Инженерная графика, информационные технологии, лекции и примеры по физике

Инженерная графика
КОМПАС-3D
Компьютерные сети
Особенности локальных, глобальных
и городских сетей
Физическая структуризация сети
Маршрутизаторы
Использование служб ISDN
в корпоративных сетях
Коммуникационное оборудование
Протоколы маршрутизации
Технологии, применяемые
для создания сетей
Деление сетей на подсети.
Методы коммутации
Принципы коммутации
Удаленный доступ
DNS
Лабораторные работы по информатике
Microsoft Word
Создание и редактирование Web-страниц
Создание слайдов презентаций в среде
Power Point
Сеть Internet. Поисковые системы
Лабораторные работы по ТОЭ
Электрические цепи однофазного
синусоидального тока
Четырехполюсники и электрические фильтры
Исследование линейной электрической цепи
постоянного тока
Параллельная цепь переменного тока
Трехфазные нагрузочные цепи
Испытание однофазного трансформатора
Испытание генератора постоянного тока
Испытание асинхронного короткозамкнутого
двигателя
Испытание синхронного двигателя
Исследование переходных процессов в линейной
электрической цепи первого порядка
Исследование переходных процессов в линейной
электрической цепи второго порядка
Исследование полупроводниковых выпрямителей
Трехфазные выпрямители
Характеристики и параметры биполярных
транзисторов
Исследование усилителя постоянного тока
Исследование усилителя низкой частоты
на транзисторе
Исследование управляемого тиристорного
выпрямителя
Исследование полупроводникового стабилизатора
напряжения
Исследование дешифраторов
Исследование электрических свойств
сегнетоэлектриков
Исследование свойств ферромагнитных
материалов
Исследование температурной зависимости
сопротивления окислов металлов

Исследование электропроводности
полупроводниковых материалов

Информационные технологии

Информационные революции
Компонентная структура информационной
технологии
Перспективы развития информационных
технологий в России

Информационные системы

Обработка информации
Технологии защиты информации
Угрозы безопасности информации, их виды
Технологии искусственного интеллекта
Механизмы безопасности информации, их виды
Системы автоматической обработки текста
Понятия «информационная продукция»
Технологические процессы
Технологии баз данных
Энергетика
Программа развития ядерной энергетики
Программа развития АЭС до 2050 г
Гидроэлектростанции
Развитие ядерной индустрии в странах мира
Ядерная программа Индии
Получение плутония
Ядерная программа Пакистана
Ядерная программа Южно-африканской
республики
Эволюция ядерных арсеналов
Реакторы на тепловых нейтронах
Ядерно-энергетические комплексы
Энергетическая  безопасность
Реакторы на быстрых нейтронах
Физические основы ядерной индустрии
Деление атомных ядер под действием
нейтронов
Бета-излучение
Радиация проникающая
Источник Y-излучения

 

