Билет 19
Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов.
Направлением электрического тока считается то направление, по которому в проводнике движутся положительные заряды (рис.8.1а).
Количественной характеристикой электрического тока принята скалярная величина I называемая силой тока. Силой тока в проводнике называется количество заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени. Если через поперечное сечение проводника за время Δ t переносится заряд Δ q, то сила тока равна:
В системе СИ за единицу силы тока принят ампер [1 А ] в честь франц.ученого Андре Мари Ампера.
Зависимость силы тока в проводнике от концентрации носителей тока в проводнике n, их скорости направленного движения υ, площади сечения проводника S и чем больший заряд q, переносимого каждым носителем тока имеет вид:
I = qn ϑ S (8.2)
Нем.физик Георг Ом обнаружил, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи:
I ~ U
Заменив проводник другим, он заметил, что при том же напряжении сила тока в цепи иная. Следовательно, разные проводники по-разному ограничивают силу в цепи. Результаты опытов математически можно записать так:
где 
– коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств проводника. Величина R, характеризующая свойство проводника ограничить силу тока в цепи, получила название сопротивление. Сопротивление проводника обусловлено соударениями свободных электронов с ионами кристаллической решетки.
Согласно выражению (8.3), сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка (рис.8.1b).
Формула (8.3) выражает закон Ома для участка цепи. Из закона Ома следует, что сопротивление проводника равно отношению напряжения на концах проводника к силе тока в нем:
За единицу сопротивления с СИ принят ом [1 Ом ]: 1 Ом = 1 В /1 А.
От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию: лампе, двигателю и т.д. При этом проводники могут соединяться последовательно и параллельно.
Последовательное соединение проводников. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом (рис.8.2).
При последовательном соединении проводников:
а) сила тока во всех проводниках одинакова:
I = I 1 = I 2 (8.5)
б) падение напряжений в цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках:
U = U 1 + U 2 (8.6)
в) падение напряжения на проводниках пропорционально их сопротивлениям:
г) общее сопротивление цепи из n последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:
R = R 1 + R 2 + … + Rn (8.8)
Параллельное соединение проводников (рис.8.3).
При параллельном соединении проводников:
а) если сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках цепи:
I = I 1 + I 2 (8.9)
б) падение напряжения в параллельно соединенных участках цепи одинаковы:
U = const (8.10)
в) силы токов в участках разветвленной цепи обратно пропорциональны их сопротивлениям:
г) величина, обратная полному сопротивлению участка цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников:
Сопротивление проводника зависит от материала проводника и его геометрических размеров. Для проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление R равно:
где ρ – удельное сопротивление проводника. Удельное сопротивление численно равно сопротивлению цилиндрического проводника, изготовленного из данного материала и имеющего единичную площадь поперечного сечения.
Оптика. Природа света
Оптика – раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра. Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления.
И.Ньютон создал корпускулярную теорию света, с помощью которой объяснялись очень многие оптические явления (различные цвета излучения объяснялись различной формой составляющих его корпускул). В XVII в. голланд.ученый Х.Гюйгенс создал волновую теорию света. С помощью теории Гюйгенса хорошо объяснялись такие явления, как интерференция и дифракция света и др. К концу XIX в. Д.Максвеллом создана электромагнитная теория света, которой пользуются и в настоящее время. Он обратил внимание на то, что скорость распространения света в вакууме совпадает с вычисленной скоростью распространения электромагнитных волн.
Световыми являются электромагнитные волны, вызывающие у человека зрительное ощущение. К световому излучению относятся волны с частотой колебаний от 4·1014 до 7,5·1014 Гц. Световое излучение в вакууме имеет длины волг от 400 нм (фиолетовый цвет) до 760 нм (красный цвет).
Анализ состава излучения светящихся тел показал, что его распределение по частотам колебаний не согласуется с законами излучения, выведенными из волновой теории света. Стремясь найти объяснение этому факту, нем.ученый М.Планк предположил, что свет излучается не в виде волн, а в виде определенных и неделимых порций энергии, которые он назвал квантами. В настоящее время кванты света называют фотонами.
На основе анализа оптических явлений было установлено, что те из них, которые связаны с распространением света в какой-либо среде, можно объяснить только с помощью волновой теории, а те которые связаны с испусканием и поглощением света, объяснялось только с помощью представлений о квантовом составе светового излучения. Новая теория получила название квантовая теория света.
Связь между волновыми и корпускулярными свойствами света по этой теории выражается формулой Планка:
ε = hν (15.1)
где ε – энергия кванта, ν – частота колебаний электромагнитного излучения и h – постоянный коэффициент, одинаковый для всех волн и квантов – постоянная Планка:
h = 6,62·10-34 Дж·с
Энергия кванта прямо пропорциональна частоте колебаний электромагнитного излучения. Поскольку c = νλ, то из формулы (15.1) получим
ε = hc / λ (15.2)
т.е. энергия кванта обратно пропорциональна длине волны излучения в вакууме.
Пока фотон существует, он движется со скоростью c (в вакууме) и ни при каких условиях не может замедлить свое движение или остановиться. При встрече с веществом он может быть поглощен частицей вещества. Тогда сам фотон исчезает, а его энергия целиком переходит к поглотившей его частице. Фотон не имеет массы покоя.
Все тела, молекулы и атомы которых создают видимое излучение, называют источниками света. По своей природе подразделяются на искусственные и естественные. Естественные источники света – это природные материальные объекты и явления, основным или вторичным свойством которых является способность испускать видимый свет (Солнце, кометы, Полярные сияния, атмосферные электрические разряды, биолюминесценция живых организмов, свет звезд и пр.). Искусственные источники являются продуктом производства человека (свечи, лампы и пр.).
Поскольку c является наибольшей возможной скоростью распространения сигналов в природе и встречается во многих формулах, ее значение является одной из важнейших физических констант. После многих проверок было установлено, что
c = 299 792,5±0,5 км/с
Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называют оптической плотностью среды. Она измеряется числовым значением абсолютного показателя преломления n = c / ν.