1.Laukas ir medžiaga – dvi pagrindinės materijos formos. Yra dvi pagrindinės materijos rūšys: laukas ir medžiaga. Medžiaga – sutankinta materija, laukas – išsklaidyta materija. Abi formos susilieja mikropasaulyje (fotonas yra laukas, kuris virsta medžiagos dalelėmis:
elektronu ir pozitronu). Taigi elektrinis laukas yra materijos rūšis, o krūvis – medžiagos (materijos rūšies) savybė. Elektrostatinio lauko stiprisNejudantys įelektrinti kūnai net vakuume veikia vienas kitą elektrostatine jėga. Ir kaip šis poveikis perduodamas vieno kūno kitam?
Fizikos raidoje yra du požiūriai, kurie apibūdina šį klausimą:toliveikos ir artiveikos. Toliveikos teorijoje, nutolusių įelektrintų kūnų poveikis nuo vieno kitam perduodamas akimirksniu ir betarpiškai. Tačiau šiandien yra laikomasi artiveikos teorijos. Artiveikos teorija teigia, kad vieno įelektrinto kūno poveikis kitam perduodamas baigtiniu greičiu (ne didesniu už šviesos greitį) ir per tarpininką, kuris vadinamas elektrostatiniu lauku. Jį sukūria nejudantys elektros krūviai, to pasekoje jį apibūdinantys dydžiai nekinta laike ir elektrostatinis laukas yra vadinamas stacionariu elektriniu lauku. Elektrinio lauko stiprumas. Bandymai rodo, kad kiekvienas elektrinis laukas bet kuriame jo taške esantį taškinį krūvį q’
veikia jėga F. Ši jėga yra tiesiogiai proporcinga krūvio q1 didumui. Todėl santykis F/q’ = E nuo krūvio nepriklauso (Tai teisinga tik tuomet, kai dydis q’ yra labai mažas ir nekeičia lauką sukuriančių krūvių išsidėstymo)
ir yra lauko taško charakteristika. Dydis E vadinamas elektrinio lauko stiprumu. Jis moduliu ir kryptimi sutampa su jėga, kuria elektrinis laukas veikia teigiamą taškinį vienetinį (1C) krūvį. Kai krūvis q'<0, jėgos F
kryptis yra priešinga lauko stiprumo E krypčiai. Taškinį elektros krūvį veikiančios jėgos formulė: F = q’·E Kai elektrinį lauką vakuume sukuria nejudantis taškinis krūvis q, iš [pic] ir F/q’ = E formulių gauname štai tokią elektrostatinio lauko stiprumo išraišką: [pic], kurios modulis: [pic]; Pagal šias formules galima spręsti, kad nuo krūvio q be galo nutolusiuose taškuose (r→∞) elektrinio lauko nėra (E=0). Tačiau kai lauką sukūria baigtinio didumo elektros krūvis, erdvės taškuose, nutolusiuose nuo krūvio q daugiau kaip tam tikru nuotoliu r, dydis E
pasidaro neišmatuojamai mažas. Galima sakyti, kad elektrinio lauko praktiškai nėra. Gauso teorema ir jos taikymas [pic]Šia formule elektrostatikoje matematiškai išreiškiama Gauso teorema: elektrostatinio lauko stiprumo vektoriaus srautas pro bet kokį uždarąjį paviršių yra tiesiogiai proporcingas to paviršiaus gaubiamų elektros krūvių algebrinei sumai. Gauso teorema tinka ir tolydžiai pasiskirsčiusiems krūviams.
Pavyzdžiui,kai krūvis pasiskirstęs tūryje V ir jo tankis ρ (ro), tai elektrostatinio lauko srautas pro jį gaubiantį paviršių užrašomas taip:[pic][pic]; Gauso teoremos taikymas elektrinio lauko stipriui skaičiuoti. Nusibraižome įelektrintą kūną ir jo lauko jėgų inijasPer taškus, kuriuose norim rasti elektrinio lauko stiprį, brėžiame paviršių, gaubiantį įelektrintą kūną tokios formos, kad būtų lengviau integruoti skaičiuojant srautą. Pritaikykime Gauso teoremą įelektrinto laidaus rutulio lauko stipriui rasti, jo spindulys r0, krūvis +q. Ieškosime lauko stiprio E
taškuose A, B, C. Per šiuos taškus braižome uždarus paviršius, gaubiančius rutulį. Srautą lengviausia apskaičiuoti tuo atveju, jei paviršiai bus koncentrinės sferos, kurių spinduliai xa, xb=R0 ir xc. Skaičiuojam srautą pro paviršių, kuriame yra taškas A. [pic]Pagal Gauso teoremą EA·4πxA =
4πkq. Gauname[pic]. Gauname taškinio krūvio lauko stiprio formulę. Taigi , įelektrinto laidaus rutulio lauko stipris už rutulio yra toks pat, kaip ir to paties dydžio taškinio krūvio, patalpinto į rutulio centrą, lauko stipris. Ryšys tarp elektrostatinio lauko stiprio ir potencialo Kiekvienas elektrostatinio lauko taškas apibūdinamas dvejopai:
vektoriumi – lauko stiprumu ir skaliaru – potencialu. Iš [pic] lygybės išplaukia, kad elektrostatinių jėgų atliekamas elementarusis darbas dA su perkeliamu krūviu q’ bei potencialo elementariuoju pokyčiu dφ susietas štai taip: [pic]. [pic] → elektrostatinių jėgų atliekamas elementarusis darbas
Suintegravus elementariojo darbo lygybę tarp bet kurių dviejų lauko taškų, pvz.: 1 ir 2, gaunama tokia jų potencialų skirtumo išraiška:[pic]Šią lygybę ([pic]) galime perrašyti taip:[pic]; [pic];Lygybėje matyti, kad lauko stiprumo vektoriaus projekcija laisvai pasirinktoje ryptyje lygi potencialo neigiamai išvestinei išilgai tos krypties.[pic]; Ex, Ey,
Ez → vektoriaus E projekcijos i Dekarto koord. ašis.[pic];[pic] →
elektrostatinio lauko stiprumas yra lygus potencialo neigiamam gradientui.
Taškinių krūvių sistemosElektrostatinio lauko stipris randamas vektoriškai sudedant atskirų krūvių sukurtų laukų stiprius pagal superpozicijos principą. [pic]Jei sfera įelektrinta tik paviršiuje tai jos viduje elektrostatinio lauko nėra, o už sferos elektrostatinio lauko stipris yra toks pats kaip taškinio krūvio, jei sferos paviršiuje esantį krūvį sukoncentruotume sferos centre.Elektrostatinis dipolio laukas.
Elektriniu dipoliu vadiname sistemą, sudarytą is dviejų vienodo didumo ir priešingo ženklo taškiniu krūvių +q ir -q, atstumas tarp kurių l yra mazas, palyginti su atstumu iki nagrinejamųjų lauko taskų. Per abu krūvius nubrežta tiesė vadinama dipolio asimi.
Dipolio petimi vadinamas vektorius l, kurio kryptis yra išilgai dipolio ašies nuo neigiamo krūvio link teigiamo, o modulis lygus atstumui l. Dipolio teigiamo elektros krūvio ir jo peties sandauga (p=ql) vadinama elektriniu dipoliniu momentu. Dipolis kuria elektrinį lauką. Potencialinis elektrostatinio lauko pobūdis
Potencialinių jėgų darbas kūnui perkelti iš taško 1 į tašką 2 yra lygus to kūno potencinės energijos neigiamam pokyčiui:[pic], [pic]- kūno potencinė energija potencialinių jėgų lauko taške 1, [pic]- taške 2. [pic]Taškinio krūvio q’ potencinės energijos santykį su krūvio didumu pažymėkime: [pic];
dydis φ vadinamas elektrostatinio lauko taško potencialu. Taškinio krūvio q sukurto lauko kiekvieno taško potencialas priklauso nuo lauką kuriančio krūvio didumo ir to taško atstumo iki lauko šaltinio. Lauko taško potencialas skaitine verte lygus tame taške esančio vienetinio taškinio krūvio potencinei energijai. Potencialas yra algebrinis dydis: jo ženklas priklauso nuo lauką kuriančio elektros krūvio ženklo. Potencialui, kaip ir lauko stiprumui, galioja superpozicinis principas: elektros krūvių sistemos sukurto lauko bet kurio taško potencialas lygus laukų, kuriuos sukuria tame taške atskiri krūviai, potencialų algebrinei sumai, t.y. [pic]. Darbas, kurį atlieka elektrostatinio lauko jėgos, perkeldamos taškinį krūvį [pic]
iš lauko taško 1 į tašką 2, užrašome šitaip: [pic] . Dydis [pic] vadinamas potencialų skirtumu, o [pic] – potencialo pokyčiu. Išvada: lauko taško potencialas skaitine verte lygus darbui, kurį atlieka lauko jėgos, perkeldamos vienetinį krūvį iš nagrinėjamo taško į begalybę. SI potencialo vienetas yra voltas (V). Elektrostatiniai matavimo prietaisai, elektringųjų dalelių greitintuvai, elektrostatinis fokusavimas
Elektrostatinis matuoklis. Jo veikimas pagrįstas tuo, kad jo judamąją dalį stumia elektrinio lauko jėgos. Dėl tų jėgų poveikio gali kisti aktyvusis elektrodų plotas.Prijungus prie jo elektrodų įtampą, elektrinio lauko jėgos stengiasi pasukti judamąjį elektrodą taip, kad elektrinio lauko energija
We=CU2/2 būtų didžiausia. Taip esti, kai matuoklio talpa C didžiausia, T.Y.
didžiausias aktyvusis elektrodų plotas.
Svarbiausi privalumai:1) tinka matuoti nuolatiniai ir kintamajai įtampai;2) maži energijos nuostuoliai;3) matavimo rezultatai neturi įtakos aplinkos temperatūra, matuojamosios įtampos dažnis ir kreivės forma, pašaliniai magnetiniai laukai.Trūkumai:1) mažas jautrumas ir nedidelis sukimo momentas, todėl paprastai elektrostatiniai voltmetrai daugiau naudojami aukštoms įtampoms matuoti;2) jautrūs pašaliniams elektriniams laukams;3) gana sudėtinga konstrukcija, nes reikia imti specialių priemonių, kad matuoklio talpa būtų kuo didesnė ir kuo geresnė izoliacija tarp elektrodų.Elektrostatiniai matuokliai ypatingi tuo, kad elektrinis dydis, į kurį jie tiesiod reguoja, yra įtampa. Kai prie jų prijungta nuolatinė įtampa, jie visi nevartoja energijos, o kai kintamoji – vartoja labai mažai.