Курс лекций техническое черчение

  • Общие сведения об изделиях и их составных частях Виды изделий Изделием называется предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на производстве. Различают изделия основного производства и изделия вспомогательного производства. К первым относят изделия, предназначенные для поставки (реализации), ко вторым - изделия, предназначенные для собственных нужд предприятия.
  • Содержание сборочного чертежа
  • Нанесение размеров Размеры, наносимые на сборочных чертежах, можно разделить на две группы: размеры, которые должны быть выполнены и проконтролированы по данному чертежу, и размеры, не подлежащие выполнению по данному чертежу и указываемые для большего удобства пользования чертежом (справочные размеры).
  • Нанесение номеров позиций составных частей сборочной единицы На сборочном чертеже все составные части сборочной единицы нумеруют в соответствии с номерами позиций, указанными в спецификации сборочного чертежа. Поэтому, прежде чем наносить номера позиций, следует сначала составить спецификацию к сборочному чертежу.
  • Правила заполнения основной надписи. Для сборочного чертежа основная надпись выполняется по форме 1 ГОСТ 2.104-68 (размеры 55х185).
  • Уплотнительные устройства Назначение уплотнительных устройств - препятствовать проникновению через зазоры между подвижными или неподвижными частями изделия пыли, грязи, жидкости, пара, газов, масла и т.п.
  • Последовательность выполнения сборочного чертежа Сборочные чертежи выполняются при проектировании нового изделия или при вычеркивании готового изделия с натуры. Выполнение сборочного чертежа с натуры применяется в учебной практике, а также при модернизации и ремонте изделия.
  • При выполнении технических чертежей применяют ряд правил и условностей, которые позволяют существенно сократить трудоемкость выполнения чертежей и вместе с тем полностью сохранить наглядность и однозначность их понимания (чтения).
  • Общие правила оформления разрезов и сечений Штриховка, которой выделяют на чертеже сечения (независимо от того, являются сечения самостоятельными изображениями или входят в состав разреза), служит также для обозначения вида материала, из которого изготовлена деталь.
  • Классификация разрезов
  • Правила соединения вида и разреза Многие детали имеют такую форму, что при их изображении недостаточно показать только вид или только разрез, так как по разрезу иногда нельзя представить внешнюю форму детали. На рис. 15 изображена несимметричная деталь. Если показать ее полный фронтальный разрез, не будет известна высота и форма прилива на наружной поверхности детали
  • Особые случаи разрезов Некоторые детали проецируются в форме симметричной фигуры, но при их изображении нельзя соединять половину вида с половиной разреза.
  • Сечения Для выявления форм деталей наряду с разрезами применяют также сечения, если проекции не дают полного представления о форме детали, или когда применение сечения позволяет уменьшить количество видов или разрезов.
  • Построение наклонного сечения В машиностроительных чертежах встречаются детали, для выявления внутренней конструкции которых следует выполнить наклонное сечение или разрез (рис. 14). Построение изображений должно быть максимально упрощено, поэтому в качестве секущих плоскостей всегда используют плоскости частного положения.
  • Основные правила нанесения размеров Наносить на чертеж размерные линии рекомендуется, когда все изображения полностью закончены и, где это требуется, заштрихованы. Необходимо, чтобы на чертеже были указаны все размеры детали — габаритные размеры, размеры всех её элементов и «привязка» этих элементов к осям или к каким-либо плоскостям (конструкторским базам).
  • Пример выполнения РГР На рисунке приведен пример варианта задания на выполнение расчетно-графической работы «Проекционное черчение», а также наглядное изображение заданной детали с вырезом.
  • ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН В КОМПАС-3D

  • Материал пособия построен на конкретном примере поэтапного создания рабочего чертежа вала-шестерни зубчатого редуктора, поэтому структура, содержание и методика изложения соответствуют такой последовательности. Это способствует целевому поэтапному ознакомлению со всем необходимым набором меню, панелей, кнопок, команд системы, с предназначением и техникой работы с ними.
  • ВЫПОЛНЕНИЕ рабочего чертежа вала-ШЕСТЕРНИ Построение профиля главного вида
  • Построение фасок и галтелей Фаски и галтели являются стандартизованными элементами конструкций деталей. Все фаски и закругления (галтели) должны соответствовать ГОСТ 10948-64 «Радиусы закруглений и фаски». В обоснованных случаях допускается применять фаски с углами, отличными от 45°. Размеры радиусов закруглений и фасок для деталей должны соответствовать указанным в таблице (неполная выборка):
  • Построение профиля канавок Канавки являются стандартизованными элементами конструкций деталей. Например, канавки для выхода резьбы должны соответствовать ГОСТ 10549-80 «Выход резьбы. Сбеги, недорезы, проточки и фаски».
  • Построение шестерни на валу
  • ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ВАЛА-ШЕСТЕРНИ
  • Нанесение шероховатости поверхностей Нанесение шероховатости поверхностей деталей на чертеже должно соответствовать ГОСТ 2.309-73 «Обозначения шероховатости поверхностей».
  • Обозначение термической обработки Нанесение обозначения термической обработки должно соответствовать ГОСТ 2.310-68 «Нанесение на чертежах обозначений покрытий, термической и других видов обработки».
  • Ввод обозначений допуска формы и расположения поверхностей Соответствующие обозначения должны соответствовать ГОСТ 2.308-79 «Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей».
  • Нанесение конусности на конический участок вала Обозначение конусности на чертеже должно соответствовать ГОСТ 2.307-68 «Нанесение размеров и предельных отклонений».
  • Нанесение обозначений выносных элементов на валу Построения должны соответствовать ГОСТ 2.305-68 «Изображения — виды, разрезы, сечения».

