Практикум 1-блок 1-билет. Кинематика
жүктеу/скачать 338,24 Kb.
|
практикум 1 блок
| p=const болғанда,
Егер газ қысымы өзгермесе, берілген массалы газ үшін көлемнің темпертураға қатынасы тұрақты болады. Бұл заңды 1802 жылы француз ғалымы Гей - Люссак тэжірибе жүзінде тағайындаған және сондықтан ол Гей - Люссакзаңы деп аталады. {\displaystyle {\frac {p}{T}}=const} қатысқа сәйкес тұрақты қысымда газдың көлемі температураға тәуелді болады, яғни V=const·T Бұл тәуелділік график түрінде изобара деп аталатын түзумен кескінделеді. Әр түрлі қысымға әр түрлі изобара сәйкес келеді. Қысым артқан сайын, тұрақты температурада Бойль - Мариотт заңы бойынша газдың көлемі кішірейеді. СОндықтан жоғарырақ р2 қысымға сәйкес келетін изобара төменірек р1 қысымға сәйкес келетін изобарадан төменірек жатады. Төменгі температуралар аймағында идеал газдың барлық изобаралары Т=0 нүктесінде түйіседі. Бірақ бұл нақты газдың көлемі шынында да нөлге айналды, ал күй теңдеуі сұйықтарға қолданылмайды. Жылжымалы поршеньді цилиндрдегі газды қыздырғанда оның ұлғаюын изобаралық процесс деуге болады. Онда цилиндрдегі қысымның ұрақтылығы поршеньнің үстіңгі бетіне атмосфералық ауа қысымның әсері арқылы жүзеге асады. Изохоралық процесс Көлем тұрақты болғанда термодинмикалық жүйе күйінің өзгеру процесін изохоралық деп атайды. Күй теңдеуінен газдың көлемі өзгермеген кездегі кез келген күйінде газ қысымының температураға қатынасы тұрақты болатыны шығады: V=const болғанда Егер газ көлемі өзгермесе, онда массасы берілген газ үшін қысымның температураға қатынасы тұрақты болады Бұл газ заның 1787 жылы француз физигі Ж. Шарль ашқан және мондықтан ол Шарль заңы деп аталады. {\displaystyle {\frac {P}{T}}=const.} теңдеуіне сәйкес көлем тұрақты болғанда газ қысымы температураға сызықтық тәуелді болады, яғни p=const·T Бұл тәуелділек графикте түзумен кескінделеді де, ол изохора деп аталады. үрлі көлемге түрліше изохора сәйкес келеді. Температура тұрақты болғанда, Бойль - Мариотт заңына сәйкес, газ көлемі ұлғайғанда оның қысымы азаяды. Сондықтан үлкен V2 көлемге төмен жатады. {\displaystyle {p}=const\cdot T} p=const·Tтеңдеуге сәйкес барлық изохоралар Т=0 нүктесінен басталады. Демек, абсолют нөлде идеал газдың қысымы нөлге тең. Кез келген жабық ыдыстағы немесе электр шамындағы газды қыздырғандағы газ қысымының ұлғаюы изохоралық процесс болып табылады. Изохоралық процесс көлемі тұрақты газ термометрлерінде пайдаланылады. 27-билет. Жарық толқындарының қасиеттері. Жарық - 1. тар мағынада – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы адам көзі қабылдайтын электрмагниттік толқын; 2. кең мағынасында — қабылданатын сәулемен бірге спектрдің ультракүлгін және инфрақызыл аймағындағы сәулелерді де қамтитын оптикалық сәуленің синонимі. Жарық дифракциясы – жарық толқындарының мөлшері сол толқындардың ұзындығымен қарайлас тосқауылды (тар саңылау, жіңішке сым, т.б.) орап өту құбылысы. Жарық дифракциясы болу үшін жарық түскен дененің айқын шекарасы болуы тиіс. Дифракция жарыққа ғана тән емес, басқа да толқындық процестерде де байқалады (мысалы, механикалық толқындардың жолында кездескен тосқауылды орап өтуі, т.б.). Жарық дифракциясы кезінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы, яғни геометриялық оптиканың негізгі заңдары бұзылады. Жарық толқындарының ұзындығы өте қысқа болғандықтан, қалыпты жағдайда жарық дифракциясы байқалмайды. Жарық дифракциясы – жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейтін негізгі құбылыстардың бірі. Бұл құбылысты 17-ғасырда италиялық физик және астроном Франческо Гримальди ашты, ал оны француз физигі Огюстен Жан Френель түсіндірді. Жарық жылдамдығы – кез келген электрмагниттік толқындардың (оның ішінде жарықтың да) бос кеңістіктегі (вакуумдағы) таралу жылдамдығы; іргелі физикалық тұрақтылардың бірі. Жарық жылдамдығының шамасы материалдық дененің массасы мен толық энергиясын байланыстырып тұрады. Санақ жүйесі өзгерген кезде координатты, жылдамдықты және уақытты түрлендіру жарық жылдамдығы арқылы өрнектеледі. Жарық жылдамдығын алғаш рет 1676 ж. Юпитер серіктерінің тұтылулары арасындағы уақыт аралығының өзгеруі бойынша дат астрономы Оле Ремер өлшеді (бақылау нәтижесінде с=215000 км/с болды). Жарық көзі ретінде лазерлерді пайдаланып жүргізген өлшеулер нәтижесінде жарық жылдамдығын өлшеу дәлдігі жоғары көтерілді: с=299792,5•0,15 км/с. Қазіргі кезде жарық жылдамдығының вакуумдағы мәні үшін ресми түрде с=299792,458•1,2 м/с қабылданған. Жарық интерференциясы – жарық толқындарының қабаттасуы нәтижесінде бірін-бірі күшейтуі немесе әлсіретуі. Егер екі толқынның өркештері мен өркештері, сайлары мен сайлары дәл келсе, онда олар бірін-бірі күшейтеді; ал біреуінің өркештері екіншісінің сайларына дәл келсе бірін-бірі әлсіретеді. Жарық интерференциясы кезінде қабаттасқан жарық шоғының қарқындылығы бастапқы шоқтың қарқындылығына тең болмайды. Механикалық толқындар да интерференцияланады. Кез келген жарық толқындары қабаттасқанда интерференция құбылысы байқалмайды. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады. Жарық интерференциясының көмегімен жарық толқындарының ұзындығы өлшенеді, спектр сызықтарының нәзік түзілісі зерттеледі, заттың тығыздығы мен сыну көрсеткіші тәрізді қасиеттері анықталады. Жарық қысымы – жарықтың шағылдыратын немесе жұтатын денеге түсіретін қысымы. Күн маңынан ұшып өткен кезде құйрықты жұлдыздың (кометаның) құйрығының қисаюына жарық қысымының әсері болатындығын 1619 ж. алғаш рет неміс ғалымы Иоганн Кеплер болжаған. 1873 ж. ағылшын физигі Джеймс Максвелл электрмагниттік теорияға сүйене отырып, жарық қысымының шамасын анықтады. 1899 ж. орыс физигі Петр Лебедев жарықтың қатты денелерге, кейінірек газдарға (1907 – 10) түсіретін қысымын өлшеді. Жарық қысымын жарықтың электрмагниттік теориясы мен кванттық теориясы негізінде түсіндіруге болады. Жарық қысымы әсерінен Жердің жасанды серіктерінің орбиталары аз да болса толықсиды. Жарықтың сынуы – екі ортаның шекаралық қабатына түскен сәуленің екінші ортаға өткен бөлігінің бастапқы бағыттан ауытқуы. Жарықтың сыну заңдары былай тұжырымдалады: 1. түскен сәуле, сынған сәуле және екі ортаны бөлетін шекаралық бетке жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Түскен сәуле мен сынған сәуле өзара қайтымды болады; 2. түсу бұрышы синусының (α) сыну бұрышы синусына (φ) қатынасы тұрақты шама болады: мұндағы n – ортаның сыну көрсеткіші. Берілген заттың вакууммен салыстырғандағы сыну көрсеткіші сол заттың абсолюттік сыну көрсеткіші деп аталады. Жарықтың шағылуы – жарықтың екі түрлі орта шекарасына (кем дегенде біреуі мөлдір болатын) түсуі кезінде байқалатын құбылыс. Мөлдір ортадағы жарық сәулесі сыну көрсеткіші сол ортаға қарағанда өзгеше болатын екінші ортаға жеткен соң, оның біршама бөлігі сынып, басқа бағытпен таралады да, енді бір бөлігі бірінші ортаға қарай кері шағылады. Шағылған және сынған сәулелер қарқындылығының салыстырмалы шамасы жарық түскен дене бетінің тегістігіне, жарықтың құрамы мен түсу бұрышына, т.б. байланысты болады. Кейде жарық сәулесі толығымен кері шағылады. Жарықтың шашырауы – жарық сәулесінің бастапқы таралу бағытын өзгертіп, жан-жаққа ауытқуы. Бұл құбылыс жарықтың оптикалық жағынан біртекті емес ортада таралуы кезінде байқалады. Сол орта ішіндегі бөгде бөлшектер жарықтың таралу бағытын өзгертеді. Жарық толқынының электр өрісі әсерінен мұндай орта электрондары еріксіз тербеледі де, барлық бағытта бастапқы толқын жиілігіндей екінші реттік электрмагниттік толқындар шығарады. Жарық бөгде қоспалардан мұқият тазартылған ортадан (заттан) өткенде де шашырайды. Өйткені молекулалар мен атомдар үздіксіз қозғалыста болатындықтан, шағын көлем ішінде де заттың тығыздығы өзгеруі мүмкін. Осы өзгеріс салдарынан да жарық шашырауы байқалады. 