Elektringųjų dalelių greitintuvai
Yra tiesiniai ir cikliniai greitintuvai.
Tiesiniame greitintuve vienoje tiesėje išdėstytai daug laidžių vamzdžių, prie kurių prijungtas kintamosios įtampos šaltinis (135 pav.). Dalelės greitinamos tik tarp vamzdžių, nes jų viduje elektrinis laukas lygus nuliui. Kol dalelė lekia vamzdžiu, šaltinio polių ženklai turi pasikeisti.
Dalelės greičiui didėjant, vamzdžių ilgiai ir atstumas tarp jų irgi turi būti didesni.
|[pic] |
Plačiau taikomi cikliniai greitintuvai. Juose dalelių greitinimui naudojamas elektrinis, o jų trajektorijai valdyti – magnetinis laukas.
Priminsime statmenai magnetiniam laukui judančios elektringosios dalelės trajektorijos spindulio R ir apskriejimo periodo formules (6.66) ir
(6.67):[pic][pic]
|[pic]|[pic]|
Ciklotrono schema pateikiama 136 pav. Jį sudaro du magnetiniame lauke esantys laidūs duantai, prie kurių prijungtas kintamosios įtampos šaltinis.
Dalelės greitinamos tik tarp duantų esančioje srityje, nes duantų viduje elektrinio lauko nėra. Todėl duantų viduje dalelės juda pusapskritimiais, kurių spindulys didėja didėjant dalelių greičiui (žr. (6.66)).
Ciklotrone gali būti naudojama pastovaus dažnio greitinančioji įtampa, nes dalelės apskriejimo periodas nepriklauso nuo jos greičio (žr. 6.67)).
Tačiau jei pasiekiamas didelis (reliatyvistinis) greitis, dalelės masė padidėja, nes pagal reliatyvumo teoriją
Masei didėjant, reikia didinti ir greitinančios įtampos periodą taip, kad santykis m/T išliktų pastovus. Tas daroma fazotrone.
Be to, pasiekus didelius greičius, dalelės trajektorijos magnetiniame lauke spindulys gali pasidaryti neleistinai didelis, nes, sutinkamai su (6.66),
R∼v. Kad nedidėtų R, reikia didinti ir magnetinio srauto tankį B taip, kad mv/B būtų pastovus dydis. Tai daroma sinchrotrone. Sinchrotronai paprastai daromi žiedo formos, nes juose R beveik nekinta (137 pav.).
Sinchrofazotrone sujungtos fazotronui ir sinchrotronui būdingos savybės.
Jame keičiama ir greitinančios įtampos periodas, ir magnetinio srauto tankis.
2. Elektrostatinis laukas dielektrikuose. Dielektrikai – tai medžiagos, kuriose nėra laisvų elektronų. Įnešus dielektrikus į elektrostatinį lauką, elektronų poslinkiai vyksta tik atskiruose molekulėse ir dėl to pasislenka vienas kito atžvilgiu molekulės teigiamų ir neigiamų krūvių svorio centrai.
Kol dielektrikas yra ne elektrostatiniame lauke, jo natūralūs dipoliai dėl chaotiško judėjimo išsidėstę netvarkingai, ir bendras dipolinis elektrinis momentas lygus nuliui. Elektrostatiniame lauke Kulono jėga natūraliuosius dipolius stengiasi pasukti išilgai lauko jėgų linijų. Taigi elektrostatiniame lauke dielektrikas poliarizuojasi, atsiranda jo dipolinis elektrinis momentas.Dielektriko paviršiuose atsiradę elektros krūviai vadinami surištaisiais, nes jie priklauso molekulėms. Surištieji krūviai sukuria savąjį lauką E, kurio kryptis priešinga išorinio lauko krypčiai.
Todėl dielektriko elektrostatinio lauko stiprumas yra [pic] kartų mažesnis negu vakuumo, t.y [pic]. Nustatyta, kad dielektriko molekulių deformacinės ir orientacijos poliarizacijos atvejais surištųjų krūvių paviršinis tankis [pic] proporcingas lauko stipriui dielektrike. [pic] Čia [pic] –
dielektriko jautris. Atsižvelgę į vektorių E0 ir E’ kryptį gauname lauko stiprio dielektrike modulį E=E0 – E’, tai pat panaudoję išraiška gauname [pic]. Iš šios lygybės išplaukia [pic]. Dydis [pic] atskleidžia dielektriko molekulių deformacijos arba orientacines savybes dielektrike ir visiems dielektrikams [pic] taigi [pic]. Poliarizuotam dielektrikui apibūdinti naudojamas specialusis dydis – poliarizacijos vektorius P, išreiškiantis dielektriko tūrio vienetui tenkančių molekulių n0 suminį dipolinį momentą [pic]. Tarp vektoriaus P modelio ir [pic] yra ryšys. Jį lengvai gauname išskyrę poliarizuotojo dielektriko juostelę.
Dialektriko polirizacija. Įnešus dielektrikus į elektrostatinį lauką, elektronų poslinkiai vyksta tik atskiruose molekulėse ir dėl to pasislenka vienas kito atžvilgiu molekulės teigiamų ir neigiamų krūvių svorio centrai.
Šis reiškinys vadinamas molekulių elektronine poliarizacija
Dialektrike polirizacijos matas yra dialektriku polirizuotumas. [pic] , p=[[pic]]; [pic]-mazo atomo el momentas. Jei dialektrikas vienalytis, tai koncentracija [pic]: [pic]. Atomo el momentas priklauso nuo isorinio elektrinio lauko. [pic], r-atomo molecules spindulys, [pic]-atomo molecules polirizuojamumas.
Segnetoelektrikai – kristaliniu dielektriku grupe. Segneto druskoje vyksta savaimine polirizacija. Del savaimines polirizacijos atsirandantys elektros kruviai pavadinti segnetoelektros kruviais. Temperature, kuria pasiekes segnetoelektrikas praranda savo savybes, virsta paprastu dialektriku vadinama kiuri tasku. Segneto druska turi 2 kiuri taskus: -15 ir –
22.5[pic]C. Tik siu temperaturu intervale segneto druska islaiko savo savybes [pic]- koercinis laukas (koercine jega), kuri diapolirizuoja segnetoelektrika. Segnetoelektrikai placiai taikomi technikoje:
kondencatoriu gamyba, dialektriniai rezonatoriai, superauksto daznio fazes keitikliai. Termolektrikai – dialektrikai, kuriuos galima polirizuot pakaitinus iki tam tikros temperatures. Fotoelektrikai – tai dialektriku rusis, bet ji polirizuojama tik sviesoje.
3. Laidininkai elektrostatiniame lauke. Ielektrintame laidininke.
Perteklinis statinis elektros kruvis laidininko viduje elektrinio lauko nesukuria.,sis kruvis pasiskirsto tik isoriniame laidiniko pavirsiuje.
Ties ielektrinto laidiniko pavirsiumi. Elektrostatinio lauko stiprumas ties ilektrinto laidiniko pavirsiumi yra tiesiogiai proporcingas kruvio pavirsiniam tankiui.[pic]Kruviu pasiskirstymas isoriniame laidininko pavirsiuje priklauso tik nuo jo formos.
Elektrinė talpa. Kuo didesnis laidininko krūvis, tuo didesnis ir jo potencialas. Taigi krūvio ir potencialo santykis yra pastovus dydis, vadinama elektrinė talpa. Elektrinės talpos skaitinė vertė lygi krūviui, kurį gavusio laidininko potencialas pakinta vienu voltu: [pic]. Laidininko elektrinė talpa priklauso nuo jo formos, matmenų ir aplinkos santykinės dielektrinės skvarbos: rutulio, kurio spindulys R, elektrinė talpa apskaičiuojama pagal formulę [pic]
Kondensatoriai. Plokščiojo kondensatoriaus elektrodai – dvi lygiagrečios plokštelės, įelektrintos vienodo modulio, bet priešingų ženklų krūviais.
Tarpas užpildytas dielektriku. Tokio kondensatoriaus elektrinė talpa [pic].
S –plokščių dengimosi plotas, kurį sudaro viena kitą dengiančios plokštės, d – atstumas tarp plokščių. . Kondensatoriaus, kartu ir tarp elektrodų sukurto elektrostatinio lauko energija lygi kondensatoriaus įkrovimo darbui, t.y. [pic]Elektrinės talpos vienetas – faradas (F). Tai talpa laidininko, kurio potencialas pakinta 1V, laidininkui gavus 1C krūvį.
Taskiniu kruviu sistemos energija: [pic][pic] Ilektrinto laidininko energija: [pic] Elektrostatinio lauko energija: [pic] R – spindulys
Elektrostatinio lauko energijos turinis tankis: [pic] arba [pic]
4. Nuolatine elektros srove – kryptingas elektros kruvi turinciu daleliu judejimas. Sroves tekejimo kryptimi laikoma teigiama elektros kruvi turinciu daleliu judejimo kryptis. Srove atsiranda kai medziagoje yra laisvu elektringuju daleliu ir laidininku viduje egzistuoja elektrinis laukas4.2Potencialu skirtumas- islekdamas uz metalo ribu elektronas privalo nugaleti ji sulaikanti dvigubo sluoksnio elektrini laukasi lauka.
Si lauka apibudina φ12= φ1- φ2 1V= 1J/CTarp dvieju tasku esanciu visai arti besiliecianciu metalu pavirsiuje.4.3Elektrovara-sroves saltinio viduje laisvuosius elektros kruvius be elektrostatines kilmes jegu(kulon jeg) dar veikia pasalines jegos, kuriu kryptis priesinga elektrostatines saveikos jegu krypciai.Pasaliniu jegu poveikis apibudinamas elektrovaros jega ε=Apas/q 1V=1J/C 4.