Физические основы механики

  • Физика — наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих формах движения материии их взаимных превращениях . Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая и др.) присутствуют во всех высших и более сложных формах движения материи (химических, биологических и др.). Поэтому они, будучи наиболее простыми, являются в то же время наиболее общими формами движения материи. Высшие и более сложные формы движения материи — предмет изучения других наук (химии, биологии и др.).
  • Физические основы механики Элементы кинематики Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения Механика — часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение — это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.
  • Рассмотрим движение материальной точки вдоль произвольной траектории
  • Ускорение и его составляющие В случае неравномерного движения важно знать, как быстро изменяется скорость с течением времени. Физической величиной, характеризующей быстроту изменения скорости по модулю и направлению, является ускорение.
  • Угловая скорость и угловое ускорение
  • Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
  • Третий закон Ньютона Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется третьим законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки
  • Закон сохранения импульса. Центр масс Для вывода закона сохранения импульса рассмотрим некоторые понятия. Совокупность материальных точек (тел), рассматриваемых как единое целое, называется механической системой. Силы взаимодействия между материальными точками механической системы называются — внутренними.
  • Уравнение движения тела переменной массы Движение некоторых тел сопровождается изменением их массы, например масса ракеты уменьшается вследствие истечения газов, образующихся при сгорании топлива, и т. п.
  • Энергия, работа, мощность Энергия — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С различными формами движения материи связывают различные формы энергии: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. В одних явлениях форма движения материи не изменяется (например, горячее тело нагревает холодное), в других — переходит в иную форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той иди иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом.
  • Кинетическая и потенциальная энергии Кинетическая энергия механической системы — это энергия механического движения этой системы.
  • Закон сохранения энергии — результат обобщения многих экспериментальных данных. Идея этого закона принадлежит М. В. Ломоносову (1711—1765), изложившему закон сохранения материи и движения, а количественная формулировка закона сохранения энергии дана немецким врачом Ю. Майером (1814—1878) и немецким естествоиспытателем Г. Гельмгольцем (1821—1894).
  • Удар абсолютно упругих и неупругих тел Примером применения законов сохранения импульса и энергии при решении реальной физической задачи является удар абсолютно упругих и неупругих тел.
  • Механика твердого тела Момент инерции При изучении вращения твердых тел будем пользоваться понятием момента инерции. Моментом инерции системы (тела) относительно данной оси называется физическая величина, равная сумме произведений масс л материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси
  • Кинетическая энергия вращения
  • Момент импульса и закон сохранения При сравнении законов вращательного и поступательного движений просматривается аналогия между ними, только во вращательном движении вместо силы «выступает» ее момент, роль массы «играет» момент инерции. Какая же величина будет аналогом импульса тела? Ею является момент импульса тела относительно оси.
  • Свободные оси. Гироскоп Для того чтобы сохранить положение оси вращения твердого тела с течением времени неизменным, используют подшипники, в которых она удерживается. Однако существуют такие оси вращения тел, которые не изменяют своей ориентации в пространстве без действия на нее внешних сил. Эти оси называются свободными осями (или осями свободного вращения).
  • Деформации твердого тела Рассматривая механику твердого тела, мы пользовались понятием абсолютно твердого тела. Однако в природе абсолютно твердых тел нет, так как все реальные тела под действием сил изменяют свою форму и размеры, т. е. деформируются.
  • Тяготение. Элементы теории поля
  • Сила тяжести и вес. Невесомость На любое тело, расположенное вблизи поверхности Земли, действует сила тяготения F, под влиянием которой и в согласии со вторым законом Ньютона тело начнет двигаться с ускорением свободного падения g.
  • Работа в поле тяготения. Потенциал поля тяготения Определим работу, совершаемую силами поля тяготения при перемещении в нем материальной точки массой т. Вычислим, например, какую надо затратить работу для удаления тела массой т от Земли
  • Космические скорости Для запуска ракет в космическое пространство надо в зависимости от поставленных целей сообщать им определенные начальные скорости, называемые космическими.
  • Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции Как уже отмечалось, законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называются неинерциальными. В неинерциальных системах законы Ньютона, вообще говоря, уже несправедливы. Однако законы динамики можно применять и для них, если кроме сил, обусловленных воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение силы особого рода — так называемые силы инерции.
  • Силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся системе отсчета. Пусть диск равномерно вращается с угловой скоростью w (w=const) вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр. На диске, на разных расстояниях от оси вращения, установлены маятники (на нитях подвешены шарики массой m). При вращении маятников вместе с диском шарики отклоняются от вертикали на некоторый угол
  • Элементы механики жидкостей Давление в жидкости и газе Молекулы газа, совершая беспорядочное, хаотическое движение, не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия, поэтому они движутся свободно и в результате соударений стремятся разлететься во все стороны, заполняя весь предоставленный им объем, т. е. объем газа определяется объемом того сосуда, который газ занимает.
  • Уравнение неразрывности Движение жидкостей называется течением, а совокупность частиц движущейся жидкости — потоком. Графически движение жидкостей изображается с помощью линий тока, которые проводятся так, что касательные к ним совпадают по направлению с вектором скорости жидкости в соответствующих точках пространства
  • Уравнение Бернулли
  • Вязкость (внутреннее трение) — это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.
  • Методы определения вязкости Метод Стокса. Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы.
  • Движение тел в жидкостях и газах Одной из важнейших задач аэро- и гидродинамики является исследование движения твердых тел в газе и жидкости, в частности изучение тех сил, с которыми среда действует на движущееся тело. Эта проблема приобрела особенно большое значение в связи с бурным развитием авиации и увеличением скорости движения морских судов.
  • Элементы специальной (частной) теории относительности Преобразования Галилея. Механический принцип относительности В классической механике справедлив механический принцип относительности (принцип относительности Галилея): законы динамики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
  • Постулаты специальной (частной) теории относительности Классическая механика Ньютона прекрасно описывает движение макротел, движущихся с малыми скоростями (v<<с). Однако в конце XIX в. выяснилось, что выводы классической механики противоречат некоторым опытным данным, в частности при изучении движения быстрых заряженных частиц оказалось, что их движение не подчиняется законам механики.
  • Преобразования Лоренца Анализ явлений в инерциальных системах отсчета, проведенный А. Эйнштейном на основе сформулированных им постулатов, показал, что классические преобразования Галилея несовместимы с ними и, следовательно, должны быть заменены преобразованиями, удовлетворяющими постулатам теории относительности.
  • Следствия из преобразований Лоренца
  • Основной закон релятивистской динамики материальной точки
  • Закон взаимосвязи массы и энергии

