37) Змі́нний струм — електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.

Здебільшого коливання струму відбуваються за гармонічним законом

,

де  — амплітуда струму,  — частота,  — фаза струму.

Змінний струм виникає в електричному колі зі змінною напругою. Коливання напруги відбуваються за подібним законом, проте, в загальному випадку із зсувом фази

Перевагою змінного струму є те, що його легше виробляти й передавати до споживача. Постійний струм можна отримати зі змінного за допомогою випрямлення.

38) Індуктивність у колі змінного струму

Якщо у колі з індуктивним елементом протікає синусоїдний струм i=Im sinwt

То напругу можна записати співвідношенням

U = -e =U_Lm cos wt

U_Lm = E_lm = LI_m w

Таким чином, при вмиканні індуктивності на синусоїдну напругу струм у колі залишається синусоїдним і відстає від напруги на чверть періоду.

Величина X_L = wL, має розмірність опору і називається індук­тивним опором. Індуктивний опір відрізняється від активного і має на­зву реактивного опору.

Векторна діаграма цього кола на­ведена на рис. Вектор напруги виперед­жає вектор струму на 90° (символу показує, що вектор струму треба повернути на чверть періоду проти ходу годинної стрілки). Закон Ома для кола з індуктивним елементом через амплітудні, діючі значення та в комплексній формі має вигляд I_m= U_m/X_L I= U/X_L

Ємність у колі синусоїдного струму

Якщо коло синусоїдного струму містить ідеальний ємнісний елемент, то струм змінюється за законом i = wC Um coswt

i = Im coswt а напруга u = U_msinwt

При вмиканні ємності на синусоїдну напругу у колі встанов­люється синусоїдний струм, що випереджає напругу на чверть періоду.

Величина Xc =1/wC має розмірність опору та називається ємнісним опором. Ємнісний опір, як і індуктивний, є реактивним опо­ром. Індуктивний опір X_L=wL

підвищується з підвищенням частоти струму та індуктивності елемента. Індуктивність у колі постійного стру­му не має реактивного опору. Ємнісний опір Xc = 1/wC постійному струму дорівнює нескінченності і зменшується при підвищенні часто­ти змінного струму та ємності елемента.

Векторна діаграма кола з ємністю ведена на рис. Помноження вектора струму на -j відповідає повороту цього вектора на 90° за ходом годинної стрілки.

40) Постійний електричний струм силою I при напрузі U має потужність IU . Миттєве і середнє значення потужності для постійного струму є однаковими. Інша картина є в колах змінного струму. В колі змінного струму крім активного опору завжди діють увімкненні послідовно індуктивність і ємність, які утворюють реактивний опір і зумовлюють зсув фаз між струмом і напругою. Пояснюється це тим, що в одних випадках потрібний активний опір (теплові прилади, навантажені електричні двигуни), а в інших – реактивний (електромагніти). В загальному випадку в колі змінного струму між коливаннями сили струму і напруги існує зсув фаз, який визначається параметрами кола. Нехай напруга на кінцях ділянки кола ісила струмув ньомувідповіднодорівнюють U = U₀ sin ωt (1)

41) Трансформатор. Прилади, за допомогою яких перетворюється напруга змінного струму, називають трансформаторами. Перший трансформатор сконструював російський електротехнік П.М. Яблочков у 1876 р., ав 1882 р. І.П. Усагін удосконалив трансформатор, замінивши розімкнутий магнітопровід замкненим. Технічний трансформатор складається з двох (або кількох) ізольованих обмоток провідника.

Принцип роботи трансформатора розглянемо на прикладі однофазного трансформатора з двома обмотками, первинна обмотка якого з числом витків w₁ включена в однофазну мережу змінного струму з напругою u₁, а вторинна обмотка з числом витків w₂ замкнута на опір навантаження Z_н. Під дією прикладеної напруги u₁ первинною обмоткою протікає струм i₁, що створює магніторушійну силу первинної обмотки F₁ = i₁·w1, яка призводить до появи змінного магнітного потоку. Основна частина потоку (потік взаємоіндукції Ф₀) замикається по магнітопроводі, зчіплюється з обома обмотками і наводить в них ЕРС e₁ та e₂. Невелика частина потоку Ф_?1, названа потоком розсіювання первинної обмотки, замикається по повітрю безпосередньо навколо цієї обмотки.

42) Період коливань зростає із збільшенням ємності й самоіндукції контуру. Це пояснюється тим, що під час збільшення індуктивності контуру сила струму повільніше зростає з часом і повільніше спадає до нуля. А чим більша ємність контуру, тим більше часу потрібно для перезарядження конденсатора....-

43) Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, ємності та індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої. Якщо опір контура зменшувати до нуля , тоді в контурі виникають незатухаючі коливання, для яких справедливі такі співвідношення:

.