28-билет. Жарықтың дисперсиясы Жарықтың дисперсиясы (жарықтың ыдырауы) - бұл заттың абсолюттік сыну көрсеткішінің жарықтың жиілігіне (немесе толқын ұзындығына) тәуелділігі (жиіліктің дисперсиясы) немесе сол сияқты, заттағы жарықтың фазалық жылдамдығының жиілікке (немесе толқын ұзындығына) тәуелділігі салдарынан болатын құбылыстар жиынтығы. 1672 жылы Ньютон эксперименттік түрде ашты, дегенмен теориялық жағынан кейінірек жеткілікті түсіндірілді. Кеңістіктік дисперсия дегеніміз - ортаның диэлектрлік тұрақты тензорының толқын векторына тәуелділігі. Бұл тәуелділік кеңістіктегі поляризация эффекттері деп аталатын бірқатар құбылыстарды тудырады. Қасиеттері мен көріністері Дисперсияның айқын мысалдарының бірі - ақ жарықтың призма арқылы өткенде ыдырауы (Ньютон тәжірибесі). Дисперсия құбылысының мәні мөлдір зат - оптикалық ортада әр түрлі толқын ұзындығы бар жарық сәулелерінің таралуының фазалық жылдамдықтарының айырмашылығында (вакуумда жарық жылдамдығы толқын ұзындығына және, демек, түсіне қарамастан әрдайым бірдей болады). Әдетте жарық толқынының ұзындығы неғұрлым қысқа болса, ол үшін ортаның сыну көрсеткіші соғұрлым жоғары болады және ортадағы толқынның фазалық жылдамдығы төмен болады: -қызыл жарық үшін ортада таралудың фазалық жылдамдығы максимум, ал сыну дәрежесі минимум, -күлгін жарық үшін ортада таралу фазалық жылдамдығы минималды, ал сыну дәрежесі максималды. Алайда, кейбір заттарда (мысалы, йод буында) аномальды дисперсияның әсері байқалады, онда көк сәулелер қызылға қарағанда аз сындырылады, ал басқа сәулелер затқа сіңіп, бақылаудан жалтарады. Қатаң түрде аномальды дисперсия кең таралған, мысалы, газдардың барлығында абсорбциялық сызықтар маңындағы жиіліктерде байқалады, бірақ йод буларында олар оптикалық диапазонда бақылауға өте ыңғайлы, мұнда олар жарықты өте қатты сіңіреді. Жарықтың дисперсиясы алғаш рет ақ жарықтың композиттік табиғатын сенімді түрде көрсетуге мүмкіндік берді. Дифракциялық тор арқылы өту немесе одан шағылысу нәтижесінде ақ жарық спектрге ыдырайды (бұл дисперсия құбылысымен байланысты емес, дифракция сипатымен түсіндіріледі). Дифракция мен призматикалық спектрлер біршама өзгеше: призматикалық спектр қызыл бөлікте қысылып, күлгінге созылып, толқын ұзындығының кему ретімен орналасады: қызылдан күлгінге дейін; қалыпты (дифракциялық) спектр барлық аудандарда біркелкі және толқын ұзындығының өсу ретімен орналасқан: күлгінден қызылға дейін. Жарық дисперсиясымен ұқсастығы бойынша кез-келген басқа табиғаттағы толқындардың таралуының толқын ұзындығына (немесе жиілікке) тәуелділігінің ұқсас құбылыстары дисперсия деп аталады. Осы себептен, мысалы, жиілік пен толқын санының арасындағы сандық қатынастың атауы ретінде қолданылатын дисперсия заңы термині электромагниттік толқынға ғана емес, кез-келген толқындық процестерге қолданылады. Дисперсия жаңбырдан кейін кемпірқосақтың пайда болатындығын түсіндіреді (дәлірек айтсақ, кемпірқосақтың ақ емес, түрлі-түсті болуы). Дисперсия - хроматикалық аберрацияның себебі - оптикалық жүйелердің, соның ішінде фотографиялық және видео линзалардың аберрациясының бірі. 29-билет. Ом және Джоуль-Ленц заңдарының дифференциалды түрі Электр тогы металл өткізгіштер арқылы өткенде электрондар бірде нейтраль молекулалармен, бірде электрондарынан айрылған молекулалармен соқтығысады. Қозғалыстағы электрон өзінің кинетикалық энергиясын жоғалта отырып, нейтраль молекуладан жаңа электронды бөліп алады да, жаңа оң ион түзеді, немесе электронынан айрылған молекуламен (оң ионмен) қосылып нейтраль молекула кұрады. Электрондар молекулалармен соқтыққанда энергия жұмсалады, cол энергия жылуға айналады. Кедергіні жеңе отырып жүретін кез келген қозғалыс белгілі энергия жұмсалуын қажет етеді. Мысалы, қайсы бір денені орнынан қозғалту үшін үйкеліс кедергісін жеңу керек. Оған жұмсалатын жұмыс жылуға айналады. Өткізгіштің электр кедергісінің маңызы да үйкеліс кедергісі сияқты болады. Сөйтіп, өткізгіштен ток өткізу үшін ток көзі біраз энергия жұмсайды, cол энергия жылуға айналады. Электр энергиясының жылу энергиясына өтуі Ленц — Джоуль заңымен анықталады. Бұл заңды "Токтың жылулық әсер заңы" деп те атайды. Орыс ғалымы және ағылшын физигі Джоуль бір мезгілде және бір-бірінен тәуелсіз электр тогы өткізгіш арқылы өткенде, өткізгіште бөлінетін жылу мөлшері ток квадратына, өткізгіш кедергісіне және токтың өткізгіштен өту мерзіміне тура пропорционал болатындығын анықтады. Бұл ереже Ленц — Джоуль заңы деп аталады. Джоуль–Ленц заңы. Электрон әр соқтығыста тордағы ионға электр өрісінің орташа энергиясын береді. (14.11) Әр электронның соқтығысу жиілігі ,ал n электрон үшін – Сондықтан токтың жылулық қуатының көлемдік тығыздығы төмендегідей өрнектеледі (14.12) Немесе (14.13) (14.13) өрнегі дифференциал түрдегі Джоуль–Ленц заңы болып табылады. Ток тығыздығы, электр өріс кернеулігі және жылу мөлшері арасындағы бұл байланыстар, яғни электр өткізгіштіктің классикалық теориясы сапалы дұрыс нәтиже бермеді. Бұл теорияның тәжірибелермен сәйкес келмейтін тұстары көп болды. Бірақ кванттық теорияда микробөлшектердің толқындық қасиеттерін ескеріп, бұл қиындықтардан шығар жол табылды. 30-билет. Кирхгоф ережелері Кирхгофтың бірінші ережесі Тізбектерге есептеулер жүргізгенде Кирхгроф ережелерін пайдаланған ыңғайлы, олар Ом заңының күрделі емес жалпылануы болып табылады. Жалпы жағдайда тізбекте кем дегенде үш өткізгіш тоғысатын нүктелерді табуға болады. Мұндай нүктелер түйіндер деп аталады. Тізбектің бір элементін тастап шыұұан кез-келген зарядтың тізбек басқа бір элементіне келіп кіруі тиіс екені анық. Түйінде тоқтар тармақталады да, зарядтың сақталу заңынан, тоқтардың үзіліссіздік шарты шығады: түйінге кіріп жатқан тоқ күштерінің қосындысы, түйіннен шығып жатқан ток күшінің қосындысына тең: Тоқтардың оң бағытын қалауымызша аламыз және оң бағытытта таралатын тоқ күшін {\displaystyle I_{k}} деген белгілеу енгіземіз. Егер шешу кезінде қайсы бір {\displaystyle I_{k}} тоқ үшін теріс мән шықса, онда бұл берілген бөлікте тоқ қабылданған бағытқа қарама - қарсы қозғалады дегенді білдіреді. {\displaystyle \sum _{kiris}\left(I_{1}\right)=\sum _{shygys}\left(I_{2}\right)}қатынасы Кирхгрофтың бірінші ережесі деп аталады. Кирхгофтың екінші ережесі Берілген тізбекте бөліп қарастыруға болатын кез келген тұйықталған контурларға арналған: кез келген тұйықталған контурда кедергілерді кернеудің түсулерінің қосындысы осы контурдағы ЭҚК- тердің қосындысына тең болады. Егер берілген бөлікте контурды айналып өту бағыты токтың оң бағытымен бағыттас болса, онда ток көзінің ішкі кедергісіндегі және өткізгіштердегі кернеудің тусуі оң деп есептеледі. Егер ток көзін айналып өту бағыты теріс полюстен басталып оң полюсте аяқталатын болса, онда ЭҚК-і оң таңбамен алынады. Ток көзін оң полюстен бастап теріс полюске қарай айналып өтетін болса, онда ЭҚК-і теріс таңбамен алынады.[1] Мысалы 9,8 суретте көрсетілген сұлба үшін: А түйінінде: {\displaystyle I_{1}=I_{3}+I_{5}} + С түйінінде: {\displaystyle I_{1}=I_{2}+I_{4}} + М түйінінде: {\displaystyle I_{4}+I_{6}=I_{3}} жүктеу/скачать 338,24 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|