Основы молекулярной физики и термодинамики

  • Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов Статистический и термодинамический методы. Опытные законы идеального газа Молекулярная физика и термодинамика — разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для исследования этих процессов применяют два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики.
  • Уравнение Клапейрона — Менделеева
  • Основное уравнениемолекулярно-кинетической теории идеальных газов Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие.
  • Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения
  • Барометрическая формула. Распределение Больцмана При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов и максвелловского распределения молекул по скоростям предполагалось, что на молекулы газа внешние силы не действуют, поэтому молекулы равномерно распределены по объему. Однако молекулы любого газа находятся в потенциальном поле тяготения Земли. Тяготение, с одной стороны, и тепловое движение молекул — с другой, приводят к некоторому стационарному состоянию газа, при котором давление газа с высотой убывает.
  • Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул Молекулы газа, находясь в состоянии хаотического движения, непрерывно сталкиваются друг с другом. Между двумя последовательными столкновениями молекулы проходят некоторый путь l, который называется длиной свободного пробега. В общем случае длина пути между последовательными столкновениями различна, но так как мы имеем дело с огромным числом молекул и они находятся в беспорядочном движении, то можно говорить о средней длине свободного пробега молекул
  • Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории
  • Явления переноса в термодинамически неравновесных системах В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса. К явлениям переноса относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловлено переносом импульса). Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса.
  • Вакуум и методы его получения. Свойства ультраразреженных газов Если из сосуда откачивать газ, то по мере понижения давления число столкновений молекул друг с другом уменьшается, что приводит к увеличению их длины свободного пробега. При достаточно большом разрежении столкновения между молекулами относительно редки, поэтому основную роль играют столкновения молекул со стенками сосуда.
  • Основы термодинамики Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул
  • Первое начало термодинамики Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется лишь ее внутренняя энергия. Внутренняя энергия системы может изменяться в результате различных процессов, например совершения над системой работы или сообщения ей теплоты
  • Работа газа при изменении его объема
  • Применение первого начала термодинамики к изопроцессам Среди равновесных процессов, происходящих с термодинамическими системами, выделяются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния сохраняется постоянным.
  • Адиабатический процесс. Политропный процесс Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (dQ=0) между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Например, адиабатическим процессом можно считать процесс распространения звука в среде, так как скорость распространения звуковой волны настолько велика, что обмен энергией между волной и средой произойти не успевает. Адиабатические процессы применяются в двигателях внутреннего сгорания (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д.
  • Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой (рис. 84). Цикл, совершаемый идеальным газом, можно разбить на процессы расширения (1—2) и сжатия (2—1) газа. Работа расширения (определяется площадью фигуры 1a2V2V11) положительна (dV>0), работа сжатия (определяется площадью фигуры 2b1V1V22) отрицательна (dV<0).
  • Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью Понятие энтропии введено в 1865 г. Р. Клаузиусом. Для выяснения физического содержания этого понятия рассматривают отношение теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе, к температуре Т теплоотдающего тела, называемое приведенным количеством теплоты.
  • Второе начало термодинамики Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания термодинамических процессов. Кроме того, можно представить множество процессов, не противоречащих первому началу, в которых энергия сохраняется, а в природе они не осуществляются. Появление второго начала термодинамики связано с необходимостью дать ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет. Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов.
  • Тепловые двигателии холодильные машины . Цикл Карно и его к. п. д. для идеального газа
  • Реальные газы, жидкости и твердые тела Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия Модель идеального газа, используемая в молекулярно-кинетической теории газов, позволяет описывать поведение разреженных реальных газов при достаточно высоких температурах и низких давлеиижх. При выводе уравнения состояния идеального газа размерами молекул и их взаимодействием друг с другом пренебрегают.
  • Уравнение Ван-дер-Ваальса
  • Внутренняя энергия реального газа складывается из кинетической энергии теплового движения его молекул (определяет внутреннюю энергию идеального газа, равную СVТ;) и потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия. Потенциальная энергия реального газа обусловлена только силами притяжения между молекулами. Наличие сил притяжения приводит к возникновению внутреннего давления на газ
  • Сжижение газов Превращение любого газа в жидкость — сжижение газа — возможно лишь при температуре ниже критической. При ранних попытках сжижения газов оказалось, что некоторые газы (Cl, СО2, NH3) легко сжижались изотермическим сжатием, а целый ряд газов (O2, N2, H2, He) сжижению не поддавался.
  • Смачивание Из практики известно, что капля воды растекается на стекле и принимает форму, изображенную на рис. 98, в то время как ртуть на той же поверхности превращается в несколько сплюснутую каплю (рис. 99). В первом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность, во втором — не смачивает ее
  • Капиллярные явления Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то вследствие смачивания или несмачивания жидкостью стенок капилляра кривизна поверхности жидкости в капилляре становится значительной. Если жидкость смачивает материал трубки, то внутри ее поверхность жидкости — мениск — имеет вогнутую форму, если не смачивает — выпуклую
  • Типы кристаллических твердых тел Существует два признака для классификации кристаллов: 1) кристаллографический; 2) физический (природа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характер сил взаимодействия между ними).
  • Молекулярные кристаллы. В узлах кристаллической решетки располагаются нейтральные молекулы вещества, силы взаимодействия между которыми обусловлены незначительным взаимным смещением электронов в электронных оболочках атомов. Эта силы называются ван-дер-ваальсовыми, так как они имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящими к отклонению газов от идеальности
  • Дефекты в кристаллах
  • Теплоемкость твердых тел В качестве модели твердого тела рассмотрим правильно построенную кристаллическую решетку, в узлах которой частицы (атомы, ионы, молекулы), принимаемые за материальные точки, колеблются около своих положений равновесия — узлов решетки — в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
  • Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела Как в жидкостях, так и в твердых телах всегда имеется некоторое число молекул, энергия которых достаточна для преодоления притяжения к другим молекулам и которые способны оторваться от поверхности жидкости или твердого тела и перейти в окружающее их пространство. Этот процесс для жидкости называется испарением (или парообразованием), для твердых тел — сублимацией (или возгонкой).
  • Фазовые переходы 1 и 2 рода Фазой называется термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний того же вещества. Если, например, в закрытом сосуде находится вода, то эта система является двухфазной: жидкая фаза — вода; газообразная фаза — смесь воздуха с водяными парами