44) У 1864 р. Дж. Максвелл створює теорію електромагнітного поля, згідно з якою електричне і магнітне поля існують як взаємопов'язані складові єдиного цілого - електромагнітного поля. Ця теорія з єдиної точки зору пояснювала результати всіх попередніх досліджень в галузі електродинаміки, і, крім того, з неї випливало, що будь-які зміни електромагнітного поля повинні породжувати електромагнітні хвилі, що поширюються в діелектричній середовищі (в тому числі, в порожнечі) з кінцевою швидкістю, залежної від діелектричної та магнітної проникності цього середовища. Для вакууму теоретичне значення цієї швидкості було близько до експериментальним вимірюванням швидкості світла, отриманим на той момент, що дозволило Максвеллу висловити припущення (згодом підтвердилася), що світло є одним з проявів електромагнітних хвиль. Теорія Максвелла вже при своєму виникненні дозволила ряд принципових проблем електромагнітної теорії, передбачивши нові ефекти і давши надійну і ефективну математичну основу опису електромагнітних явищ. Однак за життя Максвелла найбільш яскраве пророкування його теорії - пророкування існування електромагнітних хвиль - не отримало прямих експериментальних підтверджень. У 1887 р. німецький фізик Г. Герц поставив експеримент, повністю підтвердив теоретичні висновки Максвелла.

45) Рівня́ння Ма́ксвелла — це основні рівняння класичної електродинаміки, які описують електричне та магнітне поле, створене зарядами й струмами. Рівняння Максвелла - система диференціальних рівнянь, що описують електромагнітне поле і його зв'язок з електричними зарядами і струмами у вакуумі і суцільних середовищах. Разом з виразом для сили Лоренца утворюють повну систему рівнянь класичної електродинаміки. Рівняння, сформульовані Джеймсом Клерком Максвеллом на основі накопичених до середини XIX століття експериментальних результатів, зіграли ключову роль у розвитку уявлень теоретичної фізики і зробили сильний, часто вирішальне, вплив не тільки на всі галузі фізики, безпосередньо пов'язані з електромагнетизмом, але й на багато що виникли згодом фундаментальні теорії, предмет яких не зводився до електромагнетизму (одним з найяскравіших прикладів тут може служити спеціальна теорія відносності).

46) Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв’язку без проводу продемонстрував 7 травня 18958року знаменитий російський фізик О.С. Попов. Цей день вважається днем народження радіо. Приймач О.С. Попова складався з антени 1, когерера 2, електромагнітного реле 3, електричного дзвінка 4 і джерела постійного струму 5. Електромагнітні хвилі викликали вимушені коливання струму і напругу в антені. Змінний струм з антени подавався на два електроди, які були розміщені в скляній трубці, заповненій металічними ошурками. Ця трубка і є когерер. Послідовно з когерером вмикались електоромагнітне реле і джерело постійного струму. Через погані контакти між ошурками опір когерера переважно великий, тому електричний струм в ланцюгу малий і реле ланцюга не замикає. Під дією змінної напруги високої частоти в когерері виникають електричні розряди між окремими ошурками, частинки ошурків спікаються і її опір зменшується в 100-200разів. Сила струму в котушці електромагнітного реле зростає, і реле включає електричний дзвінок. Так реєструється прийом електромагнітної хвилі антеною. Удар молотка дзвінка по когереру стряхував ошурки і повертав його у висхідне положення, приймач знову був готовий до реєстрації електромагнітних хвиль.

47)-

48) Щоб передати звукові коливання по радіо, їх спочатку треба перетворити в електричні. Таке завдання виконує мікрофон. Найпростіший мікрофон з трубки телефонного апарату - вугільний - змінює свій опір під дією звукового тиску на мембрану під час розмови. Якщо його включити послідовно з живильної батареєю і навантаженням, наприклад, резистором, то напруга і струм в навантаженні будуть змінюватись у такт зі звуковим тиском.

Вугільний мікрофон дозволяє створити досить потужні електричні коливання звукової частоти - в цьому його гідність. Але якість звуку виходить невисоким. Більш досконалі мікрофони використовують закон електромагнітної індукції (динамічні) або п'єзоефект (кристалічні).

Амплітуда коливань звукової частоти на висновках мікрофона відповідає гучності звуку, а частота - висоті тону. Лише деякі звуки, наприклад, свист, чиста музична нота, дають близькі до синусоїдальним коливання. Більшість же звуків - складні коливання, які тим не менш можна представити у вигляді суми більш простих, синусоїдальних коливань, але різної частоти. Тоді говорять про спектр коливань. Наприклад, для людського голосу він містить частоти приблизно від 300 Гц до 3 ... 4кГц. Для хорошого відтворення музики, переданої по радіо, потрібен спектр частот від 50 Гц до 10 .., 12 кГц. Взагалі ж людське вухо здатне чути звуки в діапазоні від 16 Гц до 16 кГц, і чим ближче до цих значень межі смуги частот всього тракту передачі, тим природніше звучання.