Itampa – itampa U tarp dvieju grandines tasku yra dydis matuojamas darbu, kuri atlieka elektrostatines ir pasalines jegos pernesdeamos teigiama kruvio vieneta is vieno tasko i kita 4.4 Sroves stipris ir tankis- Sroves stiprumas I=dq/dt 1A=1C/1S. Elektros sroves stiprumo pasiskirstyma laidininko skerspj apibudina sroves tankis j=I/S=dq/dt·s A/m2.4.5Omo desnis-[pic],[pic]I·R21=(φ1- φ2)+ε21,
U=I·R4.6Laidininko varza-tiesiog proporcinga laidininko ilgiui ir atvirksciai proporcinga jo skerspjuvio plotui ir priklauso nuo laidininko medziagos R=ρ(l/S) 1Ω varza turi laidininkas kuriuo teka 1a stiprumo elektros srove sukurianti jo galuose 1V potencialu stipruma.4.7Kirchofo desniai-1.i issisakojusios grandines mazga itekanciu ir is jo isteknaciu elektros sroviu stiprumu algebrine suma lygi 0 ΣIk=0 2.issisakojusios elektros sroves grandines bet kurio uzdaro konturo sakomis tekanciu elektros sroviu stiprumu Ik ir atitinkamu varzu Rk sandaugu algebrine suma yra lygi tame konture veikianciu elektrovaros jegu Ek algebrinei sumai. ΣIk
Rk=. ΣRk.Taikome kai reikia apskaiciuoti sudetingas nuolatines sroves grandines .4.8omo bei dziaulio –lencodesniai- ziureti4.5Dziaulio lenco
W=IUt
W=[pic],W=[pic],[pic],
W=It[pic], [pic], Q=IUT, U=IR, Q=I2Rt, Q= (U2/R)t4.9Metlu laidumo teorija-
metalu elektrinis laidumas atsiranda del laisvuju elektronu kryptingo judejimo.kruvi pernesa elektronaisusidures su metalu gardeles jonais,elektronas gali pradeti judeti bet kuria kryptimi.=[pic],<
λ>=kT/21/2σp, σ=e2n< λ>/2me4.10metalu elektr laidumo priklausomybe nuo temperatures-metalu varza priklauso nuo temperat.tdidejant metalu varza dideja,o mazejant mazeja.Varzos priklausomybe nuo temp aiskinama metalo jonu siluminiu svyravymu amplitudes padidejimu.Kuo aukst temp tuo maziau vietos lieka laisviesiems elektronams ir tuo didesne laidininko varza.
Q=ρ0(1+αΔt)4.11Superlaidininkai-pakankamai zemose temperaturose metalu specifine varza arteja prie tam tikros ribos vadinamos liekamaja specif varza. Kuo chemiskai grynesnis metalas ir kuo maziau ivairiu defektu kuriuos sukelia vidiniai itempimai,tuo mazesne jo liekamoji varza.Ir tokiu metalu varza esant labia zemoms temperaturoms arteja i 0 ir tokia savybe pasizymincios medziagos vadinamos superlaidininkais.
5. Judancio kruvininko bei laidininku tekancios elektros srives magnetinis laukas. Magnet.laukas atsiranda arba judant elektringosioms mikrodalelėms, arba dėl to, kad kai kurioms mikrodalelėms būdinga tam tikra magnetinė savybė, nusakoma savuoju magnetiniu momentu. Judant elektringajai dalelei, jos elektrinis laukas kinta laike ir dėl to atsiranda magnetinis laukas.
Tai-gamtos dėsnis: kiekvienas laike kintantis elektrinis kūnas kuria magnetinį lauką ir atvirkščiai-kiekvienas kintantis magnetinis laukas kuria elektrinį lauką.
Bio ir Savaro desnis: Indukcija kiekviename bet kokios formos laidu tekancios sroves sukurto lauko taske yra lygo elementariu magnetiniu lauku, kuriuos sukuria kiekvienas to laidininko elementas dl, indukciju dB
vektorinei sumai. [pic] l- laidininko ilgis, r – spindulys – vektorius, nubreztas is laidininko elemento dl i nagrinejamaji lauko tašką, k –
proporcingumo koeficientas.
Lorenco jega: Kiekvieną krūvio q0 elektringąją dalelę stiprumo E išorinis elektrinis laukas veikia elektrine jėga Fe(q0E Judantis krūvininkas kuria magnetinį lauką, todėl greičiu v judantį krūvininką išorinis magnetinis laukas dar veikia magnetine jėga Fm. Ši jėga tiesiogiai proporcinga sandaugai q0v. Olandų fizikas H. Lorencas apibendrinęs eksperimentų rezultatus, magnetinę jėgą išreiškė: Fm(q0v(B.
Elektromagnetinis laukas krūvininką veikia jėga FL (Fe+Fm(q0E+q0v(B. Ši fundamentalioji elektromagnetinės sąveikos jėga vadin.Lorenco jėga.
Ampero dėsnis: tiesiu laidininku teka stiprumo I srove ir jis yra vienalyčiame magnetiniame lauke, taiji veikianti jega yra tiesiog proporcinga sroves stiprumui I, laidininko ilgiui l, magnetinei indukcijai
B ir kampo ά tarp sroves krypties laidininke ir vektoriaus B sinusui:
F= [pic]
Solenoido magnetinis laukas: ji charakterizuoja magnetine indukcija, kuri priklauso nuo medžiagos magnetinės skvarbos [pic], viju skaiciaus n, ir tekancios sroves stiprumo I.
[pic]
Solenoido magnetinis momentas: jis yra lygus visu jo viju magnetiniu momentu sumai. Srove visuose vijose vienoda, ju plotai lygus, o asys sutampa su solenoido asimi. Todel solenoido magnetinis momentas eina išilgai jo asiesir paskaičiuojamas: [pic]
6. Medžiagos magnetines savybes priklauso nuo jos struktūriniu daleliu magnetiniu savybių. Norint išaiškinti medžiagos magnetines savybes ir kodėl jos turi įtakos magnetinio lauko indukcijos didumui, reikia išnagrinėti tuos procesus, kurie vyksta medžiagos viduje, veikiant išoriniam magnetiniam laukui, t.y. kaip veikia magnetinis laukas medžiagos atomus ir molekules.
Medžiagos įmagnetėjimas: Įmagnetėjimu vadiname dydį [pic] ( P –
magnetinis momentas, V – turis), kuris skaitine verte yra lygus medžiagos tūrio vieneto magnetiniam momentui. Jei kūno magnetinis momentas nelygus nuliui, sakome, kad yra įmagnetintas.
Paramagnetikai: paramagnetikais vadinsime tokias medžiagas, kuriu atomo ar molekules atstojamasis momentas[pic] net ir tada, kai jų neveikia magnetinis laukas. ( deguonis, aliuminis, platina ir t.t.)
Diamagnetikai: diamagnetikais vadinsime tas medžiagas, kuriu atomo ar molekules atstojamasis magnetinis momentas [pic]. Pavyzdžiui, taip yra atomuose, jonuose ar molekulėse, kuriu elektronu išorinių sluoksniu tam tikri posluoksniai yra užpildyti. ( auksas, sidabras, varis įvairios inertines dujos ir t.t.)
Feromagnetizmo prigimtis: 1907 m. buvo iškelta hipoteze, kad feromagnetikuose esama tam tikros vidines sąveikos, dėl kurios jų atskiros sritys spontaniškai įsimagnetina. Bet tik praėjus dviems dešimtmečiams buvo sukurta nuosekli kiekybine domenine feromagnetizmo teorija. Dabar neabejotinai nustatyta, kad feromagnetizmas susijęs su elektronu savaisiais magnetiniais momentais. Feromagnetikai – tai tokios kristalines medžiagos, kuriu atomu priešpaskutiniai elektronu sluoksniai yra ne visai užpildyti elektronų, todėl savieji elektronu magnetiniai momentai nesikompensuoja.
Magnetiniai domenai: Savaiminio įmagnetinimo sritys vadinamos magnetiniais domenais. Visame medžiagos gabale susidaro ne vienas, o daug įvairios krypties domenų, nes bet kuri sistema stengiasi turėti mažiausią potencinę energiją, o įsimagnetinus visam medžiagos gabalui, atsirastų didelės potencinės energijos išorinis magnetinis laukas.
Feromagnetiko histerezė: feromagnetiko savybe, veikiant pakankamo stiprumo periodiškai kintamu magnetiniu lauku, jo įmagnetėjimas kinta pagal kreive, vadinama magnetinės histerezės kilpa.
Kiuri temperatūra: Didinant temperatūrą feromagnetikai virsta paramagnetikais. Kiekvienam feromagnetikui yra būdinga temperatūros vertė
(Kiuri temperatūra), kurią pereidamas jis virsta paramagnetiku. Pavyzdžiui,
Fe Kiuri temperatūra lygi 770[pic] C, Ni – 360[pic] C, Gd – 17[pic]C.
Feromagnetikų taikymas technikoje: kietamagneciai feromagnetikai ar feritai dėl didelio liktinio įmagnetėjimo naudojami nuolatiniu magnetu, mažų varikliu ir garsiakalbiu magnetu gamyboje. O iš minkštamagnečių feromagnetikų gaminamos elektromagnetų bei elektromagnetinių relių šerdys.
7. Magnetinės indukcijos srautas ir cirkuliacija.
Svarbiausia magnetinio lauko charakteristika yra magnetinis laukas [B].Jai apipibūdinti paimkime laisvai pakabintą elementarūjį plokščią rėmelį,kuriuo teka stiprumo I elektros srovė.Bandymai rodo kad agnetiniame lauke rėmelį veikia jėgų dvejetas.Todėl laisvai pakabinto rėmelio normalė tame pačiame lauko taške visada nukrypsta ta pačia kryptimi.Ši kryptis priklauso nuo magnetinio lauko savybių ir laikoma magnetinės indukcijos B
kryptimi.Magnetinė indukcija – vienalyčio magnetinio lauko magnetinė indukcija skaitine verte yra lygi srovės rėmelį,kurio magnetinis momentas lygus vienetui, veikiančiam didžiausiam sukimo momentui. Kaip elektrinio lauko stiprumą vaizduojame elektrinėmis jėgų linijomis, taip magnetinę indukciją – magnetinės indukcijos linijomis.
Jei magnetinė indukcija tam tikroje vietoje lygi (B) teslų, tai pro statmeno linijoms paviršiaus ploto vienetą brėžiama (B) magnetinės indukcijos linijų.
Einančių pro bet kokį paviršiaus plotą S jam statmenų magnetinės indukcijos linijų skaičius vadinamas magnetinės indukcijos srautu arba tiesiog magnetiniu srautu, ir žymimas [pic] ir užrašomas taip:[pic] Paprastai sakant, nuosekliai augantis (mažėjantis) magnetinės indukcijos srautas apie save sukuria pastovų elektrinį lauką.
Magnetinio srauto vienetas yra Veberis (Wb). Veberis yra toks magnetinis srautas kuriam tolygiai mažėjant iki nulio per 1 s, šį srautą juosiančiame laidininke indukuojasi evj, lygi 1 V. Pro kiekvienos grandinės, kuria teka elektros srovė, ribojamą plotą praeina savasis magnetinis srautas. Kintant tekančiai elektros srovei kinta ir šis magnetinis srautas.dėl to grandinėje indukuojasi evj ir elektros srovė.
Toks reiškinys vadinamas savindukcija.
Nuolatinių elektros srovių kuriamo magnetinio lauko indukcijos vektoriaus cirkuliacija uždaru kontūru yra kontūru yra lygi to kontūro juosiamų srovių srovių algebriniai sumai.Magnetinės indukcijos B cirkuliacija išilgai kontūro l,dutampančio su bet kuria spindulio R indukcijos linija, yra lygi [pic]; [pic].
7.2.Elektromagnetinė indukcija.
A.Amperui, Ž.Bio ir kitiems mokslininkams įrodžius eksperimentais magnetinio lauko ryšį su elektros srove, imta ieškoti atvirkštinio ryšio-
elektros srovės priklausomybės nuo magnetinio lauko.1831m. po daugelio bandymų M.Faradėjus atrado elektromagnetnės indukcijos reikškinį:kai kinta laidų kontūrą verentis magnetinis srautas,jame atsiranda elektrovaros jėga.
Elektrovaros jėga – tai pašalinių jėgų veikimą apibūdinantis fizikinis dydis (sutrumpintai evj). Elektrovaros jėga uždarame kontūre yra pašalinių jėgų darbo, atliekamo perkeliant krūvį kontūru, ir to krūvio santykis:[pic]
Kaip ir potencialų skirtumas, elektrovaros jėga matuojama voltais.
7.3.Faradėjaus dėsnis
M.Faradėjus apibendrindamas daugybės eksperimentų rezultatus, priėjo prie išvados, kad indukcinė elektrovaros jėga nepriklauso nuo magnetinio srauto kitimo priežasties, o priklauso tik nuo jo kitimo spartos; tai ir yra elektromagnetinės indukcijos dėsnis.Kaip vėliau įrodė Dž.Maksvelis, tas dėsnis matematiškai užrašomas taip:[pic]
7.4.Indukcijos elektrovaros elektroninis mechanizmas
Judančiame laidininke elektrovara atsiranda dėl Lorenco jėgos veikimo, o jei laidininkas nejuda o kinta tik magnetinis srautas tai to priežastis yra sūkurinio elektrinio lauko atsiradimas:
[pic]; [pic]; [pic]; [pic]
7.5.Saviindukcijos reiškinys ir laidininko induktyvumas.
Jeigu dėl kokių nors priežasčių kinta laidaus kontūro ribojamą paviršių kertantis surištasis magnetinis srautas,tai jame taip pat indukuojasi elektrovaros jėga.[pic] Tas srautas yra tiesiai proporcingas sroves stipriui, o proporcingumo koeficientas L priklauso tik nuo laidininko formos, aplinkos savybiu ir vadinamas konturo induktyvumu matuojama henriais.Pagal elektromagnetines indukcijos desni [pic].Uždaru kontūru tekant stiprumo I srovė sukuria magnetinį lauką.Magnetinis srautas pro šio kontūro ribojamą ploto S paviršių apskaičiuojamas šitaip:[pic] toks srautas vadinamas surištuoju.Šis dydis vadinamas kontūro induktyvumu.SI
induktyvumo vienetas henris(1H=1 Wb/1 A):Tai induktyvumas tokio uždaro kontūro, kurį veria 1 Wb magnetinis srautas, kai juo teka 1 A nuolatinė elektros srovė.
7.6.Įjungimo ir išjungimo srovė
Įjungus evj šaltinį ar staiga išjungus, uždaroje grandinėje srovės stiprumas kurį laiką kinta.Šį kitima lemia saviindukcijos reiškinįs.Tarsime kad srovės šaltinio evj [pic],grandinės induktyvumas L
ir jos ominė varža R yra pastovūs dydžiai.Tomet uždarai grandinei pritaikę
Omo dįėsnį,gauname:[pic].Staigiai išjungus evj šaltinį,lygybėje dydis [pic],taigi turime šitokią lygtį: [pic],taigi [pic], arba [pic].[pic]-
relaksacijos trukmė.Išjungus evj šaltinį,elektros srovė eksponentiškai sipnėja.
Įjungus evj šaltinį, lygybėje [pic].Įvedame naują kintamajį [pic];iš šios lygties gauname [pic];čia [pic] yra nuostovosios srovės stiprumas.Įjungus evj šaltinį srovčė eksponentiškai stiprėja.
7.7.Magnetinio lauko energija
Sukuriant magnetinį lauką, tam tikras energijos kiekis W perkeliamas iš srovės šaltinio į elektros grandinę supančią erdvę.Kai srovė nusistovi, magnetinio lauko energija daugiau nekinta.Grandinę išjungus, nykstantis magnetinis laukas indukuoja elektros srovę, ir magnetinio lauko energija transformuojasi į laiduose išsiskiriančią Džaulio šilumą.Magnetinio lauko energija lygi darbui kurį elektros srovė atlieka šį lauką sukurdama:[pic],matuojama
7.8.Elektros variklio veikimo principas
Elektromagnetinės indukcijos reiškinys naudojamas mechaninę energiją paverčiant elektros energija.Generatorius priešingu atveju nei magnetiniame lauke suka rėmelį.Variklyje,kintamame magnetiniame lauke,ampero jėgų veikiamas sukamas rotorius. .
Jei būtų tik vienas rėmelis tai statoriaus apvijose reiktų keisti magnetinio lauko indukciją.
8. Sūkurinis elektrinis laukas: Indukciniu būdu sukurtas elektrinis laukas yra sūkurinis – jo jėgų linijos yra uždaros. Kintamojo magnetinio lauko kuriamas elektrinis laukas vadinamas sūkuriniu elektriniu lauku. Jo stiprio linijos yra uždaros, panašiai, kaip magnetinio srauto tankio linijos.
kintant magnetiniam laukui sūkurinis elektrinis laukas atsiranda ir nesant laidaus kontūro. Vektorius [pic] visais atvejais yra statmenas vektoriui[pic] ([pic]^[pic]), o kryptis susijusi su [pic] kryptimi kairinio sraigto taisykle.
Slinkties srovė: kiekvienas kintamasis magnetinis laukas erdvėje kuria sūkurini elektrini lauka ir kiekvienas kintamasis elektrinis laukas kuria sūkurinį magnetinį lauką. Taigi kintamasis elektrinis laukas magnetinio lauko kūrimo aspektu yra ekvivalentus elektros srovei, todėl jis buvo pavadintas slinkties srove.
Maksvelio lygtys: Pirmoji Maksvelio integralinė lygtis: [pic] (H-
pilnutinės srovės kuriamo magnetinio lauko stiprumas, S – kontūro l juosiamo plotas. Absoliučiai idealiu dielektriku laidumo srovė neteka ([pic]=0), todėl jam lygybė bus paprastesnė: [pic]. Primoji Maksvelio diferencialinė lygtis: rotH = [pic] + [pic]. Absoliuciai idealiam dielektrinkui ji paprastesnė: rotH =[pic].
Antroji Maksvelio integralinė lygtis: [pic] ši lygtis matematiškai apibendrina elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Antroji Maksvelio diferencialinė lygtis: : rotE =[pic].
Trečioji Maksvelio lygtis – tai elektronikoje nagrinėta Gauso teorema elektrinei slinkčiai:
[pic]; čia S- erdvės dalies, kurios tūris V, paviršius, [pic] – laisvojo krūvio tankis toje vietos dalyje. Gauso teoremos diferencialinė išraiška divD = [pic]. Ketvirtoji Maksvelio lygtis: [pic] ši lygtis reiškia, kad gamtoje nėra laisvųjų magnetinių krūvių, kitaip sakant, kad visi magnetiniai laukai yra sūkuriniai. Toji lygtis diferencialiniu pavidalu užrašoma šitaip: divB = 0
Elektromagnetinės bangos: Maksvelis padarė išvadą, kad elektromagnetinis laukas gali egzistuoti elektromagnetinių bangų pavidalu, t.y. periodiškai kintantis elektromagnetinis laukas gali atsiskirti nuo jį sukūrusių materialiųjų objektų ir nepriklausomai nuo jų sklisti erdve.
Elektromagnetinės bangos yra skersinės.
E(Em cos ((t – kx + (0 ),
H(Hm cos ((t – kx + (0 ); Em – elektrinio, o Hm – magnetinio laukų stiprumo amplitudės, ( – bangų kampinis dažnis, k-bangos skaičius, (0 – pradinė fazė.
Pointingo vektorius: Bangų energijos tūrinis tankis susideda iš jų elektrinio ir magnetinio laukų energijos tūrinių tankių. Bangos energijos tūrinį tankį padauginę iš jos sklidimo greičio, gauname energijos kiekį, pernešamą per vienetinį laiką pro vienetinį plotą, statmeną energijos sklidimo krypčiai: S(wv(EH – tai energijos srauto tankis. Jis yra vektorius, kurio kryptis sutampa su bangos sklidimo kryptimi. Taigi vektorius S || v, t.y. nukreiptas taip kaip vektorius E(H. iš to gaunam, kad S(E(H. šis energijos srauto tankio vektorius dar vadinamas Pointingo vektoriumi.
Elektromagnetinių bangų skalė:
Nors elektromagnetinių bangų skalė vientisa, tačiau įvairių skirtingų bangų diapazonai yra gaunami skirtingais būdais, skiriasi ir jų savybės.
Ilgiausias bangas turi kintamoji srovė, ν = 50 Hz, tai λ ≈ 100 km bangų, kuriu ν < 10000 Hz λ ≈ 10000 m, gaunamos elektros mašinose.
Radijo bangos 10000 < ν < 10[pic] Hz 10 [pic]> λ > 10[pic]gaunamos autogeneratoriuose.
Ultravioletiniai spinduliai gaunami rusenančio dujų išlydžio metu.
Rentgeno spindulių bangos ilgis yra nuo 10[pic]iki 10[pic] m. jie gaunami
Rentgeno vamzdžiuose, smūgiuojant elektronais antikatodą.
γ persidengia su Rentgeno spinduliais. Jų savybės panašios, tik gavimo būdai skiriasi. γ spindulius skleidžia atomų branduoliai.
Kuo ilgesnės bangos, tuo ryškesnės jų banginės savybės: interferencija, difrakcija, poliarizacija, ir tuo silpnesnės kvantinės savybės –
fotoefektas, Komptono efektas.
9. Idealaus virpesiu konturo varza =0. virmesiai vykstantys viena kart suteikus tokiam kont. Energ. – lasvieji. O svyravimai – harmoniniai.
kondencatoriaus en:W=q2/2C; rites: W=LI2/2;pagal en. Tvermes desni:
W(kond)+W(rit).=const.=>kond elektrinio lauko en. Virsta rites magnetinio lauko en.W02=1/LC d2q/dt2+w02q=0 q=qmcos(w0t+α0)
svyravimo periodas:T0=2π/w0 kond itampa:Uc=φ2- φ1=q/C(tai itampos amplitude)=Umcos(w0t+α0)
I=dq/dt=- W0*qmsin(w0t+α0) qmsin=I – sroves ampl. Realsu virp. kont. R≠0, jo svyravimai slopinamieji, jie yra neharmoniniai ir neperiodiniai.kond.
en. virsta dzaulio siluma ir virp. slpbsta. Virp. kont. Lygtis:
d2q/dt2+R/L* dq/dt+q/LC=0; R/L=2δ; δ-slopinimo kof.=R/(2L)
d2q/dt2+2δ*dq/dt+ W02q=0
kai δ< W0 tai:q=qm0*e-δt cos(w0t+α0);w1=(w02- δ2)1/2=(1/LC-R2/4L2) –
slopinamuju virpesiu kampinis daznis.qm0*e-δt – nusako amplitudes mazejimo desny.Kond. Itampa:Uc=q/C= Um0*e-δt cos(w1t+α0); :Uc=q/C-itampos ampl.I=dq/dt= w0 qm0*e-δtcos(w1t+α0+ψ) Ψ-prilauso nuo δ irW0 (π/2<Ψ<π)
Jei δ =<|E×H|>; I-sviesos intensyvumas, S- srauto yankis, E -sviesos vektorius H-magnetinio l. stip. I=εε0/μ0μ*Em^2; Emsvies vekt. Amplitude;
11. Bangos urios susitikimo taske sukelia nesatatmenus virpesius , o ju faziu skirtumas δ nekinta laike yraKoherentines
Interferenciuja- keliu koherentiniu bangu persiklojimas , kai vienjuose vietose susidaro max kitose min. Δ=n1r1-n2r2; n-absoliut luzio rod, r –
bangos nueitas kelias.
I=I1-I2+2(I1*I2)^1/2 *cosδ; I1,2- sudedamu bangu intenc. δ- faziu skirtumas. Max salyga:δ =±2mπ; min salyga: δ =±(2m+1)π m=1.2.3… reaios sviesos δ gali kistilaiko atzvilgiu -(w1-w2)t+k1r1-k2r2+α02-α01
Interf plevelese kampu i krites spind. λ atsispindi nuo pleveles (luzio rod n) ir po ja esancios medziagos. Kadangi plev turi stori dsusidar banguoptiniu keliu skirtumas Δ=2d(n^2-(sini)^2)^1/2±λ/2
Interf max : 2d(n^2-(sini)^2)^1/2=±(2m+1)λ/2; min: 2d(n^2-
(sini)^2)^1/2=±2mλ/2
Lesiu skaidrinimas:stiklas atspindi ~4% sviesos en. Ji padengus atsitinkamo storio d svesai laidziomis plev. (kurios n mazesnis uz stiklo). Jei d tenkina interf min salyga, atsispindeje spinduliai vienas kita slopina ir atspindzio nuotolis mazeja. Stiklas tampa skaidrus.
Interferatosius – tikslus ilgio matavimo prietaisas. Sviesa krinta i dalinai skaidre siadbro ploxtele(450 kampu), prasiskverbusi spinduliu dalis eina I antra veidrodi ir gryzus atgal ir atsispindi nuo sidabro pl. ant ekrano; atsispindejusi (nuo sidab. pl.) dalis eina link judancio veidrodzio ir gryzus atgal prasiskverbia pro sidabra, patekdama ant to paties ekrano(pakeliui itaisytas dar viena stiklo plokstele, eigai suvienodinti).
Ant jo susidaro interf min ar max (judinant judanty veidr, keiciant atstuma l.)Δ=2n(l1-l2); n-oro luzio rod.; l1,2 – nuotoliai nuo sidabro pl. Iki veidrodziu. Prietaiso paklaida – 10^-8 mm
12. 12.Šviesos difrakcija. Geometrinė optika pagrįsta teiginiu, jog optiškai vienalytėse aplinkose šviesa sklinda tiesiai. Tai lengvai paaiškino Niutono sukurta šviesos teorija. Pagal ją, šviesa yra tam tikrų dalelių srautas. Vienalytėje aplinkoje jos iš inercijos juda tiesiai ir tolygiai.
Tačiau nuo jo gerokai nukrypstama, kai šviesa sklinda pro labai siaurus plyšius, mažas skylutes ar kai sklidimo kelyje pasitaiko mažos neskaidrios kliūtys.visi šie reiškiniai, pastebime šviesai sklindant aplinka su ryškiomis nevienalytiškumo sritimis, vadinami šviesos difrakcija (reiskinys kai šviesos bangos užlinksta perėjusios kliūtį. Difrakcinį vaizdą galima gauti apšvietus šviesa kliūtį, kurios matmenys apytiksliai lygūs krintančios šviesos bangos ilgiui. ). Heigenso ir Frenelio principas:
kiekvienas taškas, kurį banga pasiekia tam tikru laiko momentu, yra elementariųjų bangų šaltinis , o visų tokių angų gaubtinė [pic] AB vėlesniu laiko momentu yra bangos paviršius. Šis Heigenso principas gerai paaiškino bangų sklidimą pagal geometrinės optikos dėsnius, bet nepakankamai jų difrakciją. O Frenelis, pasinaudojęs bangų koherentiškumo ir interferencijos sąvokomis, papildė Heigenso formuluotę. Pagal O.
Frenelį, virpesius taške galima nagrinėti kaip elementariųjų atraminių dalelių, kurias spinduliuoja kiekvienos bangos paviršiaus elementas dS, interferencijos rezultatą. Heigenso ir Frenelio principas teigia, kad kiekvienas sklindančios bangos paviršiaus taškas yra antrinių koherentinių bangų šaltinis.
Difrakcinę gardelę sudaro neskaidri medžiaga, kurioje yra daug siaurų lygiagrečių angų. Atstumas tarp gretimų angų centrų vadinama gardelės konstanta d. Paprastai gardelė gaminama specialia mašina, kuri įbrėžia stiklo plokštelės ilgio milimetre tūkstantį ir daugiau lygiagrečių brūkšnelių. Kiekvienas gardelės plyšys yra antrinių koherentinių bangų šaltinis.
Jeigu gardelė, už kurios pastatytas glaudžiamasis lęšis apšviečiama statmenai lygiagrečių spindulių pluoštu, tai lęšio židinio plokštumoje esančiame ekrane gaunamas antrinių bangų interferencinis vaizdas. Prieš gardelės centrą visada yra šviesi juostelė – centrinis maksimumas. Abipus jo vienodais atstumais gaunamas pirmos, antros ir aukštesnių eilių maksimumai.
Jie gaunami tose ekrano vietose, į kurias lęšis surenka kampu užlinkusius spindulius. Tų spindulių eigos skirtumas sveikam bangų ilgiui skaičiui: [pic]. Apšvietus gardelę balta šviesa, ekrane gaunamas jos spektras: abipus centrinio baltos šviesos maksimumo išsidėsto kiti maksimumai bangos ilgėjimo tvarka. Kuo aukštesnė spektro eilė m, tuo platesnis spektras. Difrakcinės gardelės metodu gana tiksliai nustatomas šviesos bangos ilgis arba dalelių išsidėstymas kristaluose.
Frenelio juostų metodas. Jei pirminė banga banga sklisdama nesutinka kliūčių, tai taške P, kuris yra ekrane, jos sukeliamų virpesių amplitudė lygi pirmosios (centrinės) Frenelio juostos keliam virpesių amplitudės pusei.
Fraunhoferio difrakcija. Šviesos bangas, sklindančias pro angas, kurių matmenys daug mažesni už Frenelio pirmosios juostos matmenis, galima laikyti, galima laikyti plokščiosiomis, arba spindulius lygiagrečiais.
Tokių šviesos bangų difrakcija vad. Franhoferio difrakcija.
Optinių prietaisų skiriamoji geba. ———————- niekur neradau.
Nebent parašyti kad lupa susideda iš lęšio, kuris priartina nuo 2,5 iki 25
kartų.
Holografijos principai: 1948 D. Gaboras (monochomatinę šviesą prizme reikia išskaidyti į 2 koherentinius šviesos pluoštelius: pagrindinį ir pagalbinį.
Pagrindiniu apšviečiamas daiktas. Šviesai jautri medž. apšviečiama kartu daikto išsklaidyta šviesa ir pagalbiniu pluošteliu. Jei šių bangu koherentiškumo nuotolis didesnis už jų nueitų kelių skirtumą, tai jos interferuoja, ir šviesos interferencinį lauką fiksuoja fotoplokštelė. Toks interferencinis vaizdas vad. holograma. Bangų interferencijos rez.
prikauso nuo jų amplitudžių didumo ir fazių skirtumo. Faziu skirtumas teikia informaciją apie daikto atskirų dalių nuotolį iki fotoplokštelės(hologramoje įrašomas erdvinis vaizdas). Fotografinė zoninė plokštelė yra taškinio monochromatinės šviesos šaltinio holograma.)