Электричество и электромагнетизм

  • Электростатика Закон сохранения электрического заряда
  • Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одной из форм существования материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле — поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Мы будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими.
  • Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя
  • Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме Вычисление напряженности поля системы электрических зарядов с помощью принципа суперпозиции электростатических полей можно значительно упростить, используя выведенную немецким ученым К. Гауссом (1777—1855) теорему, определяющую поток вектора напряженности электрического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность.
  • Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме
  • Циркуляция вектора напряженности электростатического поля
  • Потенциал электростатического поля Тело, находящееся в потенциальном поле сил (а электростатическое поле является потенциальным), обладает потенциальной энергией, за счет которой силами поля совершается работа
  • Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности
  • Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул. Так как положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду электронов, то молекула в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным зарядом + Q, находящимся в центре «тяжести» положительных зарядов, а заряд всех электронов — суммарным отрицательным зарядом – Q, находящимся в центре «тяжести» отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом
  • Электрическое смещение. Теореме Гаусса для электростатического поля в диэлектрике
  • Условия на границе раздела двух диэлектрических сред
  • Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике
  • Сегнетоэлектрики — диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся, например, детально изученные И. В. Курчатовым (1903—1960) и П. П. Кобеко (1897—1954) сегнетова соль NaKC4H4O6 • 4Н2О (от нее и получили свое название сегнетоэлектрики) и титанат бария ВаТiO3.
  • Проводники в электростатическом поле Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или его зарядить, то на заряды проводника будет действовать электростатическое поле, в результате чего они начнут перемещаться. Перемещение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени.
  • Электрическая емкость уединенного проводника Рассмотрим уединенный проводник, т. е. проводник, который удален от других проводников, тел и зарядов. Его потенциал, согласно (84.5), прямо пропорционален заряду проводника. Из опыта следует, что разные проводники, будучи одинаково заряженными, имеют различные потенциалы.
  • Для определения емкости сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических обкладок, разделенных сферическим слоем диэлектрика, используем формулу (86.2) для разности потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 и r2 (r2 > r1) от центра заряженной сферической поверхности.
  • Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора.
  • Энергия электростатического поля

