18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды источников тока
Электризация тел при трении (соприкосновении) объясняется переходом части электронов с одного тела на другое. При этом первое тело заряжается положительно, а второе - отрицательно. Суммарный же заряд двух тел не изменяется, что является проявлением закона сохранения электрического заряда. Одноименно заряженные тела (или частицы) отталкиваются друг от друга, а разноименно заряженные - притягиваются. Каждый из взаимодействующих зарядов создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое изображают с помощью силовых линий (см. рис.). Это поле материально, непрерывно в пространстве, способно действовать на другие электрические заряды. Металл в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. В обычных условиях в соответствии с законом сохранения заряда металл электрически нейтрален. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны под действием электрических сил (притяжения и отталкивания) начнут двигаться упорядочение, т. е. преимущественно в одном направлении. Такое движение электронов называется электрическим током. Скорость движения электронов - до нескольких миллиметров в секунду, а скорость распространения электрического поля 300 000 км/с. Поэтому при создании электрического поля в проводнике все свободные электроны практически одновременно придут в упорядоченное движение. Для создания постоянного тока в проводнике необходимо в нем все время поддерживать электрическое поле. Электрическое поле в проводниках замкнутой электрической цепи создается и поддерживается с помощью источников постоянного тока. Наиболее широкое распространение в практике получили: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи. Принцип действия их разный, например, первые два вида источников тока преобразуют химическую, третий - механическую, четвертый - солнечную энергию в электрическую.
19. Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индукции и ее использование в технических устройствах
Если электрический ток создает магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля получить электрический ток? - такую задачу поставил английский физик Фарадей, узнав об открытии Эрстеда. Многочисленные опыты и раздумья привели Фарадея к успеху. Если к катушке с большим числом витков подключить гальванометр, то, перемещая вдоль катушки постоянный магнит (рис. 1), можно наблюдать отклонение стрелки прибора, т. е. возникновение индукционного электрического тока. При остановке магнита ток прекращается, при движении магнита в обратную сторону меняется направление тока. Многочисленные опыты подтверждают, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего катушки, в ней возникает индукционный ток. Это явление назвали электромагнитной индукцией. Она возникает при перемещении магнита (электромагнита) относительно катушки или катушки относительно магнита; при замыкании - размыкании цепи или изменении тока во второй катушке, если она находится на одном железном сердечнике с первой катушкой. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия индукционных генераторов (постоянного и переменного тока), трансформаторов, микрофонов и громкоговорителей. Электродинамический микрофон (рис. 2) состоит из ГП - образного постоянного магнита 3, в промежутке между полюсами магнита находится катушка 1, каркас которой соединен с мебраной 2. Под действием звуков мембрана будет колебаться и в катушке возникает индукционный ток, который усиливается с помощью усилителя низкой частоты и воспроизводится громкоговорителем. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуковых колебаний в электрическую энергию индукционного тока.
20. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соедин-е проводников
Напряжение, сила тока и сопротивление - физические величины, характеризующие явления, происходящие в электрических цепях. Эти величины связаны между собой. Эту связь впервые изучил немецкий физик 0м. Закон Ома звучит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно пропорциональна сопротивлению участка (при заданном напряжении): I = U / R, из формулы следует, что U = I×R и R = U / I. Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от силы тока, то последнюю формулу надо читать так: сопротивление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему тока. В электрических цепях чаще всего проводники (потребители электрической энергии) соединяются последовательно (например, лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы). При последовательном соединении (рис. 1) сила тока в обоих проводниках (лампочках) одинакова: I = I1 = I2, напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжения на первой и второй лампочках: U = U1 + U2. Общее сопротивление участка равно сумме сопротивлений лампочек R = R1 + R2. При параллельном соединении (рис. 2) резисторов напряжение на участке цепи и на концах резисторов одинаково: U = U1 = U2. сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных резисторах: I = I1 + I2. Общее сопротивление участка меньше сопротивления каждого резистора. Если сопротивления резисторов одинаковы (R1 = R2) то общее сопротивление участка
Если в цепь включено параллельно три и более резисторов, то общее сопротивление может быть найдено по формуле
: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. Параллельно соединяются сетевые потребители, которые рассчитаны на напряжение, равное напряжению сети.
21. Законы отражения и преломления света. Показатель преломления. Практическое использование этих законов
При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во вторую среду, если она прозрачна, изменяя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется. Закон отражения. Угол падения равен углу отражения (a = b ). Падающий луч AO, отраженный луч OB и перпендикуляр OC, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости (рис. 1). Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный OB лежат в одной плоскости с перпендикуляром CD, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред (рис. 2). Отношение синусов угла падения а и угла преломления р постоянно для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды по отношению к первой:
. Законы отражения света учитываются при построении изображения предмета в зеркалах (плоском, вогнутом и выпуклом) и проявляются в зеркальном отражении в перископах, в прожекторах, автомобильных фарах и во многих других технических устройствах. Законы преломления света учитываются при построении изображения во всевозможных линзах, призмах и их совокупности (микроскоп, телескоп), а также в оптических приборах (бинокли, спектральные аппараты, фотоаппараты и проекционные аппараты).
22. Линзы. Фокус линзы. Построение изображений в собирающей линзе. Использование линз в оптических приборах
Прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими поверхностями, называются линзами. Выпуклые линзы, у которых середина толще, чем края, являются собирающими (рис. 1а), а вогнутые линзы, у которых середина тоньше, чем края, являются рассеивающими (рис. 1б). Прямая, проходящая через центры C1 и C2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 2). Если направить на линзу пучок лучей, параллельных оптической оси, то после двойного преломления они собираются в одной точке, называемой фокусом линзы F (рис. 3а). OF - фокусное расстояние линзы. Фокус рассеивающей линзы мнимый (рис. 3б). Линзы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны поверхностей, называют тонкими. Для построения изображений в собирающей тонкой линзе, фокусы и оптический центр которых заданы, будем пользоваться лучами, ход которых заранее известен. Построим изображение предмета АВ (рис. 4). Для этого направим луч AC параллельно главной оптической оси. После преломления он пройдет через фокус линзы. Другой луч AO проходит через оптический центр не преломляясь. В точке пересечения этих лучей будет находиться изображение A1 точки A. Не следует думать, что изображение создается двумя или тремя лучами, оно создается бесконечным множеством лучей, вышедших из точки А и собравшихся в точке А1. Такое же построение можно сделать для всех точек предмета, которые находятся между точками A и B. Изображение этих промежуточных точек будет лежать между точками A1 и B1, т. е. A1B1 - изображение предмета AB. От положения предмета по отношению к линзе зависит его изображение. Если предмет находится на расстоянии F<d <2×F, то изображение действительное, увеличенное, обратное; если 2F<d, то изображение действительное, уменьшенное, обратное; d<F, то изображение мнимое, прямое, увеличенное, где d - расстояние от предмета до линзы. Например, для фотоаппарата d>2×F. Линзы являются главными частями оптических приборов, глаза, лупы, фотоаппарата, микроскопа и т. д.
