38)Переме?нный ток, ac (англ. Alternating current — переменный ток) — электрический ток, который периодически изменяется по модулю и направлению.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае мгновенные значения тока и напряжения изменяются по гармоническому закону.

В устройствах-потребителях постоянного тока переменный ток часто преобразуется выпрямителями для получения постоянного тока.

Сопротивление, включенное в цепь переменного тока, в котором происходит превращение электрической энергии в полезную рабо­ту или в тепловую энергию, называется активным сопротивлением.

К активным сопротивлениям при промышленной частоте (50 гц) относятся, например, электрические лампы накаливания и электро­нагревательные устройства.

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряже­ния сила тока I=0, а при включении конденсатора в цепь пере­менного напряжения сила тока I ? 0. Следовательно, конденса­тор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты).

Чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току).

Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна p/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и емкостной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.

Мгновенное значение силы тока: i=l0 sin a

Пусть переменный ток проходит по проводнику данного сопротивления и в каждую секунду в проводнике выделяется некоторое количество теплоты. Очевидно, по этому проводнику можно пропустить такой постоянный ток, чтобы в секунду выделилось такое же количество теплоты, как и в случае переменного тока.

По закону Джоуля—Ленца Qpost=I2Rt.В случае переменного тока это количество теплоты можно рассчитать по формуле Qper=hPit,где hPi-средняя мощность за период. Как мы видели в предыдущем параграфе,hPi=hI2iR-I20/2 R Приравняв LaTeX: Qpost = Qper, получим I2Rt=hI2iRt=I20/2 Rt. остюда I2=hI2I относитсяId=под корнемhI2I,Id=I0/под корнем2.

39)Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

Стержневой

Броневой

Тороидальный

Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

магнитная система (магнитопровод)

обмотки

система охлаждения

Электромагнитные волны

40)Электромагни?тное излуче?ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитное излучение подразделяется на

радиоволны (начиная со сверхдлинных),

инфракрасное излучение,

видимый свет,

ультрафиолетовое излучение,

рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение)

В том, что распространение механических волн происходит не мгновенно, нас убеждают простейшие наблюдения. Каждый видел, как постепенно и равномерно расширяются круги на воде или как бегут морские волны. Здесь мы непосредственно видим, что распространение колебаний из одного места в другое занимает определенное время. Но и для звуковых волн, которые в обычных условиях невидимы, легко обнаруживается то же самое. Если вдали происходит гроза, выстрел, взрыв, свисток паровоза, удар топора и т. п., то мы сначала видим эти явления и лишь спустя известное время слышим звук (рис. 63). Чем дальше от нас источник звука, тем больше запаздывание. Промежуток времени между вспышкой молнии и ударом грома может доходить иногда до нескольких десятков секунд. Зная расстояние от источника звука и измерив запаздывание звука, можно определить скорость его распространения. В сухом воздухе при температуре 10 °С эта скорость оказалась равной 337,5 м/с. Для сравнения напомним, что современные самолеты могут развивать скорости, превышающие скорость звука в воздухе (так называемые сверхзвуковые скорости), а артиллерийские снаряды летят со скоростями 1,5 км/с и более. Скорость ракет, выводящих на орбиту искусственные спутники Земли, должна достигать значений, превышающих 8 км/с.

По признаку распространения в пространстве: стоячие, бегущие.

По характеру волны: колебательные, уединённые (солитоны).

По типу волн: поперечные, продольные, смешанного типа.

По законам, описывающим волновой процесс: линейные, нелинейные.

По свойствам субстанции: волны в дискретных структурах, волны в непрерывных субстанциях.

По геометрии: сферические (пространственные), одномерные (плоские), спиральные.

ЧАСТОТА ВОЛНЫ

ЧАСТОТА ВОЛНЫ, число полных колебаний или циклов волны, совершенных в единицу времени; если за 1 секунду, то измеряется в ГЕРЦАХ. Ее можно вычислить, разделив скорость распространения волны на длину волны. Согласно КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ, частота любого ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (включая свет, радиоволны, рентгеновское излучение) пропорциональна энергии составляющих его фотонов. Многие характеристики электромагнитного излучения зависят от частоты.

Длина? волны? — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой L lambda. По аналогии с возникающими волнами в воде от брошенного в неё камня — расстояние между двумя соседними гребнями волны. Одна из основных характеристик колебаний.