Постоянный электрический ток

  • Электрический ток, сила и плотность тока В электродинамике — разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел, — важнейшим понятием является понятие электрического тока. Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.
  • Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.
  • Закон Ома. Сопротивление проводников Немецкий физик Г. Ом (1787;—1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника
  • Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца
  • Закон Ома для неоднородного участка цепи
  • Правила Кирхгофа для разветвленных цепей Обобщенный закон Ома позволяет рассчитать практически любую сложную цепь. Однако непосредственный расчет разветвленных цепей, содержащих несколько замкнутых контуров (контуры могут иметь общие участки, каждый из контуров может иметь несколько источников тока и т. д.), довольно сложен. Эта задача решается более просто с помощью двух правил Кирхгофа
  • Электрические токи в металлах, вакууме и газах Элементарная классическая теория электропроводности металлов Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов, созданной немецким физиком П. Друде (1863—1906) и разработанной впоследствии нидерландским физиком X. Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории.
  • Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности металлов
  • Закон Видемана — Франца. Металлы обладают как большой электропроводностью, так и высокой теплопроводностью. Это объясняется тем, что носителями тока и теплоты в металлах являются одни и те же частицы—свободные электроны, которые, перемещаясь в металле, переносят не только электрический заряд, но и присущую им энергию хаотического (теплового) движения, т. е. осуществляют перенос теплоты.
  • Работа выхода электронов из металла Как показывает опыт, свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно, в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум, называется работой выхода
  • Явление термоэлектронной эмиссии используется в приборах, в которых необходимо получить поток электронов в вакууме, например в электронных лампах, рентгеновских трубках, электронных микроскопах и т. д. Электронные лампы широко применяются в электро- и радиотехнике, автоматике и телемеханике для выпрямления переменных токов, усиления электрических сигналов и переменных токов, генерирования электромагнитных колебаний в т. д. В зависимости от назначения в лампах используются дополнительные управляющие электроды.
  • Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд
  • Самостоятельный газовый разряд и его типы Разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным.
  • Искровой разряд возникает при больших напряженностях электрического поля (»3×106 В/м) в газе, находящемся под давлением порядка атмосферного. Искра имеет вид ярко светящегося тонкого канала, сложным образом изогнутого и разветвленного.
  • Плазма и ее свойства Плазмой называется сильно ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Различают высокотемпературную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразрядную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется степенью ионизации a — отношением числа ионизованных частиц к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от величины a говорят о слабо (a составляет доли процента), умеренно (a — несколько процентов) и полностью (a близко к 100%) ионизованной плазме.

