Заряд, масса и размеры атомных ядер. Зарядовое и массовое числа. Механический момент импульса ядра и его магнитный момент. Состав ядра. Нуклоны. Взаимодействие нуклонов, понятие о свойствах и природе ядерных сил. Дефект массы и энергия связи ядра. Радиоактивность. Закономерности и происхождение альфа-, бета- и гамма-излучения атомных ядер. Ядерные реакции и законы сохранения. Реакция деления атомных ядер. Капельная модель ядра. Цепная реакция деления. Критические размеры. Понятие о ядерной энергетике. Ядерные реакторы. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций. Элементарные частицы. Их классификация и взаимная превращаемость. Кварки и глюоны.
XII. Современная физическая картина мира
Иерархия структур материи. Четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильные, электромагнитные, слабые и гравитационные. Физический вакуум. Происхождение, эволюция и будущее Вселенной. Теория большого взрыва. Незавершенность современной физики. Основные этапы эволюции физики и становление новых форм рационального мышления.
ТЕМА. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ
Магнитная индукция поля, создаваемого элементом проводника d с постоянным током I | = |
в вакууме (закон Био-Савара – Лапласа), где | |
– радиус-вектор, проведенный от элемента проводника в точку наблюдения, m0 = 4p 10 -7, Гн/м – магнитная постоянная. | |
Принцип суперпозиции для магнитного поля | |
Поле прововодника произвольной формы с током I | = |
Магнитная индукция поля, создаваемого отрезком прямолинейного проводника, где b – расстояние от точки наблюдения до проводника a1 и a2 углы между векторами и в начале и конце отрезка проводника | |
Магнитная индукция поля бесконечно длинного прямолинейного проводника (a 1 = 0, a 2 = p) | B = m0 I / 2p b |
Магнитная индукция поля на оси кругового тока, где R – радиус кривизны проводника, z – расстояние от центра витка до точки наблюдения. | |
Магнитная индукция поля в центре кругового тока (z = 0) | B = m0 I / 2 R. |
Магнитная индукция поля на оси соленоида длиной l и радиусом R с числом витков N, где n = N / l – число витков на единицу длины, a1 и a2 углы между осью соленоида и радиусами-векторами, проведенными из точки наблюдения к краям соленоида | |
Магнитная индукция поля - внутри длинного (l >> R, a 1 = p, a 2 = 0) соленоида, | m0 n I |
- в центре основания длинного соленоида (l >> R, a1 =p/2, a2 = 0) | |
Циркуляция вектора магнитной индукции вдоль замкнутого контура | |
Сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью в магнитном поле с индукцией , где a – угол между векторами и | = q [ ], = qv B sin a |
сила, действующая на элемент проводника d с током I в магнитном поле (закон Ампера), | = I [ ] |
Сила, действующая на прямолинейный проводник длиной L в однородном поле, где a - угол между направлением тока и вектором | |
Магнитный поток через поверхность площадью dS, где a – угол между вектором нормали к поверхности dS, B n – проекция вектора на нормаль | dФ = B dS cos a = B n dS |
Магнитный поток через поверхность S | Ф = |
Работа, совершаемая силой Ампера при перемещении в постоянном магнитном поле проводника длиной l с постоянным током I, где Ф – магнитный поток сквозь поверхность, образованную движением проводника | А = I Ф |
Работа по перемещению замкнутого контура с постоянным током I в постоянном магнитном поле, где D Ф – изменение магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром | А = I D Ф |
Магнитный моментконтура с током I, где – единичный вектор нормали кплоскости S, ограниченной контуром | |
Момент сил - в магнитном поле | = [ ] |
- в неоднородном магнитном поле |
Сила, действующая на контур с током в в магнитном поле, изменяющемся только вдоль оси x, где a – угол между векторами и | = cos a | ||
Работа магнитного поля по перемещению проводника, по которому идёт ток I, где - изменение магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, по которому идет ток; I – сила тока в контуре |
| ||
Основной закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла), где Ei – электродвижущая сила индукции; N – число витков в контуре; – потокосцепление | |||
Разность потенциалов U на концах проводника длиной I, движущегося со скоростью υ в однородном магнитном поле, где α – угол между направлениями векторов скорости и магнитной индукции |
| ||
Электродвижущая сила индукции Еi, возникающая в рамке, содержащей N витков, площадью S, при вращении рамки с угловой скоростью ω в однородном магнитном поле с индукцией , где ω t – мгновенное значение угла между вектором и вектором нормали к плоскости рамки | |||
Количество электричества Q, протекающего в контуре, равно, где R – сопротивление контура; – изменение потокосцепления через контур | |||
Электродвижущая сила самоиндукции Еi, возникающая в замкнутом контуре при изменении силы тока в нем, равна, где L – индуктивность контура | |||
Потокосцепление контура, где L – индуктивность контура | |||
Индуктивность соленоида (тороида) | |||
Энергия W магнитного поля, создаваемого током в замкнутом контуре индуктивностью L, где I – сила тока в контуре | |||
Объёмная (пространственная) плотность энергии однородного магнитного поля | |||
Намагниченность – магнитный момент единицы объема магнетика, где D V – физически бесконечно малый объем в окрестности данной точки, | |||
Напряженность магнитного поля | |||
- в изотропной среде где – соответственно магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества. | , , . | ||
Циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура пропорциональна алгебраической сумме макроскопических токов, охваченных этим контуром | |||
Условия на границе раздела двух сред с магнитными проницаемостями μ1 и μ2 при отсутствии макротоков, текущих по поверхности раздела сред, где и – нормальные и тангенциальные составляющие векторов и соответственно | , , , , | ||
Частота собственных незатухающих колебаний в контуре, где L – индуктивность контура; С – его электроёмкость. Период собственных незатухающих колебаний в контуре (Формула Томсона), | , | ||
Затухающие колебания заряда конденсатора в контуре, где - частота затухающих колебаний, |
| ||
- коэффициент затухания, | |||
- логарифмический декремент затухания θ и добротность Q контура, | , , | ||
- при слабом затухании | , | ||
Максимум амплитуды вынужденных колебаний заряда достигается при частоте | |||
Связь длины электромагнитной волныс периодом Т и частотой ν колебаний, где с – скорость электромагнитных волн в вакууме (с= 3·108 м/с). | или | ||
Фазовая скоростьэлектромагнитных волн - в среде где ε – диэлектрическая проницаемость среды; μ – магнитная проницаемость среды, в которой распространяется волна, | , | ||
В бегущей электромагнитной волне | |||
Объёмная плотностьэнергии электромагнитного поля | |||
В неферромагнитной среде | |||
Плотность потока электромагнитной энергии (вектор Пойтинга) | |||
Интенсивность волны | |||
- для плоской монохроматической волны |
. | ||
Плотность потока энергии излучения диполя в волновой зоне где r – расстояние от диполя до точки наблюдения; θ – угол между радиус-вектором и осью диполя. | , | ||
Плотность потока импульса, переносимого электромагнитной волной | . | ||