41)Как показывает опыт, электромагнитные волны могут производить различные действия: нагревание тел при поглощении света, вырывание электронов с поверхности металла под действием света (фотоэффект). Это свидетельствует о том, что электромагнитные волны переносят энергию. Эта энергия заключена в распространяющихся в пространстве электрическом и магнитном полях.

В курсе электричества и магнетизма было показано, что объемная плотность энергии электрического поля равна wE=E0E2/2

а магнитного поля – WE=B2/2u0

где E0 и u0 – электрическая и магнитная постоянные. Таким образом, полная плотность энергии электромагнитной волны равна w=eOE2/2+B2/u0

Мы уже говорили о том, как в опытах с электромагнитными волнами была подтверждена теория Максвелла. Опыты Герца быстро стали известны ученым всего мира; возникла мысль об использовании электромагнитных волн для связи и даже для передачи энергии без проводов. Однако никто не указал практических путей для осуществления этой идеи. Сам Герц, находясь под впечатлением исключительно слабого действия волн в его опытах, по-видимому, сомневался в возможности использования этих волн для связи. Таково было положение дела к началу работ русского физика и электротехника Александра Степановича Попова (1859—1905). Начав с повторения опытов Герца, Попов усовершенствовал приборы и уже через год (в 1889 г.) добился того, что искры в его приемных резонаторах были хорошо видны большой аудитории без специального затемнения помещения. Очень скоро Попову стало ясно, что для практического использования электромагнитных волн надо в первую очередь создать чувствительный и удобный приемник.

К 1894 г. Попов построил такой приемник, причем основные принципиальные особенности его устройства сохранились и в современной приемной аппаратуре. Что же представлял собой первый приемник Попова, и как он работал?

Для увеличения чувствительности приемника Попов использовал явление резонанса. Крупной заслугой Попова является изобретение высоко поднятой приемной антенны, которая значительно увеличивает дальность действия приемника и применяется в любой радиоприемной станции и поныне.

Вторая существенная особенность приемника Попова связана со способом регистрации волн. Для этой цели Попов применил не искру, а специальный прибор — когерер, незадолго до этого изобретенный Бранли и применявшийся для лабораторных опытов.

Электромагнитные волны в настоящее время широко применяются в различных областях радиоэлектроники (отрасль науки и техники, использующая электромагнитные волны для передачи, приема и преобразования информации): радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация, радиоуправление, радиотелеметрия, радиометеорология, радиоразведка и др.

Остановимся на принципах современной радиотелефонной связи.

Радиопередачи стали возможны после создания генератора незатухающих колебаний. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что для радиосвязи необходимы колебания высокой частоты, а колебания звукового диапазона — низкочастотные колебания, для излучения которых невозможно построить эффективные антенны. Поэтому колебания звуковой частоты приходится тем или иным способом накладывать на колебания высокой частоты, которые уже переносят их на большие расстояния.

Радиопередающее устройство содержит следующие основные элементы (рис. 1): Г — задающий генератор колебаний высокой частоты, преобразующий энергию источника постоянного напряжения в гармонические колебания высокой частоты. Частоту этих колебаний называют несущей. Она должна быть строго постоянной;

МК — преобразователь сообщений в электрический сигнал, используемый для модуляции колебаний несущей частоты. Вид преобразователя зависит от физической природы передаваемого сигнала: при звуковом сигнале преобразователем является микрофон, при передаче изображений — передающая телевизионная трубка:

? — модулятор, в котором происходит модуляция высокочастотного сигнала в соответствии с частотой звукового сигнала, несущего информацию, подлежащую передаче;

УВЧ — обычно имеется один или два каскада усилителя мощности модулированного сигнала;

?1 — излучающая антенна, предназначенная для излучения электромагнитных волн в окружающее пространство.

Под воздействием электромагнитных волн, излучаемых антеннами передатчиков, в антенне радиоприемника (рис. 5) возникают вынужденные модулированные колебания.