Якщо випаде можливість, підключіть мікрофон до входу електронного осцилографа і поспостерігайте осцилограми вимовних вами звуків. Подивіться також на екрані осцилографа сигнал в трансляційної мережі, на виході радіоприймача, магнітофона, плеєра. Ви переконаєтеся, що коливання звукової частоти (34) найчастіше далекі від синусоїдальних і носять імпульсний, "вибуховий" характер, коли окремі сплески сигналу перемежовуються тривалими періодами коливань з малою амплітудою і паузами (рис. 18).

Пік-фактор, або відношення максимальної амплітуди до середньої, навіть для досить сильно викривленого (обмеженого по амплітуді) сигналу на виході мікрофона телефонної трубки становить не менше 3, а для неспотвореного музичного сигналу досягає десятків і навіть сотень. Оскільки тракт радіопередачі потрібно розраховувати на максимальний сигнал, обмеження його в тій чи іншій мірі використовують майже завжди.

49Під світлом в даний час розуміють електромагнітне випромінювання, сприймається людським оком.

Довжина хвиль сприйманого електромагнітного випромінювання лежить в інтервалі від 0,38 до 0,76 мкм.

Електромагнітні хвилі поперечні.

На підставі своїх теоретичних досліджень Максвелл зробив висновок: світло має електромагнітну природу.

Електромагнітна природа світла була підтверджена в дослідах Герца, який показав, що електромагнітні хвилі, подібно до світла на межі розділу двох середовищ, відчувають віддзеркалення і заломлення.)

50. квантова теорія світла

У 1900 р. німецький фізик М.Планк, вивчаючи природу випро¬мінювання нагрітих твердих тіл, висловив припущення, що енергія випромінюється і поглинається не безперервно, а дискретно, пев¬ними порціями – квантами, пропорційними частоті коливань. Тобто перехід від одного енергетичного стану до найближчого ін¬шого супроводиться випромінюванням або поглинанням енергії у вигляді певних порцій – квантів енергії. Величину кванта енер¬гії можна обчислити із співвідношення, яке називається рівнянням Планка: Е = hν, де Е – кількість енергії з частотою коливань ν; h – константа пропорційності, або універсальна стала Планка, що дорівнює 6,626•10–34 Дж•с. З рівняння видно, що енергія кванта тим більша, чим більша частота коливань або чим менша довжина хвилі. Постулат Планка був обгрунтований А.Ейнштейном(1905 р.).

51. Закони відбивання і заломлення світла.

Закони заломлення:

1) Відношення стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря): .

2) Заломлений промінь, падаючий промінь і нормаль до поверхні поділу середовищ знаходяться в одній площині.

Крім відносного показника заломлення, в оптиці користуються поняттям і абсолютного показника заломлення.

Абсолютний показник заломлення речовини — відношення швидкості світла у вакуумі (або в повітрі) до швидкості світла в даній речовині: , тоді .

закон повного відбивання світла: при переході світлового променя з оптично більш густого середовища в оптично менш густе на межі поділу цих середовищ може виникати повне відбивання променя за умови, що значення кута падіння перевищить деяке критичне значення, стале для даних двох середовищ.

52.Тиск свiтлових променiв;дослiди Лэбэдэва.

Світлови́й тиск — тиск, який світло чинить на тіло, в якому поглинається, або від якого відбивається.

Теоретично існування світлового тиску передбачив Максвелл в 1871 році, а експериментально дослідив П. М. Лебедєв у 1900

Світло складається з фотонів, кожен з яких має імпульс

,

де — частота, — зведена стала Планка, c — швидкість світла у вакуумі.

За законом збереження імпульсу при поглинанні фотона цей імпульс передається тілу, що його поглинуло. При відбитті світла імпульс фотона міняється на протилежний, а тіло, від якого відбивається світловий промінь, отримує вдвічі більший імпульс.

53.Розкладання білого світла призмою;Суцiльний спектр.

Призма — оптичний елемент у формі багатогранного тіла з прозорого для світла матеріалу, яке застосовують для зміни напряму поширення пучків світла, розкладання білого світла в спектр,поляризації світла тощо.

Для розкладу світла в спектр найчастіше використовуються трикутні призми. Властивість призми розкладати світло зумовлена явищем дисперсії світла — залежністю показника заломленняматеріалу призми від частоти.

Для розділення пучка променів на два використовуються біпризми.

54.Ультрафiолетовi та iнфакраснi променi.

Инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 1011 до 3,75 • 1014 Гц называется инфракрасным излучением. Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится. Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел. Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.

Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны = 780 нм — 1 мм). Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.

Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д. Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое. Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.

Ультрафполетовое излучение. Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 1014 до 3 • 1016 Гц называется ультрафполетовым излучением (длина волны = 10—380 нм).

Обнаружить ультрафполетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом. Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фполетовой областью спектра.

Ультрафполетовое излучение отличается высокой химической активностью. Повышенную чувствительность к ультрафполетовому излучению имеет фотоэмульсия. В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу. После проявления бумага почернеет за фполетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.

Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы. Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.

Ультрафполетовые лучи оказывают также бактерицидное действие. Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.