1963 E.Lytas ir J. Upatniekas: panaudojo lazerį. Veidrodžiu atspindėtas pagalbinis šviesos pluoštelis apšviečia fotoplokštelę, o tos pačios šv.
pagrindinis pluoštelis- daiktą.kiekvienas jo taškas išsklaido šviesą ir yra tartum lazerio šviesos taškinis šaltinis. Išsklaidytoji šviesa fotoplokštelėje interferuoja su pagalbiniu puošteliu. Fotoplokštelėje fiksuojamas šis labai sudėingas interferencinis vaizdas. Fotoemulsijs 1 mm gali būti tūkstančiai įvairiai orientuotų interferencinių minimumų ir maximumų. Į kiekviena hologramos taška patenka hologramuojamo daikto kiekvieno taško išsklaidyta šviesa. Kiekviename holog. taške yra tam tikra inform: atspindžio geba ir nuotolis iki daikto. Daikto realuji(susiglaudžiantis) ir menama(išsiskleidžiantis) vaizda atkuria pirmos eil. interferenciniai pluošteliai.
13. Poliarizuota šviesa – šviesa, kurios elektrinis (ir magnetinis)
vektorius svyruoja kai kuria griežtai nustatyta linkme, vadiname tiesiai poliarizuota šviesa, o statmeną šviesos vektoriaus svyravimo linkmei plokštumą – poliarizacijos plokštuma. Šviesos atspindėjimas nėra vienintelis būdas poliarizuotai šviesai gauti. Poliarizuotai šviesai gauti plačiai naudojami poliaroidai.
Poliarizuotos šviesos gavimas šviesai lūžtant ir atsispindint dviejų dielektrikų riboje bei esant dvejopam šviesos spindulių lūžimui vienaašiuose ir dviašiuose kristaluose.
Islandijos špatas kristalizuojasi rombinėje kristalografinėje sistemoje, iš jo kristalų lengvai galima iškelti keturkampių prizmių romboedrus. Dvejose viena prieš kitą gulinčiose kertėse susiduria trys bukų kampų sienelės.
Žiūrėdami išilgai linijos , jungiančios šias dvi kristalo kertes, dvigubo atvaizdo negauname. Šią kryptį kristale vadiname optine ašimi. Jeigu kristale užtinkame tik vieną tokią kryptį, kristalą vadiname vienakiu, o jeigu yra dvi kryptys – dviašiu kristalu. Šviesos spindulys kritęs statmenai į kristalo sienelę ir praeidamas kristalą, išsisklaido į du spindulius. Abu jie yra poliarizuoti.
Tampriųjų deformacijų kietuose kūnuose tyrimo poliarizacijos metodai.
Dirbtinė anizotropija deformuojant aplinkas yra proporcinga deformacijai.
Sudarę vidinį įtempimą skaidrios medžiagos plokštelėse, jį galime stebėt, padėję p[plokšteles tarp sukryžiuotu nikolių. Tada regimame lauke matysime spalvotas . keičiant įtempimą figūrų forma ir spalvos kinta skirtingai. Šis optinis metodas naudojamas įvairių statinių bei mašinų detalių įtempimui tirti.
14. Bangų dispersija vadinamas jų fazinio greičio priklausomumas nuo bangos dažnio (arba bangos ilgio).
Šviesos fazinis greitis v=c/n. Kadangi vakuume šviesos greitis c nuo dažnio nepriklauso, tai šviesos dispersiją nusako lūžio rodiklio n priklausomumas nuo bangos dažnio. Dėl šios priežasties balta šviesa trikampėje prizmėje išsisklaido į spektrą.
Bangų dispersijos elektroninė teorija. Pagal šią teoriją, surištuosius elektronus veikia kvazitampriosios jėgos, ir medžiaga sklindančios šviesos elektrinis laukas verčia juos virpėti bangos dažniu. Taigi kiekviena medžiagos struktūrinė dalelė yra tam tikrų osciliatorių sistema, o kiekvienam osciliatoriui būdingas savasis virpesių kampinis dažnis ω.
Molekulės (atomo) išoriniai elektronai su ja susieti silpniausiai. Todėl jie ir nulemia įvairisu optinius reiškinius, ir išoriniai eleltronai dar vadinami optiniais. Jonai yra daug inertiškesni už elektronus, todėl juos priversti virpėti geba tik žemojo dažnio infraraudonieji spinduliai.
Krintančios šviesos dažniu ω virpantys elektronai ar jonai spinduliuoja to paties dažnio antrines bangas. Kūne atstumai tarp molekulių yra mažesni už šviesos bangos koherentiškumo nuotolį, todėl antrinės šviesos bangos yra koherentinės, ir jos interferuoja tarpusavyje bei su krintančiąja banga.
Šviesos bangų sklaida, atspindys ir kt. – tai šios bangų interferencijos padarinys.
Normalioji dispersija. Trumpesnės bangos (aukštesnio dažnio) sklinda mažesniu faziniu greičiu už ilgesnes ir dėl to daugiau lūžta. Šiuo atveju išvestinės dv/dλ ir dn/dω yra teigiamos, ir tokia dispersija vadinama normaliąja.
Anomalioji dispersija. Dažniuose, kurių bangas medžiaga labai gerai sugeria, turime atvirkščią priklausomybę – dn/dω<0 bei dv/dλ<0. Tokia dispersija vadinama anomaliąja.
Bugerio dėsnis(absorbcijos): monochromatinės šviesos srauto, praėjusio storio x absorbuojantį medžiagos sluoksnį, intensyvumas išreiškiamas lygybe: [pic]. Čia Io- krintančios šviesos intensyvumas, α- šviesos absorbcijos rodiklis. Jis priklauso nuo medžiagos prigimties, jos būsenos, ir krintančios šviesos bangos ilgio, bet nepriklauso nuo šviesos intensyvumo ir absorbuojančio sluoksnio storio. Kai šviesą absorbuojančio sluoksnio storis x=1/α, praėjusios šviesos bangos intensyvumas I sumažėja e kartų krintančios bangos atžvilgiu.
Kūnų spalvos ir absorbcijos spektras. Dydžio α priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio vadinama medžiagos absorbcijos spektru. Praretintųjų vienatomių dujų absorbcijos spektras yra linijis , t.y. tik labai siauruose bangų ilgių diapazonuose absorbcijos rodiklis α nelygus 0. Tokia absorbcija vadinama atrankine, arba selektyviąja. Skystieji ir kietieji dielektrikai paprastai sugeria labai plačios spektro srities bangas, ir jiems dydis α yra tolydinė šviesos bangos ilgio λ funkcija. Mat dėl kondensuotosios aplinkos dalelių stiprios sąveikos osciliatorių savųjų virpesių dažnių diapazonas yra labai platus. Kai šviesa sklinda medžiaga, šie osciliatoriai rezonuoja, sugerdami atitinkamo dažnio bangas.
Dydžio α priklausomumu nuo bangos ilgio paaiškinama šviesą sugeriančios aplinkos spalva. Pvz., balta šviesa apšviesta plėvelė, kuri sugeria visas, išskyrus raudonos šviesos, bangas, praėjusioje šviesoje atrodo raudona. Šis reiškinys panaudojamas absorbcinių šviesos filtrų gamybai. Tokie filtrai –
tai stiklo plokštelė su spalvotu šviesą absorbuojančio želatino sluoksniu.
Šviesos atspindys: atspindys vad. veidrodiniu, jei tam tikru kampu į lygų plokščią paviršių krintantys lygiagretūs spinduliai, atsispindėję nuo plokščio paviršiaus taip pat yra lygiagretūs. Atspindintis pav. vad.
veidrodiniu arba veidrodžiu. Sklaidžiuoju(difuziniu), jei tam tikru kampu krintantys į paviršiu lygiagretūs spinduliai, atsispindėję nuo šio pav. , sklinda ivairiomis kryptimis ir šviesa yra sklaidoma.
15. Kvantinės šviesos savybės. Šviesa yra elektromagnetinės bangos ir fotonų srautas.Šviesa – dalelės, kvantai, kurie turi tam tikrą energiją.Dalelės energija priklauso nuo dažnio ar bangos ilgio.
Šiluminis spinduliavimas.Spinduliavimo ir sugėrimo geba.Gamtoje labiausiai paplitęs spinduliavimas, kurį sužadina medžiagos dalelių šiluminiai virpesiai.Šitaip sukeltas elektromagnetinis spinduliavimas vadinamas šiluminiu arba temperatūriniu.Įvairiais kitais būdais sužadintas spinduliavimas vadinamas liuminescenciniu.Kiekvienas kūnas, kurio temperatūra aukštesnė kaip 0K,spinduliuoja energiją.Tačiau būdamas žemos temperatūros, jis skleidžia tik infraraudonuosius spindulius;kuo temperatūra aukštesnė,tuo platesnis spinduliavimo dažnių diapazonas:aukštoje temperatūroje jau spinduliuojami regimieji bei ultravioletiniai spinduliai.Be to,kylant temperatūrai didėja bet kokio dažnio spinduliavimo intensyvumas.Taigi šiluminio spinduliavimo intensyvumas ir spektras priklauso nuo spinduliuojančio kūno savybių ir temperatūros.Kai per laiko vienetą kūnas išspinduliuoja tiek pat energijos kiek ir absorbuoja,tarp kūno ir jo spinduliavimo nusistovi dinaminė pusiausvyra.Šitokį kūno šiluminį spinduliavimą vadiname pusiausvyruoju.Tik šiluminis spinduliavimas gali būti pusiausvyrasis.Visų rūšių liuminescencinis spinduliavimas yra nepusiausvyrasis.Kietųjų kūnų ir skysčių šiluminio spinduliavimo spektras yra ištisinis:jį sudaro platesnis ra siauresnis dažnių υ (arba bangos ilgių λ) intervalas.Šiluminio spinduliavimo spektrui apibūdinti įvedamas kūno spektrinis energijo spinduliavimo tankis arba emisijos geba EυT.Pagal apibrėžimą [pic].Čia dWe-
energija elektromagnetinų bangų,kurias išspinduliuoja per laiko vienetą vienetinio ploto kūno paviršius 2π erdviniu kampu dažnių intervale nuo υ iki υ+dυ.Taigi kūno spektrinis spinduliavimo tankis yra lygus energijos srautui,kurį išspinduliuoja vienetinio ploto kūno paviršius 2π erdviniu kampu bangomis,kurių dažniai telpa vienetiniame intervale.Tarptautinėje vienetų sistemoje EυT matuojamas J/m2.Visi kūnai daugiau ar mažiau absorbuoja į juos krintančių elektromagnetinių bangų energiją.Absorbacijos spektrinė charakteristika yra kūno absorbcijos geba:[pic]Ji rodo ,kurią dalį krintančių į kūno paviršiaus ploto vienetą per laiko vienetą dažnio nuo υ iki υ+dυ elektromagnetinių bangų energijos dW tas kūnas absorbuoja, čia dWa-sugertoji energija.Ekaperimentais nustatyta, kad kietųjų kūnų spektrinis energijos spinduliavimo tankis EυT ir absorbcijos geba AυT
priklauso nuo skleidžiamų arba sugeriamų bangų dažnio υ, kūno temperatūros, jo cheminės sudėties ir paviršiaus būsenos.
Absoliučiai juodas kūnas,jo spinduliavimo dėsnis.Kūnas,kuris esant bet kokiai temperatūrai, absorbuoja visą į jį krintančių elektromagnetinių bangų energiją nepriklausomai nuo jų dažnių vadinamas absoliučiai juodu.Absoliučiai juodo kūno absorbcijos geba[pic].Absoliučiai juodo kūno spektrinį energijos spinduliavimo tankį (emisijos gebą) žymėsime ευ,T.Jis priklauso tik nuo dažnio υ ir kūno absoliutinės temperatūros T.
Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektras yra ištisinis.Tam tikrą bangos ilgį λm atitinka spektrinio energijos spinduliavimo tankio maksimumas.Didėjant temperatūrai T,šis maksimumas slenka link trumpųjų bangų.
V.Vynas nustatė tokų dydžių λm ir T sąryšį: absoliučiai juodo kūno spektrinio energijos spinduliavimo tankio maksimumą atitinkantis bangos ilgio yra atvirkščiai proporcingas kūno absoliutiniai temperatūrai,t.y. λm=b/T, čia b-Vyno konstanta.Nustayta,kad b=2.898*10-3 m*K.
Planko formulė.Planko konstanta-h.Eksperimentiškai nustatyta,kad h=6.626*10-
34J*s.Pagal Planko hipotezę osciliatoriaus energija gali būti ne bet kokia-
ji kvantuota.Dydis ε=hυ yra mažiausias galimas osciliatoriaus energijos kiekis;jis vadinamas energijos kvantu.Remdamasis šia energijos kvantavimo hipoteze ir statistinės fizikos dėsniais, M.Plankas gavo šitokią absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektrinio tankio analizinę išraišką:[pic];čia k-Bolcmano konstanta,c-šviesos greitis vakuume.Ši Planko formulė aprašo energijos pasiskirstymą absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektre.
Komptono efektas.Rentgeno spinduliai yra tam tikro ilgio λ elektromagnetinės bangos. Jų periodiškai kintančio elektrinio lauko veikiami medžiagos elektronai virpa lauko dažniu, todėl jie turėtų spinduliuoti to paties ilgio λ bangas.
Tarp išsklaidytų spindulių, be pradinio ilgioλ bangų, buvo ir didesnio ilgio λ‘ Rentgeno spindulių.Šis reiškinys pavadintas Komptono efektu.A Komptonas nustatė,kad bangos ilgio padidėjimas ∆λ=λ‘-λ nepriklausomai nuo krintančių spindulių bangos ilgio bei juos sklaidančios medžiagos, o priklauso tik nuo spindulių sklaidos kampo φ :[pic]pastovus dydis Λ vadinamas elektrono Komptono bangos ilgiu.Komptono efektas tiesiogiai patvirtina elektromagnetinio spinduliavimo fotoninę prigimtį.Aiškinant absoliučiai juodo kūno spinduliavimo dėsnius buvo tarta, kad šviesa spinduliuojama kvantais.
Aiškinantis fotoefektą įrodyta,kad ji kvantais ir sugeriama.Komptono efektas taikomas branduolių gama spinduliavimui,taip pat atomų, jų branduolių ie elementariųjų dalelių struktūrai tirti.
Šviesos slėgis.Šviesa krintanti į paviršių sudaro slėgį.[pic], E-energijos kiekio srautas, ρ-atspindžio koeficientas.Jei šviesą sugeria tai slėgis 2
kartus mažesnis nei atspindint šviesą.
Optinė pirometrija. Optinė pirometrija yra bekontaktinis temperatūros matavimo metodas. Galima išmatuoti labai aukštas temperatūras. Praktiškai tai yra vienintelis metodas, aukštesnėms kaip 2500oC temperatūros, matuoti.
Optinės pirometrijos metodas pagrįstas įkaitintų kūnų išspinduliavimo dėsniais. Optiniuose pirometruose, matuojant įkaitinto kūno temperatūrą, sulyginamas jo spinduliavimo ryškumas su etaloninio šaltinio ryškumu.Pirometruose ryškumo fiksavimui gali būti panaudotas fotoelementas.
Tuomet praktiškai prietaisas yra neinercinis ir gali būti naudojamas automatiniam temperatūrų matavimui ir reguliavimui. Fotoelektriniai pirometrai yra dviejų tipų. Pirmo tipo pirometruose fotoelementas paeiliui apšviečiamas arba nuo kūno, kurio temperatūra matuojama arba nuo etaloninio šviesos šaltinio. Antro tipo pirometruose į fotoelementą patenka tik įkaitinto kūno spinduliavimas. Pagal fotosrovės dydį nustatoma įkaitinto kūno temperatūra.
16.Priverstinis svyravimas. Einšteino teiginio prasmė apie priverstinį spinduliavimą yra ta, kad veikiant υ dažnio elektromagnetiniam laukui molekulė gali pereiti iš žemesniojo energijos lygmens E1 į aukštesnįjį E2
sugerdama energijos kvantą hυ = E2 – E1, arba pereiti išaukštesniojo lygmens E2 į žemesnįjį E1 išspinduliuodama energijos kvantą hυ = E2 – E1.
Pirmasis procesas vadinamas sugertimi, antrasis-priverstiniu (indukuotuoju)
spinduliavimu. Kiekvieno proceso Sparta proporcinga atitinkamoms tikimybėms
B12u ir B21u (čia B12 ir B21 – sugerties ir priverstinio spinduliavimo
Einšteino koeficientai, u – spinduliuotės spektrinis energijos tankis). Iš detaliosios pusiausvyros principo išplaukia, kadesant termodinaminei pusiausvyrai šviesos kvantų skaičius dN1, sugertų per laiką dt šuolio 1 → 2 metu, turi būti lygus kvantų skaičiui dN2, išspinduliuotų atvirkštinių šuolių 2 → 1 metu. Sugertųjų kvantų skaičius, pagal Einšteiną, proporcingas spektriniam veikiančiosios spinduliuotės tankiui u ir dalelių skaičiui N1 apatiniame lygmenyje:
dN1 = B12 u N1 dt. Sandauga B12 u N1 yra sugerties šuolių skaičius per vienetinį laiką. Analogiškai spinduliuotę sukeliančiųjų šuolių skaičius dN2
išreiškiamas taip:dN2 = (A21 + B21 u) N2 dt ; čia N2 –sužadintųjų dalelių skaičius būsenoje 2.Koeficientų B12 ir B21 išraiškos ir jų sąryšis su A21
gaunamos kvantinėje elektrodinamikoje. Tačiau pateiksime tik sąryšius tarp
Einšteino koeficientų.Tam tikslui panagrinėsime uždarą ertmę, kurios sienelės sugeria ir spinduliuoja elektromagnetinę spinduliuotę. Esant statistinei pusiausvyrai,spinduliuotė ertmės viduje nusakoma spektriniu spinduliuotės energijos tankiu u υ,T, nusakomu Planko formule: [pic].Savo savybėmis priverstinis spinduliavimas iš esmės skiriasi nuo savaiminio.Svarbiausia yra tai, kad susikūręs srautas sklinda ta pačia linkme kaip ir pradinis žadinantysis. Be to priverstinio ir pirminio srautų dažniai ir poliarizacijos griežtai vienodos. Priverstinis srautas yra koherentinis su pradiniu žadinančiuoju.
Lazeriai.Lazerinio spinduliavimo panaudojimas technikoje.Lazeris – tai prietaisas, žadinantis šviesos bangas, suformuoja kompaktišką siaurą jų pluoštą, kuris naudojamas radiolokacijoje, ryšiams, medžiagoms apdirbti ir tirti, medicinoje, chemijoje.
Lazerio spinduliuotė yra labai kryptinga, lazerio spindulys, nukreiptas į menulį, apšviečia ne daugiau 1 m2 menulio paviršiaus. Toks didžiulis lazerio kryptingumas, taip pat spalvos grynumas, gaunamas dėl labai didelio visų spinduliuojančių bangų ilgių ir dažnių vienodumo.
Lazeriai skirstomi į nuolatinius ir impulsinius. Lazerių spinduliuojantieji elementai gali būti kieto kūno, dujų, skysčių ir plazmos. Lazeriai naudojami labai plačiai.
Metrologijoje: lazerinis medžiagų apdorojimas, metalų, polimerų, kitų kietųjų medžiagų gręžimui. Lazeriu galima išgręžti nuo labai mažų iki didelių kiaurinių, taip pat galima suvirinti metalus, pjauti;
lazeriniam ryšiui užtikrinti.
17. Šterno – Gerlacho bandymas. Elektrono sukinys. Sprendžiant Šredingerio lygtį [pic] vandenilio tipo atomai potencinės energijos funkcija [pic].
Šiuo atveju, pagal baginei funkcijai keliamus reikalavimus gaunamas tik tam tikros energijos vertės, sutampančios su Boro teorijos vertėmis , [pic](n-
1,2,3). Banginės funkcijos užrašomos parametrais, kurie vadinami kvantiniais skaičiais. Tiesiogiai sprendžiant Šredingerio lygtį, gaunami trys kvantiniai skaičiai, nusakantys banginę funkciją – tai pagrindinis kvantinis skaičius n, orbitinis l, ir magnetinis kvantinis skaičius m.
Pagrindinis kvantinis skaičius n, nusako vandenilio atomo energiją, jis išreiškiamas tik sveikaisiais skaičiais: n=1,2,3… Orbitinis kvantinis skaičius įgyja vertes [pic] ir nusako elektrono orbitinį impulso momentą.
[pic]. Magnetinis kvantinis skaičius m, įgyja vertes [pic]. Ir nusako elektrono orbitinio impulso momento projekciją į išorinio lauko kryptį [pic].
Pauli principas. Elektrono pasiskirstymas atomo energetiniuose lygmenyse.
Galimas atomo konfigūracijas lemia Pauli principas, pagal kurį viename atome, negali būti 2 elektronų, turinčių tuos pačius kvantinius skaičius, n, l, ml ir ms. Atomo energija En priklauso tiek nuo jo elektronų konfigūracijos tiek ir nuo elektronų suminio judesio kiekio momento. [pic]
skaičiuojant atomo energiją, reikia įtraukti ir magnetines sąveikas, atsirandančias dėl to, kad su orbitiniu impulso momentu susijęs orbitinis magnetinis momentas, o su sukiniu – magnetinis momentas. Dėl magnetinių momentų sąveikos atomo energija priklauso ne tik nuo suminio orbitinio judesio kiekio momento L, bet ir nuo suminio elektronų sukinio [pic], bei bendro atstojamojo atomo judesio kiekio momento. J=L+S . atomo judesio kiekio momentai L, S, kaip ir atskirų elektronų L ir S sudedami pagal vektoriaus sudėties taisykles, nusakančias vadinamąjį vektorinį atomo modelį. Šių vektorių dydis apibūdinamas kvantiniais skaičiais La ir Ss.
Įstatant juos į [pic] ir [pic], Išraiškas vietoj l ir s.
Medžiagų banginės savybės. De Broilio hipotezė. Aiškinant optinius reiškinius, šviesai priskiriamos banginės arba kvantinės savybės. Galima, teigti, kad monochromatinė šviesa yra plintanti vieno dažnio elektromagnetinė banga arba fotonų, pernešančių po energijos kvantą [pic], rinkinys. Spinduliuotei būdingas banginės ir korpusinės savybės L. De
Broilis priskyrė ir visoms kitoms medžiagos dalelėms. Jis atrado , kad elektronams būdingos savybės bangos , kurio ilgis [pic]. Tačiau banga apibūdinama ne tik ilgiu, bet ir amplitude ir jos intensyvumu, proporcingu amplitudės kvadratui [pic]. Kiekviena dalelė yra banga (Plankas).
Stovinčios bangos neperneša energijos.
Heizenbergo neapibrėžtumo principas.V. Heizenbergas suformulavo neapibrėžtumo principą, pagal kurį negalima vienu metu tiksliai žinoti dalelės padėties erdvėje ir jos impulso. Tai esminė kvantinės mechanikos ypatybė, susijusi su dalelės aprašymu, grindžiamu jau paskirta banga.
Iš tiesų, dalelei judančia x ašies kryptimi priskiriant [pic]ilgio bangą, bangos lygtimi[pic] nenusakome koordinatės vertės, taigi dalelės buvimo vieta lieka neapibrėžta. Tai visiškai nepriimtina, nes judanti dalelė parinktu laiko momentai visada yra apibrėžtoje erdvės dalyje.
Kadangi judėjimo kiekio projekcija į x ašį [pic], tai [pic]Apribojant dalelės vietą gauname [pic]. Atsižvelgiant į tai, kad [pic], lygtį perrašome: [pic] ir matome, kad sunkesnėms dalelėms [pic] – labai mažas dydis. Todėl tokių dalelių buvimo vietą ir impulsą galima laikyti vienu metu apibrėžtais dydžiais, nes koordinatę ir greitį galima matuoti esant labai mažoms paklaidoms.
18. Kristaliniai kūnai: nuo peršaldytųjų skysčių ir dujų (amorfinių kūnų)
kristalai skiriasi kristaline struktūra. Daugelio kristalų išorė yra taisyklingos geometrinės formos. Kristalus riboja plokščios, taisyklingai viena kitos atžvilgiu išdėstytos sienos, susieinančios briaunose ir viršūnėse. Pasitelkiant rentgeno spindulius buvo nustatyta, kad kristalų dalelės išsidėsčiusios taisyklingai ir net išmatuoti vidutiniai atstumai tarp jų.
Kietieji kūnai kurių, kristalinė gardelė yra vienoda visame tūryje, vadinami monokristalais. Tai stambūs pavieniai kristalai, kurių matmenys būna gana dideli.
Daugelis kietųjų kūnų yra smulkiakristalės struktūros t.y. juos sudaro daug suaugusių į vieną kristalėlių, kurie yra vienas kito atžvilgiu išsidėstę visiškai netvarkingai. Tokie kietieji kūnai vadinami polikristalais. Jiems priklauso metalai.
Tarpatominiai ryšiai: metalai: mazguose yra metalo branduoliai, o aplink juos visame tūryje plaukioja elektronai, tokia metalų struktūra sąlygoja gerą jų elektrinį laidumą.
Joninių kristalų grupė: pvz. NaCl mazguose paeiliui išsidėstę teigiami ir neigiami jonai. Tokio tipo gardelės vadinamos heteropoliarinėmis. Joniniai kristalai lengvai skyla. Tokiose gardelėse jėgos dažniausia būna elektrostatinės.
Valentinių kristalų mazguose būna neutralūs atomai. Tokioje atominėje (homeopolinėje) gardelėje atomų sąveikos jėgas gali paaiškinti tik kvantinė mechanika.
Molekuliniai kristalai. Tai jodas, parafinas. Molekulines gardeles turi daugiatomių cheminių junginių kristalai. Tokiu kūnų mazguose būna neutralios molekulės.
Anizotropiškumas: t.y. fizikinių savybių nevienodumas įvairiomis kryptimis.
Šildomi kietieji kūnai plečiasi: Linijinis plėtimasis: Δl=ά l0 t Tūrinis plėtimasis: V=V0 (1+ ά t)
Kietųjų kūnų šiluminis plėtimasis yra susijęs su gretimų dalelių traukos ir stūmos priklausomybe nuo atstumo tarp kūno dalelių. Kuo didesnė temperatūra, tuo gardelės virpesių amplitudė didesnė, tuo didesnis vidutinis atstumas tarp dalelių. Jei dalelių virpesiai butų harmoningi, tai kristalas neišsiplėstų.
Šiluminis laidumas: dalelės surištos sąveikos jėgomis, todėl vienų dalelių virpesiai perduodami kitoms. Šiluminis laidumas priklauso nuo temperatūros:
kuo temperatūra didesnė, tuo laidumas mažesnis. Dielektriko šiluminio laidumo koeficientas nelabai žemose temperatūrose yra atvirkščiai proporcingas absoliutinės temperatūros pirmajam laipsniui.
19. Energetinių juostų susidarymas. Atome elektronais užpildyti vienelektroniniai lygmenys kristale sudaro užpildytą energetinę juostą.
Taip kristale gaunama užpildytos visos liestinės juostos iki juostos gautos iš atomų valentinių elektronų.Kristalų skirstymas į metalus, puslaidininkius ir dielektrikus juostinės teorijos požiūriu. Dielektrikai:
nelaidžios medžiagos (ΔE>2,5eV). Puslaidininkiai: 0,1eV<ΔE>2,5eV.
Laidininkai: ΔE< 0,1eV.Metaluose valentinė juosta nepilnai užpildyta, todėl yra laisvų labai mažai besiskiriančių energija lygmenų, per kuriuos ir vyksta elektronų kryptingas judėjimas veikiant elektriniam laukui. Virš valentinės esančios leistinės juostos, gautos iš atomo galimų sužadintųjų vienelektroninių lygmenų, yra elektronais neužpildytos (laisvosios).
Pirmoji laisvoji juosta višr valentinės vadinama laidumo juosta. Yra metalų, kuriuose valentinė juosta užpildyta, bet ji persikloja su laidumo juosta ir todėl elektronams yra galimybė veikiant elektriniam laukui didinti savo energiją ir kryptingai judėti.Puslaidininkių ir dielektrikų valentinė juosta užpildyta, o laidumo- atskirta draustiniu intervalu ΔE.
Sąlyginai puslaidininkiams priskiriamos medžiagos, kurių ΔE yra nuo kelių dešimtųjų iki 3eV. Dielektrikų ΔE>3eV. Elektros laidumas puslaidininkiuose ir dielektrikuose galimas tik tada, kai medžiagos elektroninė sistema yra sužadintos būsenos, t.y. peršokus elektronams iš valentinės į laidumo juostą.Elektronų Fermio ir Dirako statistika kristaluose. Fermio-Dirako skirstinys: [pic] Funkcija reiškia tikimybę rasti dalelę su energija E.
Fermio energija reiškia, kad tikimybė rasti tokią dalelę lygi pusei: [pic].
Didėjant temperatūrai: [pic], [pic].
20. . Atomo branduolio sandara: Atomo branduolys yra tarpusavyje sąveikaujančiu protonu protonu ir neutronu sistema. Abi sios daleliu sudetiens adleles vadinamos nuklonais.
[pic] skilimo dėsningumai: [pic] spinduliavimas vyksta tada, kai del vidiniu procesu branduoliuose is ju islekia keturiu elementariuju daleliu –
dvieju protonu ir dvieju neutronu sankaupa. Taigi [pic] daleliu struktura atitinka du kartus jonizuoata helio atoma arba branduoli [pic].
[pic] spinduliavimas vyksta tada, kai del vidiniu branduolio kitimu islekia dvieju tipu elementariosios daleles; elektronai arba pozitronai. Ivykus [pic] spinduliavimui ir susidarius elektronams cheminis elementas pasislenka periodineje elementu sistemoje i didesnio Z puse,o susidarius pozitronui – i mažesnio.
[pic] spinduliai tai labai trumpos elektromagnetines bangos, kurias skleidžia sužadinti branduoliai.
Radioaktyvaus skilimo dėsnis: [pic] N- nesusikilusiu branduoliu skaicius laiko momentu t.
Radioaktyvaus skilimo dėsnis: Radioaktyvieji medžiagų skilimo intensyvumą charakterizuoja jo spinduliavimo aktyvumas A, lygus branduoliu skilimo greičiui: [pic] N – branduoliu skaicius.