecate de o anumită culoare.
Dacă sursa a produs lumină albă (adică, complexă în compoziția sa), atunci s-au observat dungi curcubeu pe ecran în zona dungilor luminoase. Irizația s-a explicat prin faptul că condițiile de maxime și minime depind de lungimile de undă.
Interferență în pelicule subțiri
Fenomenul de interferență poate fi observat, de exemplu:
Pete de curcubeu pe suprafața unui lichid în timpul unei scurgeri de petrol, kerosen sau în bule de săpun;
Grosimea filmului trebuie să fie mai mare decât lungimea de undă a luminii.
În timpul experimentului său, Young a putut măsura pentru prima dată lungimea de undă a luminii.
Ca rezultat al experimentului, Jung a demonstrat că lumina are proprietăți ondulatorii.
Aplicarea interferenței:
- interferometre – aparate pentru măsurarea lungimii de undă a luminii
- acoperirea opticii (în instrumentele optice, când lumina trece prin lentilă, pierderea de lumină este de până la 50%) - toate piesele din sticlă sunt acoperite cu o peliculă subțire cu un indice de refracție puțin mai mic decât cel al sticlei; maximele și minimele de interferență sunt redistribuite și pierderile de lumină sunt reduse.
Natura luminii de la 26.
DIFRACȚIA LUMINII
Difracţie- acesta este un fenomen inerent proceselor ondulatorii pentru orice fel de unde.
Difracția luminii- aceasta este abaterea razelor de lumină de la propagarea rectilinie la trecerea prin fante înguste, găuri mici sau când ocolesc mici obstacole.
Fenomenul de difracție a luminii demonstrează că lumina are proprietăți ondulatorii.
Pentru a observa difracția puteți:
Treceți lumina de la sursă printr-un orificiu foarte mic sau plasați ecranul la o distanță mare de orificiu. Apoi, pe ecran se observă un model complex de inele concentrice deschise și întunecate.
- sau direcționați lumina pe un fir subțire, apoi pe ecran se vor observa dungi deschise și întunecate, iar în cazul luminii albe, o dungă curcubeu.
Rețeaua de difracție
Acesta este un instrument optic pentru măsurarea lungimii de undă a luminii.
Un rețele de difracție este o colecție de un număr mare de fante foarte înguste separate de spații opace.
Dacă pe grătar cade o undă monocromatică. apoi fantele (sursele secundare) creează unde coerente. O lentilă de colectare este plasată în spatele grilajului, urmată de un ecran. Ca rezultat al interferenței luminii din diferite fante ale rețelei, pe ecran se observă un sistem de maxime și minime.
Diferența de cale dintre undele de la marginile fantelor adiacente este egală cu lungimea segmentului AC. Dacă acest segment conține un număr întreg de lungimi de undă, atunci undele din toate fantele se vor întări reciproc. Când folosiți lumină albă, toate maximele (cu excepția celei centrale) au culoarea curcubeului.
Deci, condiția maximă este:
unde k este ordinea (sau numărul) spectrului de difracție
Cu cât sunt aplicate mai multe linii pe rețea, cu atât spectrele de difracție sunt mai îndepărtate unele de altele și cu atât lățimea fiecărei linii de pe ecran este mai mică, astfel încât maximele sunt vizibile ca linii separate, de exemplu. puterea de rezoluție a grătarului crește.
Cu cât există mai multe linii pe unitatea de lungime a rețelei, cu atât este mai mare acuratețea măsurării lungimii de undă.
POLARIZAREA LUMINII
Polarizarea undelor
Proprietatea undelor transversale este polarizarea.
O undă polarizată este o undă transversală în care toate particulele oscilează în același plan.
Polarizarea luminii
Experimentul cu turmalina este dovada naturii transversale a undelor luminoase.
Un cristal de turmalina este un mineral transparent, verde, cu o axa de simetrie.
Într-un fascicul de lumină dintr-o sursă convențională, există fluctuații ale vectorilor intensității câmpului electric E și inducției magnetice B în toate direcțiile posibile perpendiculare pe direcția de propagare a undei luminoase. O astfel de undă se numește undă naturală.
Când lumina trece printr-un cristal de turmalină, aceasta devine polarizată.
În lumina polarizată, oscilațiile vectorului de intensitate E apar doar într-un singur plan, care coincide cu axa de simetrie a cristalului.
Polarizarea luminii după trecerea turmalinei este detectată dacă un al doilea cristal de turmalină (analizator) este plasat în spatele primului cristal (polarizator).
Dacă axele a două cristale sunt direcționate identic, fasciculul de lumină va trece prin ambele și va fi doar ușor slăbit din cauza absorbției parțiale a luminii de către cristale.
Schema de funcționare a polarizatorului și a analizorului din spatele acestuia:
Dacă al doilea cristal începe să se rotească, adică. schimbați poziția axei de simetrie a celui de-al doilea cristal în raport cu primul, apoi fasciculul se va stinge treptat și se va stinge complet când poziția axelor de simetrie ale ambelor cristale devine reciproc perpendiculară.
Aplicarea luminii polarizate:
Iluminare reglabilă continuu folosind două Polaroid
- pentru stingerea strălucirii la fotografiere (orbirea se stinge prin plasarea unui Polaroid între sursa de lumină și suprafața reflectorizante)
Pentru a elimina strălucirea de la farurile mașinilor care se apropie.
Polaroid, filtru polarizant, unul dintre principalele tipuri de polarizatoare optice lineare; este un film subțire polarizant, sigilat pentru a proteja împotriva deteriorare mecanicăși acțiunea umidității între două plăci (pelicule) transparente.
DISPERSIE
O rază de lumină albă care trece printr-o prismă triunghiulară nu este doar deviată, ci și descompusă în raze colorate componente.
Acest fenomen a fost descoperit de Isaac Newton printr-o serie de experimente.
experimentele lui Newton
Experiență în descompunerea luminii albe într-un spectru:
sau 
Newton a îndreptat un fascicul de lumină solară printr-o mică gaură pe o prismă de sticlă.
La lovirea prismei, fasciculul a fost refractat și pe peretele opus a dat o imagine alungită cu o alternanță de culori curcubeu - un spectru.
Experiență în sinteza (producția) luminii albe:
Newton a regizat prima dată rază de soare la prismă. Apoi, după ce a colectat razele colorate care ies din prismă folosind o lentilă de colectare, Newton a primit o imagine albă a unei găuri pe un perete alb în loc de o dungă colorată.
Concluziile lui Newton:
O prismă nu schimbă lumina, ci doar o descompune în componente
- razele de lumină care diferă ca culoare diferă prin gradul de refracție; Razele violete sunt refractate cel mai puternic, cele roșii mai puțin puternic
Lumina roșie, care este mai puțin refractată, are cea mai mare viteză, iar lumina violetă are cea mai mică viteză, motiv pentru care prisma descompune lumina.
Dependența indicelui de refracție al luminii de culoarea sa se numește dispersie.
Amintiți-vă fraza, literele inițiale ale cuvintelor dau secvența de culori a spectrului:
„Fiecare vânător vrea să știe unde stă fazanul”.
Spectrul de lumină albă:
Concluzii:
Prisma descompune lumina
- lumina alba este complexa (compozita)
- razele violete sunt refractate mai puternic decât cele roșii.
Culoarea unui fascicul de lumină este determinată de frecvența sa de vibrație.
La trecerea de la un mediu la altul, viteza luminii și lungimea de undă se schimbă, dar frecvența care determină culoarea rămâne constantă.
Limitele intervalelor de lumină albă și componentele sale sunt de obicei caracterizate prin lungimile de undă în vid.
Lumina albă este o colecție de unde cu lungimi de la 380 la 760 nm.
Unde puteți observa fenomenul de dispersie?
Când lumina trece printr-o prismă
- refracția luminii în picăturile de apă, de exemplu, pe iarbă sau în atmosferă atunci când se formează un curcubeu
- în jurul felinarelor în ceață.
Cum se explică culoarea oricărui obiect?
Hârtia albă reflectă toate razele de culori diferite care cad pe ea
- un obiect roșu reflectă doar razele roșii și absoarbe razele de alte culori
-
Ochiul percepe razele de o anumită lungime de undă reflectate de un obiect și astfel percepe culoarea obiectului.
Analiza spectrală este un set de metode de determinare calitativă și cantitativă a compoziției unui obiect, bazate pe studiul spectrelor de interacțiune a materiei cu radiația, inclusiv spectre. radiatii electromagnetice, unde acustice, distribuția maselor și energiilor particulelor elementare etc.
Curentul electric și condițiile de existență a acestuia.
Curentul electric este mișcarea ordonată și direcționată a sarcinilor libere într-un conductor.
D.C– acesta este curent electric, ale cărui caracteristici nu se modifică în timp.
Condiții de existență a curentului electric
Pentru apariția și menținerea curentului în orice mediu, trebuie îndeplinite două condiții:
-prezenta incarcarilor electrice gratuite in mediu
-crearea unui câmp electric în mediu.
În diferite medii, purtătorii de curent electric sunt particule încărcate diferite.
Puterea curentului I este o mărime scalară care caracterizează sarcina Q care trece prin secțiunea transversală a conductorului pe unitate de timp. Q=q*N I=Q/t
Curentul se măsoară în amperi și sarcina în coulombi. I=[A], Q=[Cl]
Densitatea curentului – j mărime vectorială j V q, arată puterea curentului pe unitatea de secțiune S.
j=sectiune I/S Zona sectiune Sectiune S. măsurată în metri pătrați