Магнитное поле

  • Магнитное поле Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (это явление впервые обнаружено датским физиком X. Эрстедом
  • Закон Био — Савара — Лапласа и его применение к расчету магнитного поля Магнитное поле постоянных токов различной формы изучалось французскими учеными Ж. Био (1774—1862) и Ф. Саваром (1791—1841). Результаты этих опытов были обобщены выдающимся французским математиком и физиком П. Лапласом.
  • Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов
  • Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля
  • Действие магнитного поля на движущийся заряд
  • Ускорители заряженных частиц Ускорителями заряженных частиц называются устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряженных частиц (электронов, протонов, мезонов и т. д.). Любой ускоритель характеризуется типом ускоряемых частиц, энергией, сообщаемой частицам, разбросом частиц по энергиям и интенсивностью пучка. Ускорители делятся на непрерывные (из них выходит равномерный по времени пучок) и импульсные (из лих частицы вылетают порциями — импульсами). Последние характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям, в циклических и индукционных — траекториями частиц являются окружности или спирали.
  • Эффект Холла — это возникновение в металле (или полупроводнике) с током плотностью j, помещенном в магнитное поле В, электрического поля в направлении, перпендикулярном В и j.
  • Магнитные поля соленоида и тороида Рассчитаем, применяя теорему о циркуляции, индукцию магнитного поля внутри соленоида. Рассмотрим соленоид длиной l, имеющий N витков, по которому течет ток (рис. 175). Длину соленоида считаем во много раз больше, чем диаметр его витков, т. е. рассматриваемый соленоид бесконечно длинный. Экспериментальное изучение магнитного поля соленоида (см. рис. 162, б) показывает, что внутри соленоида поле является однородным, вне соленоида — неоднородным и очень слабым.
  • Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса
  • Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея)
  • Вращение рамки в магнитном поле Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых можно рассмотреть на примере плоской рамки, вращающейся в однородном магнитном поле
  • Индуктивность контура. Самоиндукция
  • Токи при размыкании и замыкании цепи При всяком изменении силы тока в проводящем контуре возникает э. д. с. самоиндукции, в результате чего в контуре появляются дополнительные токи, называемые экстратоками самоиндукции. Экстратоки самоиндукции, согласно правилу Ленца, всегда направлены так, чтобы препятствовать изменениям тока в цепи, т. е. направлены противоположно току, создаваемому источником. При выключении источника тока экстратоки имеют такое же направление, что и ослабевающий ток. Следовательно, наличие индуктивности в цепи приводит к замедлению исчезновения или установления тока в цепи
  • Взаимная индукция
  • Трансформаторы Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции. Впервые трансформаторы были сконструированы и введены в практику русским электротехником П.Н. Яблочковым (1847—1894) и русским физиком И.Ф. Усагиным (1855—1919).
  • Энергия магнитного поля Проводник, по которому протекает электрический ток, всегда окружен магнитным полем, причем магнитное поле появляется и исчезает вместе с появлением и исчезновением тока. Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Естественно предположить, что энергия магнитного поля равна работе, которая затрачивается током на создание этого поля.
  • Магнитные свойства вещества Магнитные моменты электронов и атомов Рассматривая действие магнитного поля на проводники с током и на движущиеся заряды, мы не интересовались процессами, происходящими в веществе. Свойства среды учитывались формально с помощью магнитной проницаемости m. Для того чтобы разобраться в магнитных свойствах сред и их влиянии на магнитную индукцию, необходимо рассмотреть действие магнитного поля на атомы и молекулы вещества.
  • Намагниченность. Магнитное поле в веществе
  • Условия на границе раздела двух магнетиков
  • Ферромагнетики и их свойства Помимо рассмотренных двух классов веществ — диа- и парамагнетиков, называемых слабомагнитными веществами, существуют еще сильномагнитные вещества — ферромагнетики — вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т. е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам кроме основного их представителя — железа (от него и идет название «ферромагнетизм») — относятся, например, кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения.
  • Природа ферромагнетизма Рассматривая магнитные свойства ферромагнетиков, мы не вскрывали физическую природу этого явления. Описательная теория ферромагнетизма была разработана французским физиком П. Вейссом (1865—1940). Последовательная количественная теория на основе квантовой механики развита Я. И. Френкелем и немецким физиком В. Гейзенбергом (1901—1976).
  • Основы теории Максвелла для электромагнитного поля Вихревое электрическое поле Из закона Фарадея (см. (123.2)) =–dФ/dt следует, что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновению электродвижущей силы индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Следовательно, возникновение э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре,находящемся в переменном магнитном поле.
  • Ток смещения Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения.
  • Уравнения Максвелла для электромагнитного поля Введение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им макроскопической теории электромагнитного поля, позволившей с единой точки зре­ния не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено.