Реферат Курсовая Конспект
Механика. Электричество. Магнетизм - раздел Механика, Часть 1 Механика. Электричество. Магнетизм. ...
|
Часть 1
Механика. Электричество. Магнетизм.
Вводные сведения
Предсказание будущего - задача науки
Зачем естественные науки нужны людям? Одно из основных назначений наук о природе - предсказывать будущее состояние (поведение) изучаемых объектов.
Предмет физики
В чем состоит специфика физики, как одной из естественных наук, каков предмет физики? Физика - наука о наиболее простых общих свойствах окружающего нас мира.
Физические основы механики
Классическая механика, релятивистская механика, квантовая механика
Элементы кинематики
Динамика материальной точки
Законы сохранения
Кинематика вращательного движения
Динамика вращательного движения
Элементы специальной теории относительности
Классическая механика, релятивистская механика, квантовая механика
Классическая механика
Классическая механика справедлива для любых тел, кроме элементарных частиц. Скорости движения тел должны быть малы по сравнению со скоростью света, c = 3·108 м/с. В основе классической механики лежат законы Ньютона.
Релятивистская механика
Релятивистская механика, или специальная теория относительности. Согласно специальной теории относительности скорости тел не могут превышать скорость света. Релятивистская механика справедлива и при скоростях, сравнимых со скоростью света.
Квантовая механика
Квантовая механика изучает движение элементарных частиц. Элементы квантовой механики будут рассмотрены в третьей части конспекта.
Предмет классической механики, ее основная задача
Предмет механики
Механика изучает изменение с течением времени взаимного положения материальных тел в пространстве и происходящие при этом взаимодействия между ними.
Кинематика
Кинематика - раздел механики, изучающий движения тел в пространстве и времени без рассмотрения вызывающих это движение взаимодействий.
Динамика
Динамика изучает движение тел учитывая взаимодействия между телами, которые обуславливают тот или иной характер движения.
Статика
Статика изучает законы равновесия системы тел. Эти законы следуют из законов динамики.
Основная задача механики
Основная задача механики - предсказывать будущее положение тел.
Элементы кинематики
Материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело - простейшие физические модели
Абсолютно твердое тело
Существуют такие задачи, в которых размерами тела нельзя пренебречь, но, в то же время, можно не учитывать изменение со временем размеров, формы тела. При решении таких задач используют модель - абсолютно твердое тело, т.е. реальное тело заменяют таким, у которого размеры и форма не меняются.
Тело отсчета
Тело отсчета - это тело, относительно которого определяют положение рассматриваемого нами тела или системы тел.
Положение материальной точки в пространстве
Законы сохранения
Механическая система - это совокупность тел, выделенных нами для рассмотрения
Работа
Работа постоянной силы
Элементарная работа
Работа переменной силы
Единица мощности
Закон сохранения механической энергии
Кинематика вращательного движения
Динамика вращательного движения
Законы механики одинаково выглядят во всех инерциальных системах отсчета.
Постулаты С.Т.О.
Механика больших скоростей, специальная теория относительности (С.Т.О.),
базируется на двух исходных утверждениях, постулатах:
I. Принцип относительности, согласно которому
Релятивистская механика должна быть построена таким образом, чтобы уравнения движения не менялись при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, т.е. были инвариантны относительно преобразований Лоренца.
Следствия из преобразований Лоренца
Релятивистская динамика
Релятивистское выражение для энергии
Энергия покоя
При скорости материальной точки v=0
Кинетическая энергия (энергия движения)
.
Релятивистский инвариант
Из (8.7.3) и (8.7.1) следует, что
- inv, инвариант,
т.е. не зависит от выбора системы отсчета.
Электричество
Постоянное электрическое поле
Постоянный электрический ток
Постоянное электрическое поле
Электрический заряд
Электрический заряд - определение
Электрический заряд - характеристика частиц, определяющая интенсивность их электромагнитного взаимодействия.
Два вида зарядов
Существует два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными.
Взаимодействие зарядов разных знаков
Заряды разных знаков притягиваются друг к другу, | ||
заряды одного знака отталкиваются. | ||
Принцип суперпозиции электрических полей
Из (9.2.4) следует, что поля складываются, не возмущая друг друга. Если поле создано системой зарядов, то результирующее поле равно векторной сумме полей отдельных зарядов: . |
Теорема Гаусса
Поток вектора Е для поля, созданного зарядами, находящимися вне замкнутой поверхности
Силовая линия дважды проходит через замкнутую поверхность, один раз она учитывается со знаком "+", другой раз - со знаком "-". В результате поток в этом случае Ф = 0. |
Поле однородно заряженного бесконечного цилиндра
- линейная плотность заряда.
Применяя теорему Гаусса, получим:
, при r > R.
Поле однородно заряженной сферы
Применяя теорему Гаусса (9.4.4.) , получим: при r > R. Если r < R, то E = 0. |
Поле объемного заряженного шара
- объемная плотность заряда
q- суммарный заряд шара
Применяя теорему Гаусса (9.4.4.), получим: |
Работа электростатического поля
из (9.3.5).
Из (5.3.2), (5.3.3):
.
Работа электрического поля точечного заряда
Пусть Е создается точечным зарядом q, тогда из (9.3.7)
;
,
из (5.3.3):
.
Потенциал - энергетическая характеристика поля
Потенциал электростатического поля в точке r равен отношению потенциальной
энергии пробного точечного заряда q', помещенного в данную точку, к величине этого заряда q'.