Один из элементов контура, например конденсатор С, делается переменной емкости для настройки в резонанс с какой-то станцией. В контуре возникнут модулированные высокочастотные колебания

Этот высокочастотный модулированный сигнал не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона со звуковой частотой. Он только возбудит высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. При большой частоте мембрана вследствие инертности не будет успевать смещаться сколько-нибудь значительно за малое время, равное периоду высокочастотных колебаний. Поэтому этот модулированный сигнал подается на детектор (вакуумный или кристаллический полупроводниковый диод), обладающий односторонней проводимостью. После прохождения детектора получаются детектированные колебания, представляющие собой суперпозицию выпрямленных колебаний высокой и низкой частот

Для окончательного отделения звуковой частоты от высокой параллельно с телефоном включают блокировочный конденсатор C1. Его емкость подбирается так, чтобы емкостное сопротивление (1/wC1) для низких частот было гораздо больше, чем индуктивное сопротивление телефона. А телефон представляет большое индуктивное сопротивление (wL) для высокой частоты. Тогда токи высокой частоты пойдут через конденсатор, а низкой — через телефон. Мембрана телефона будет колебаться аналогично мембране микрофона, и мы услышим точно такой же звук, как перед микрофоном

Детекторный приемник очень прост, надежен, не требует источников питания. Это отсутствие источника является и недостатком его. Он принимает сигналы только от близких и очень мощных радиостанций. Если необходимо принять слабый сигнал, то его нужно предварительно усилить. Для этого используют, например, триод, который играет в нашей схеме роль детектора и усилителя одновременно. Схема простейшего приемника с ламповым усилителем.

Модулированные вынужденные колебания контура подаются теперь на сетку триода и вызывают значительные изменения силы тока в его анодной цепи, которые происходят в такт с колебаниями, излучаемыми антенной передатчика. А далее усиленный детектированный сигнал попадает на телефон ? и фильтр C1, где низкая частота окончательно отделяется от высокой. Для значительного усиления используются многокаскадные приемники.

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.

42)Рассмотрим свободные затухающие колебания – колебания, у которых амплитуды из-за потерь энергии колебательной системой с течением времени убывают. Простейшим механизмом убывания энергии колебаний есть ее превращение в теплоту вследствие трения в механических колебательных системах, а также потерь, связанных с выделением теплоты, и излучения электромагнитной энергии в электрических колебательных системах.

Вид закономерностей затухания колебаний задается свойствами колебательных систем. Обычно рассматривают линейные системы — идеализированные реальные системы, параметры которых, определяющие физические свойства системы, в ходе процесса остаются неизменными. Например, линейными системами являются пружинный маятник при малых растяжениях пружины (когда выполняется закон Гука), колебательный контур, у которого сопротивление, индуктивность и емкость не зависят ни от тока в контуре, ни от напряжения. Различные по своей природе линейные системы описываются аналогичными линейными дифференциальными уравнениями, что дает основания подходить к изучению колебаний различной физической природы с единой точки зрения, а также моделировать их, в том числе и на ЭВМ.

половина периода: Когда лампа пришла в рабочее состояние и может пропускать ток, ключ замыкают. Постоянный ток идёт по анодной цепи и заряжает конденсатор (нижнюю обкладку – положительно). Когда конденсатор зарядится до максимального заряда, ток прекращается и колебательный контур предоставлен самому себе. Конденсатор начинает разряжаться, через катушку L течёт переменный ток: растущий в периода и убывающий во периода. Он создаёт переменное магнитное поле, направление которого определяем по правилу буравчика. Такое же магнитное поле возникает и в катушке L1, которая индуктивно связана с катушкой колебательного контура. В катушке L1 возникает индукционный ток, направленный к сетке лампы. На сетке накапливается положительный заряд, лампа открыта, ток через неё идёт, в колебательном контуре совпадает по направлению с током перезарядки и восполняет все потери энергии в колебательном контуре. Конденсатор перезарядится до максимального заряда.

2-ая половина периода: К началу второй половины периода, конденсатор перезарядился. Теперь его верхняя обкладка заряжена положительно и в колебательном контуре ток разрядки течёт в противоположном направлении. Магнитное поле в катушках L и L1 направлено вниз, и индукционный ток идёт от сетки. Сетка заряжается отрицательно, лампа заперта, ток через неё не идёт и колебательный контур предоставлен самому себе. В нём идёт 2-ая половина периода, происходит расход энергии на работу против сопротивления. Эта утечка энергии восстановится в течение 1-ой половины следующего периода.

Автоколебания — незатухающие колебания в диссипативной динамической системе с нелинейной обратной связью, поддерживающиеся за счёт энергии постоянного, то есть непериодического внешнего воздействия.[1]

Автоколебания отличаются от вынужденных колебаний тем, что последние вызваны периодическим внешним воздействием и происходят с частотой этого воздействия, в то время как возникновение автоколебаний и их частота определяются внутренними свойствами самой автоколебательной системы.

Термин автоколебания в русскоязычную терминологию введён А. А. Андроновым в 1928 году.

Автоколебания могут иметь различную природу: механическую, тепловую, электромагнитную, химическую. Механизм возникновения и поддержания автоколебаний в разных системах может основываться на разных законах физики или химии. Для точного количественного описания автоколебаний разных систем может потребоваться разный математический аппарат. Тем не менее, можно представить схему, общую для всех автоколебательных систем, качественно описывающую этот механизм

43)Колебательный контур, состоящий из катушки, замкнутой на конденсатор, является источником электромагнитных колебаний, при которых электрическая энергия заряженного конденсатора периодически превращается в энергию магнитного поля катушки.

Формула Томсона названа в честь английского физика Уильяма Томсона, который вывел её в 1853 году, и связывает период собственных электрических колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.[1]

Формула Томсона выглядит следующим образом T=2П под корнем LC

Оптика

Природа света

44)Волновая теория света. Наблюдение явлений диффракции навело на мысль о световых волнах. В 1665 г. Гримальди писал: «Подобно тому, как вокруг камня, брошенного в воду (как вокруг центра), образуются круговые возвышения воды, точно так же вокруг тени непрозрачного предмета возникают блестящие полосы, которые соответственно форме последнего либо распространяются в длину или же изгибаются дугообразно. Далее, подобно тому, как те круговые волны представляют простое скопление воды, вокруг которого с обеих сторон тянется углубление, так и блестящие полосы суть не что иное, как свет, распределенный неравномерно вследствие сильного рассеяния и прорезанный теневыми промежутками». Здесь не сформулировано волновой гипотезы, сделан лишь робкий намек, проведена аналогия; но это было хорошим стимулирующим началом.

Дальше Гримальди идет Гук. На одном из заседаний Лондонского Королевского общества в 1675 г. он заявил: «Свет есть колебательное или дрожательное движение среды, происходящее вследствие подобного же движения светящегося тела, подобно звуку, который всегда объясняется дрожанием среды, проводящей его, получающимся от дрожательного движения звучащего тела. Как в звуке пропорциональные колебания производят различные гармонии, так же и в свете получаются различные странные и приятные цвета посредством смешения пропорциональных и гармоничных движений. Одни ощущаются ухом, другие глазом».

Мысль об аналогии световых и звуковых явлений мелькает у древних и в эпоху Возрождения. Гук, однако, обогащает аналогию света и звука намеком на связь цветов с колебательными («пропорциональными и гармоничными») движениями, намеком на периодичность света. Мысль в высшей степени плодотворна, но Гук ее не развивает.

Дальнейшее развитие волновая гипотеза получила в «Трактате о свете» Христиана Гюйгенса (1629—1695). ЕГ этой небольшой книжке, вышедшей в 1690 г., содержится вошедшее в физику под названием принципа Гюйгенса предположение о механизме распространения света. Светящийся предмет, так же как и звучащее тело, приводит в движение окружающую среду, и это движение «распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами». Принцип формулировался так.

«Каждая частица вещества, в котором распространяется волна, сообщает свое движение не только ближайшей частице, лежащей на прямой, проведенной от светящейся точки, но и необходимо сообщает его также всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее движению. Таким образом, вокруг каждой частицы должна образоваться волна, центром которой она является».

Итак, свет, по Гюйгенсу,— это распространение импульсов, возбуждаемых светящимся телом в упругом эфире.

Гипотезы Ньютона и их развитие. Фундамент учения о свете заложил Исаак Ньютон. В 1672 г. Ньютон прислал секретарю Лондонского Королевского общества Ольденбургу письмо, в котором высказал намерение сделать сообщение на еженедельном заседании Общества «Об одном философском открытии». Письмо кончалось так. «По моему суждению, это страннейшее, если не самое значительное открытие, которое когда-либо делалось в отношении действий природы».

Серией в высшей степени убедительных экспериментов Ньютон устанавливает следующие фундаментальные факты оптики.

Причина цветов находится не в телах, а в свете; цвета являются прирожденными свойствами света.

Показатель преломления находится в строгой зависимости от цвета луча.

Принцип неизменности простого цвета.

Скорость света в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме[2]. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c» (произносится как [це]). Скорость света в вакууме — фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО). Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом. По современным представлениям, скорость света в вакууме — предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

Опыты Майкельсона — класс физических экспериментов, исследующих зависимость скорости распространения света от направления. В настоящее время (2011 год) точность опытов позволяет найти относительные отклонения изотропности скорости света в единицы 10?16, однако на этом уровне отклонения не найдены. Опыты Майкельсона являются эмпирической основой принципа инвариантности скорости света, входящего в общую теорию относительности (ОТО) и специальную теорию относительности (СТО).

Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Исторически появился термин «невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 740 нанометров, что соответствует частотам от 790 до 405 терагерц, соответственно.

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ

теория, основы который были заложены в 1900 физиком Максом Планком. Согласно этой теории, атомы всегда излучают или принимают лучевую энергию только порциями, прерывно, а именно определенными квантами (кванты энергии), величина энергии которых равна частоте колебаний (скорость света, деленная на длину волны) соответствующего вида излучения, умноженной на планковский квант действия (см. Константа, Микрофизика, а также Квантовая механика). Квантовая теория была положена (гл. о. Эйнштейном) в основу квантовой теории света (корпускулярная теория света), по которой свет также состоит из квантов, движущихся со скоростью света (световые кванты, фотоны).

Корпускуля?рно-волново?й дуали?зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля.

Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.

Волновые свойства света

45) Гюйгенс участвовал в современных ему спорах о природе света. В 1678 году он выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал т. н. принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции.

Ему принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа, использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого в параграфе об астрономии. Также он является изобретателем диаскопического проектора — т. н. «волшебного фонаря».

Изобрел окуляр Гюйгенса, состоящий из двух плосковыпуклых линз.

Отражение — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения).

В акустике отражение является причиной эха и используется в гидролокации. В геологии оно играет важную роль в изучении сейсмических волн. Отражение наблюдается на поверхностных волнах в водоёмах. Отражение наблюдается со многими типами электромагнитных волн, не только для видимого света. Отражение УКВ и радиоволн более высоких частот имеет важное значение для радиопередач и радиолокации. Даже жёсткое рентгеновское излучение и гамма-лучи могут быть отражены на малых углах к поверхности специально изготовленными зеркалами. В медицине отражение ультразвука на границах раздела тканей и органов используется при проведении УЗИ-диагностики.

1 . На границе раздела двух сред различной оптической плотности луч света при переходе из одной среды в другую меняет своё направление.

2. При переходе луча света в среду с большей оптической плотностью угол преломления меньше угла падения; при переходе луча света из оптически более плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения.

Преломление света сопровождается отражением, причём с увеличением угла падения яркость отражённого пучка возрастает, а преломлённого ослабевает. Это можно увидеть проводя опыт, изображённом на рисунке. Следовательно, отражённый пучок уносит с собой тем больше световой энергии, чем больше угол падения.

Физический смысл относительного показателя преломления (иначе показателя преломления второй среды относительно первой):

он показывает во сколько раз скорость света в той среде, из которой луч выходит, больше скорости света в той среде, в которую он входит:n=n2/n1=U1/U2

Кроме того, каждая среда, через которую проходит луч света, характеризуется абсолютным показателем преломления:n1=c/U1 n2=c/U2

Абсолютный показатель преломления - это показатель преломления среды относительно вакуума.

Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде.

Внутреннее отраже?ние — явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует бо?льшему показателю преломления).

46)Дисперсия света — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

Особое качество поверхностей тел или всей массы, оцениваемое глазом после действия на сетчатку световых лучей, распространяющихся от этих поверхностей или сквозь тела к глазу. Цвета могут быть естественные — от природы тел (красное дерево, золото, медь, слоновая кость, малахит), и искусственные — с помощью наложенных на поверхность тела красок или особых очень тонких прозрачных и прочных пленок (Ц. тонких пленок получаются от явления интерференции подобно Ц. мыльных пузырей, тонких пластинок слюды, коллодиона и пр. — см. Интерференция). При рассматривании тел мы не только составляем представление об относительном их положении, размере и форме, но и испытываем от них специальные ощущения — цветов, воспринимаемые определенными центрами головного мозга вследствие некоторых не вполне еще выясненных изменений в элементах сетчатки вблизи ее наружной поверхности. Физическое учение о цветах называется иногда хроматизмом, а в соответствие этому чувство Ц. называют хроматическим чувством. Ц. тел есть Ц. лучей, распространяющихся от тел к сетчатке. В зависимости от источника света, освещающего предмет, Ц. его может резко меняться. Красный кумач при освещении желтыми лучами натровой б. горелки или зелеными — таллиевой горелки будет нам казаться черным. При дневном рассеянном солнечном свете мы можем различать большое разнообразие цветов.

Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового числа, энергии кванта и т. п.) излучения. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Для различных веществ спектры поглощения различны.

Исторически первые наблюдения линейчатых оптических спектров поглощения в спектре Солнца проделал в 1802 году Волластон, но не придал открытию значения, поэтому эти линии были названы «фраунгоферовыми» в честь другого учёного Фраунгофера, который детально изучил их в 1814—1815 гг.

Эмиссионный спектр, спектр излучения, спектр испускания — относительная[1] интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот.

Обычно изучается излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне от сильно нагретого вещества. Спектр излучения вещества представляют либо в виде горизонтальной цветовой полосы — результат расщепления света от объекта призмой — либо в виде графика относительной интенсивности, либо в виде таблицы.

видимой области излучение Солнца имеет непрерывный спектр, на фоне которого заметно несколько десятков тысяч темных линий поглощения (рис. 123), называемых фраунгоферовыми по имени австрийского физика Фраунгофера, впервые описавшего эти линии в 1814 г.

Наибольшей интенсивности непрерывный спектр достигает в синезеленой части спектра, у длин волн 4300-5000 A (см рис. 91). В обе стороны от максимума интенсивность солнечного излучения убывает.

Солнечный спектр далеко простирается в невидимые коротковолновую и длинноволновую области. Результаты внеатмосферных наблюдений спектра Солнца, полученные с ракет и искусственных спутников показывают, что до длин волн около 2000 A характер солнечного спектра такой же, как и в видимой области. Однако в более коротковолновой области он резко меняется: интенсивность непрерывного спектра быстро падает, г темные фраунгоферовы линии сменяются яркими эмиссионными

«Спектры звезд - это их паспорта с описанием всех их физических свойств. По спектру звезды можно узнать ее светимость (а значит, и расстояние до нее), ее температуру, размер, химический состав ее атмосферы, как качественный, так и количественный, скорость ее движения в пространстве, скорость ее вращения вокруг оси и даже то, нет ли вблизи нее другой, невидимой звезды, вместе с которой она обращается вокруг их общего центра тяжести. Существует детально разработанная классификация звездных классов (гарвардская). В Гарвардской классификации спектральные типы (классы) обозначены буквами латинского алфавита: О, В, A, F, G, К и М. Поскольку в эпоху разработки этой классификации связь между видом спектра и температурой не была еще известна, то после установления соответствующей зависимости пришлось изменить порядок спектральных классов, который первоначально совпадал с алфавитным расположением букв. Подклассы обозначены цифрами от 0 до 9 после буквы, обозначающей класс. Спектры большинства звезд характеризуются наличием линий поглощения

В физике когерентностью называется скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Классический пример двух когерентных колебаний — это два синусоидальных колебания одинаковой частоты.

Когерентность волны означает, что в различных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно — ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем. Такая ситуация может иметь место, если волна была сгенерирована не единым излучателем, а совокупностью одинаковых, но независимых (то есть нескоррелированных) излучателей.

Изучение когерентности световых волн приводит к понятиям временно?й и пространственной когерентности. При распространении электромагнитных волн в волноводах могут иметь место фазовые сингулярности. В случае волн на воде когерентность волны определяет так называемая вторая периодичность.

Без когерентности невозможно наблюдать такое явление, как интерференция.

Монохромное излучение, Мо?нохромати?ческое излуче?ние (от моно… и греч. chroma, родительный падеж chromatos — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной длиной волны.

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения(суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

48)Дифракция света, явления, наблюдающиеся при распространении света мимо резких краёв непрозрачных или прозрачных тел, сквозь узкие отверстия. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие Д. с. при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос (рис. 1 и 2). Поскольку дифракция свойственна всякому волновому движению, открытие Д. с. в 17 в. итальянским физиком и астрономом Ф. Гримальди и её объяснение в начале 19 в. французским физиком О. Френелем явились одним из основных доказательств волновой природы света.

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья.

49) Голография (от греч. holos grapho – полная запись) – особый способ записи информации. В 1948 г. английский физик (венгр по национальности) Денис Габор высказал идею принципиально нового метода получения объемных изображений объектов. Он предложил регистрировать с помощью фотопластинки не только амплитуды и интенсивности, как с помощью обычной фотографии, но и фазы рассеянных объектом волн, воспользовавшись для этого явлением интерференции волн. Это позволяет избавиться от потери информации при фиксировании оптических изображений. Однако, практическое применение этот способ нашел только после изобретения лазеров – источников света высокой степени когерентности (временн?й и пространственной). В 1963 г. были получены первые лазерные голограммы.

Поляриза?ция волн — явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического или магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.[1]

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

несимметричная генерация волн в источнике возмущения;

анизотропность среды распространения волн;

преломление и отражение на границе двух сред.

Зависимость мгновенных потенциалов при круговой поляризации

Основными являются два вида поляризации:

линейная — колебания возмущения происходит в какой-то одной плоскости. В таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне»;

круговая — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.

Поляроид — название синтетической пластиковой плёнки, используемой для поляризации света. Обычный свет превращается в плоскополяризированный, проходя через пластинки, сделанные из материала, называемого поляроидом, или через кристаллы кальцита (особая кристаллическая форма CaCO3), расположенные таким образом, что они образуют так называемую призму Николя.

Хорошим поляроидом являются кристаллы турмалина. Уже при толщине кристалла турмалина около 1 мм в нём практически полностью поглощается обыкновенный луч. Хорошим поляроидом также является герапатит, в котором уже при толщине 0,1 мм практически полностью поглощается один из лучей.

Если поляроид используется для получения поляризованного света, то он называется поляризатором.

50)Инфракра?сное излуче?ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] ? = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (? ~ 1—2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с ? = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50% излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами[2].

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: ? = 0,74—2,5 мкм;

средневолновая область: ? = 2,5—50 мкм;

длинноволновая область: ? = 50—2000 мкм;

Медицина

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии.

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Антикоррозийное средство

Инфракрасные лучи применяются с целью предотвращения коррозии поверхностей, покрываемых лаком.

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Кроме того, инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Парниковый эффе?кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400—?1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне приходится 75 % энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли при \bar T_S равном 300 K, 75 % теплового излучения приходится на диапазон 7,8—28 мкм, для Венеры при \bar T_S равном 700 K — 3,3—12 мкм.

Видимое излучение — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок[1][2] спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).[3] Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра.

В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов.

Ультрафиоле?товое излуче?ние (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9·1014 — 3·1016 Герц).

Лампа чёрного света — лампа, которая излучает преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой области спектра (диапазон UVA) и даёт крайне мало видимого света.

Для защиты документов от подделки их часто снабжают ультрафиолетовыми метками, которые видны только в условиях ультрафиолетового освещения. Большинство паспортов, а также банкноты различных стран содержат защитные элементы в виде краски или нитей, светящихся в ультрафиолете.

Ультрафиолетовое излучение, даваемое лампами чёрного света, является достаточно мягким и оказывает наименее серьёзное негативное влияние на здоровье человека. Однако при использовании данных ламп в темном помещении существует некоторая опасность связанная именно с незначительным излучением в видимом спектре. Это обусловлено тем, что в темноте зрачок расширяется и относительно большая часть излучения беспрепятственно попадает на сетчатку.

51)Рентге?новское излуче?ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10?2 до 103 A (от 10?12 до 10?7 м).[1]

При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов (см. также рентгенография и рентгеноскопия). При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома.

Глаз человека приспособлен к восприятию лишь световых солнечных лучей. Другие известные науке лучи - тепловые (инфракрасные) и ультрафиолетовые, которые поступают на нашу планету вместе со световыми, а также рентгеновские и гамма-лучи, радиоволны - относятся к невидимым лучам. Как видимые, так и невидимые лучи по своей природе представляют электромагнитные волны, различающиеся между собой в основном по длине. Самыми длинными являются радиоволны (от 0,1 миллиметра до 2 тысяч метров), наиболее короткими - рентгеновские и гамма-лучи. Последние по своим свойствам и длине волн вполне аналогичны друг другу и отличаются не физической природой, а методом получения. В то время как гамма-лучи возникают в процессе так называемого распада радиоактивных веществ, рентгеновские лучи образуются при бомбардировке какого-либо тела электронами или рентгеновскими же лучами.