,
φ - не зависит от q'!
Единица потенциала - 1 вольт (1 В)
.
Потенциал поля точечного заряда
Из (9.5.1)
.
Из (9.6.2)
.
Значит, потенциал поля, создаваемого точечным зарядом q:
,
здесь мы полагаем, что на бесконечности потенциал φ равен нулю.
Потенциал поля системы точечных зарядов
В общем случае:
,
здесь qi - алгебраические величины.
Электрон-вольт - внесистемная единица работы
;
Линии напряженности перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Электрическое поле в диэлектрике
9.13.1. Диэлектрик?
Заряды, входящие в состав молекул диэлектрика, прочно связаны друг с другом и под действием внешнего поля могут лишь немного смещаться в противоположные стороны.
Постоянный электрический ток
Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов, в металле - электронов.
Ток, не изменяющийся со временем, называют постоянным.
Сила тока
.
За время dt переносится заряд dq.
.
Единица силы тока - ампер.
Плотность тока
, dI - сила тока, проходящего через площадку dS1. |
Магнетизм. Уравнения Максвелла
Магнитное поле в вакууме
Магнитное поле в веществе
Уравнения Максвелла
Магнитное поле в вакууме
Циркуляция для плоского контура, охватывающего бесконечный прямой проводник с током
Из (11.4.1): |
Рамка с током в магнитном поле
Плоский контур в однородном поле
По закону Ампера (11.6): F1=BIa и направлена вверх, F2=BIa и направлена вниз. Максимальный вращающий момент (7.1) M = F·d = adIB = BIS. Вернитесь к (11.3)! |
Магнитный момент контура - это вектор, модуль которого
.
Направление вектора определяется правилом правого винта: винт перпендикулярен к контуру, и вращаем по току. Поступательное движение укажет направление.
Плоский круговой контур в неоднородном осесимметричном магнитном поле
11.8.2.1.Магнитный момент против поля
При антипараллельных pm и В сжимают контур, а выталкивают его в область более слабого поля.
Закон Фарадея - Ленца
Закон Фарадея-Ленца утверждает, что
ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком.
Знак минус напоминает о правиле Ленца:
индукционный ток имеет такое направление, чтобы создаваемое им магнитное поле препятствовало изменению магнитного потока.
Плотность энергии магнитного поля
В единице объема магнитного поля запасена энергия:
.
Магнитное поле в веществе
12.1. Магнитная проницаемость- это отношение магнитной индукции B в веществе к магнитной индукции в вакууме B0.
.
Классификация магнетиков
μ < 1, не зависит от температуры | - | диамагнетики (вода, медь, графит, кварц) , |
μ > 1, зависит от температуры | - | парамагнетики (алюминий, платина, натрий) при T ≈ 300 K, |
μ >> 1, зависит от температуры и нелинейно от поля B0 | - | ферромагнетики (железо, никель, кобальт) для Fe, при T ≈ 300 K, при |
12.3. Диамагнетики- по закону Фарадея-Ленца (11.10.1) при внесении в магнитное поле любого вещества в атомах вещества возникают внутренние токи, создающие магнитное поле , направленное навстречу внешнему полю . В результате поле в веществе ослабляется. Если в веществе кроме этого отсутствуют другие магнитные эффекты, то оно будет диамагнетиком. Диамагнетизм проявляется у вещества, атомы которых не имеют собственного магнитного момента (11.8.1.1.),
12.4. Парамагнетизмпроявляется у веществ, атомы которых имеют собственный магнитный момент. Магнитные моменты атомов выстраиваются по полю .
Тепловые колебания атомов нарушают ориентацию магнитных моментов. |
12.5. Ферромагнетизм- объясняется самопроизвольным упорядочением спиновых магнитных моментов электронов в пределах областей спонтанного намагничивания (доменов).
В пределах одного домена магнитные моменты электронов ориентированы в одном направлении. Магнитные моменты разных доменов в отсутствии внешнего поля ориентированы по разному, так, чтобы энергия созданного ими поля была минимальная:
а) |
При включении внешнего поля расширяются за счет соседей те домены, которые ориентированы по полю:
б) |
в) |
Затем переориентируются оставшиеся домены, и ферромагнетик намагничивается до насыщения:
г) |
В результате этого зависимость поля в ферромагнетике от переменного внешнего поля имеет вид петли гистерезиса, которую изображают в осях B-H.
Вектор называется вектором напряженности магнитного поля. Он носит вспомогательный характер, силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (11.3). Связь между векторами и записывается следующим образом:
.
Первая пара уравнений Максвелла в интегральной форме
Литература,
1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука. 1982. - т.1
2. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука. 1982. - т.2
3. Савельев И.В. Курс физики. - М.: Наука. 1989 . - т.1
4. Савельев И.В. Курс физики. - М.: Наука. 1989 . - т.2
5. Трофимова Т.И. Курс физики. - M.: Высшая школа. 1990
6. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Механика. - М. Физматлит. 1971
7. Парсел Э. Электричество и магнетизм. - М.: Физматлит. 1973
8. Принцип относительности. Сборник работ по специальной теории относительности./ Составитель - Тяпкин А.А. М.: Атомиздат. 1973
9. Физический энциклопедический словарь./ Гл. редактор Прохоров А.М.. М.: Советская энциклопедия. 1973
10. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. - М.: Просвещение, 1982
– Конец работы –
Используемые теги: Механика, Электричество, Магнетизм0.04
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Механика. Электричество. Магнетизм
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов