Англійський вчений Джеймс Максвелл на підставі вивчення експериментальних робіт Фарадея з електрики висловив гіпотезу про існування в природі особливих хвиль, здатних поширюватися в вакуумі. Ці хвилі Максвелл назвав електромагнітними хвилями. За уявленнями Максвелла: при будь-якій зміні електричного поля виникає вихровий магнітне поле і, навпаки, при будь-якій зміні магнітного поля виникає вихровий електричне поле. Одного разу почався процес взаємного породження магнітного і електричного полів повинен безперервно тривати і захоплювати все нові і нові області в навколишньому просторі (рис. 42). Процес взаємопородження електричних і магнітних полів відбувається у взаємно перпендикулярних площинах. Змінне електричне поле породжує вихрове магнітне поле, змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле.
Електричні і магнітні поля можуть існувати не тільки в речовині, а й у вакуумі. Тому має бути можливим поширення електромагнітних хвиль у вакуумі.
Умовою виникнення електромагнітних хвиль є прискорений рух електричних зарядів. Так, зміна магнітного поля відбувається
при зміні струму в провіднику, а зміна струму відбувається при зміні швидкості зарядів, т. е. при русі їх з прискоренням. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі, за розрахунками Максвелла, повинна бути приблизно дорівнює 300 000 км / с.
Вперше дослідним шляхом отримав електромагнітні хвилі фізик Генріх Герц, використавши при цьому високочастотний іскровий розрядник (вібратор Герца). Герц досвідченим шляхом визначив також швидкість електромагнітних хвиль. Вона збіглася з теоретичним визначенням швидкості хвиль Максвеллом. Найпростіші електромагнітні хвилі - це хвилі, в яких електричне і магнітне поля роблять синхронні гармонійні коливання.
Звичайно, електромагнітні хвилі володіють всіма основними властивостями хвиль.
Вони підпорядковуються закону відбиття хвиль: кут падіння дорівнює куту відбиття. При переході з одного середовища в іншу переломлюються і підпорядковуються закону заломлення хвиль: ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для двох даних середовищ і дорівнює відношенню швидкості електромагнітних хвиль в першому середовищі до швидкості електромагнітних хвиль у другій середовищі і називається показником заломлення другого середовища відносно першого.
Явище дифракції електромагнітних хвиль, т. Е. Відхилення напряму їх поширення від прямолінійного, спостерігається у краю перешкоди або при проходженні через отвір. Електромагнітні хвилі здатні до інтерференції. Інтерференція - це здатність когерентних хвиль до накладання, в результаті чого хвилі в одних місцях один одного підсилюють, а в інших місцях - гасять. (Когерентні хвилі - це хвилі, однакові по частоті і фазі коливання.) Електромагнітні хвилі володіють дисперсією, т. Е. Коли показник заломлення середовища для електромагнітних хвиль залежить від їх частоти. Досліди з пропущенням електромагнітних хвиль через систему з двох решіток показують, що ці хвилі є поперечними.
При поширенні електромагнітної хвилі вектори напруженості Е і магнітної індукції В перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі і взаємно перпендикулярні між собою (рис. 43).
Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв'язку без проводів продемонстрував 7 травня 1895 р російський фізик А. Попов. Цей день вважається днем народження радіо. Для здійснення радіозв'язку необхідно забезпечити можливість випромінювання електромагнітних хвиль. Якщо електромагнітні хвилі виникають в контурі з котушки і конденсатора, то змінне магнітне поле виявляється пов'язаним з котушкою, а змінне електричне поле - зосередженим між пластинами конденсатора. Такий контур називається закритим (рис. 44, а).
Закритий коливальний контур практично не випромінює електромагнітні хвилі в навколишній простір. Якщо контур складається з котушки і двох пластин плоского конденсатора, то під ніж великим кутом розгорнуті ці пластини, тим більш вільно виходить електромагнітне поле в навколишній простір (рис. 44, б). Граничним випадком розкритого коливального контуру є видалення пластин на протилежні кінці котушки. Така система називається відкритим коливальним контуром (рис. 44, в). Насправді контур складається з котушки і довгого дроту - антени.
Енергія випромінюваних (за допомогою генератора незатухаючих коливань) електромагнітних коливань при однаковій амплітуді коливань сили струму в антені пропорційна четвертого ступеня частоти коливань. На частотах в десятки, сотні і навіть тисячі герц інтенсивність електромагнітних коливань мізерно мала. Тому для здійснення радіо- і телевізійної зв'язку використовуються електромагнітні хвилі з частотою від декількох сотень тисяч герц до сотень мегагерц.
При передачі по радіо мовлення, музики та інших звукових сигналів застосовують різні види модуляції високочастотних (несучих) коливань. Суть модуляції полягає в тому, що високочастотні коливання, що виробляються генератором, змінюють за законом низької частоти. В цьому і полягає один із принципів радіопередачі. Іншим принципом є зворотний процес - детектування. При радиоприеме з прийнятого антеною приймача модульованого сигналу потрібно відфільтрувати звукові низькочастотні коливання.
За допомогою радіохвиль здійснюється передача на відстань не тільки звукових сигналів, а й зображення предметів. Велику роль в сучасному морському флоті, авіації і космонавтиці грає радіолокація. В основі радіолокації лежить властивість відображення хвиль від провідних тел. (Від поверхні діелектрика електромагнітні хвилі відбиваються слабо, а від поверхні металів майже повністю.)
Електромагнітна хвиля - це мінливий з плином часу і розповсюджується в просторі електромагнітне поле.
Властивості електромагнітних хвиль:
1.Вознікают при прискореному русі зарядів.
3.Імеют швидкість в вакуумі 3 # 1 632; 10 8 м / с.
5.Пронікающая здатність і енергія залежить від частоти.
7.Обладают інтерференцією і дифракцією.
Властивість відображення електромагнітних хвиль використовується в радіолокації.
Радіолокація - це виявлення і визначення місцезнаходження об'єктів за допомогою радіохвиль.
Радіолокаційна установка (радіолокатор) складається з передавальною і приймальною частин.
Від передавальної антени йде електромагнітна хвиля, доходить до об'єкта і відбивається.
Радіолокатори використовують у військових цілях, а також службою погоди для спостереження за хмарами. За допомогою радіолокації досліджуються поверхні Місяця, Венери і інших планет.
- Механічна робота. Потужність. енергія; кінетична енергія; потенційна енергія тіла в однорідному полі тяжіння і енергія пружно деформованого тіла; закон збереження енергії; закон збереження енергії в механічних процесах; межі застосування закону збереження механічної енергії, робота як міра зміни механічної енергії тіла.
- Принципи радіозв'язку: випромінювання електромагнітних хвиль зарядом, що рухається з прискоренням; амплітудна модуляція; детектування; розвиток засобів зв'язку; радіолокація.
- Завдання на застосування рівняння стану ідеального газу.
Питання 1. Механічна робота. Потужність. Кінетична і потенційна енергія. Закон збереження енергії механічних процесів.
Робота - це величина, що дорівнює добутку сили, прикладеної до тіла на величину переміщення.
Механічна енергія - ця сума потенційної і кінетичної енергії тіла: W = Wкін * Wп
Wкін - кінетична енергія - це енергія руху. Цією енергією володіє будь-яке тіло, яке знаходиться в русі:. де m - маса тіла (кг), V - швидкість (м / с 2)
Wп - потенційна енергія (Дж) - це енергія взаємодії, залежить від маси тіла (m) і його висотою над землею (h):
Якщо тіло або система тіл можуть зробити роботу, то вони мають енергію.
Енергія - це фізична величина, що показує, яку роботу може зробити тіло.
Енергія позначається буквою Е, вимірюється в Джоулях (Дж).
Механічна енергія буває двох видів: кінетична і потенційна.
Кінетичної енергією називається величина, що дорівнює половині твори маси тіла на квадрат його швидкості.
Кінетична енергія - це енергія руху. Наприклад, кінетичної енергією володіє рухається машина, що летить повітряна кулька і т.д.
Потенційна енергія визначається положенням тіла по відношенню до інших тіл або взаємним розташуванням частин одного і того ж тіла.
Величину, що дорівнює добутку маси тіла на прискорення вільного падіння і на висоту тіла над поверхнею Землі, називають потенційною енергією взаємодії тіла і Землі.
Величину, рівну половині твори коефіцієнта пружності на квадрат деформації, називають потенційною енергією пружно деформованого тіла.
Наприклад, потенційною енергією володіє підкинутий на висоту м'яч або стиснута пружина.
Для замкнутої системи тіл виконується закон збереження енергії: повна механічна енергія тіла або замкнутої системи тіл залишається постійною (якщо не діють сили тертя).
Для здійснення радіозв'язку використовуються електромагнітні хвилі частотою від декількох сотень тисяч герц до сотень тисяч мегагерц. Такі хвилі добре випромінюються антенами передавачів, поширюються в просторі і доходять до антени приймача.
Мікрофон передавача перетворює звукові хвилі в електричні коливання низької частоти, які не випромінюється антеною. Ці коливання складаються з коливаннями, які виробляє генератор високої частоти, і виходять амплітудно-модульовані коливання. Вони є високочастотними, але зміненими за амплітудою відповідно до звуковими коливаннями.
Амплітудно-модульовані коливання випромінюються передавальною антеною і доходять до прийомної антени. У приймачі відбувається детектування - виділення з високочастотних модульованих коливань сигналу звукової частоти.
Найпростіший приймач складається з прийомної антени, коливального контуру, детектора, конденсатора, підсилювача і динаміка.
В антені приймача виникають коливання тієї ж частоти, на якій працює передавач. Щоб налаштувати радіоприймач на частоту який-небудь радіостанції зазвичай використовують конденсатор змінної ємності. Зі зміною його ємності змінюється власна частота контура приймача. При збігу цієї частоти з частотою який-небудь радіостанції настає резонанс - різке збільшення сили струму.
Потім з коливального контуру модульовані коливання надходять на детектор. який пропускає струм тільки в одному напрямку. Після детектора ток стає пульсуючий. Імпульси струму діляться: частина заряджає конденсатор, інша частина йде на динамік. У проміжку між імпульсами, коли через детектор струм не йде, конденсатор розряджається через динамік. В результаті цього через навантаження тече струм звукової частоти, і з динаміка чути музика або мова.
Шкала електромагнітних випромінювань. Застосування електромагнітних випромінювань на практиці.
Шкала електромагнітних хвиль тягнуться від довгих радіохвиль (# 955;> 1 км) до # 947; -променів (# 955;<10 -10 м). Электромагнитные волны различной длины условно делят на диапазоны по различным признакам (способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).
Прийнято виділяти наступні сім випромінювань: низькочастотне випромінювання, радіовипромінювання, інфрачервоні промені, видиме світло, ультрафіолетові промені, рентгенівські промені і гамма-випромінювання.
Низькочастотне випромінювання має найменшу частоту і найбільшу довжину хвилі. Його джерела: змінні струми і електричні машини. Це випромінювання слабо поглинається повітрям, намагнічує залізо. Застосовується для виготовлення постійних магнітів, в електротехнічної промисловості.
Радіохвилі знаходяться в інтервалі частот від 10 3 до 10 11 Гц. Вони випромінюються антенами передавачів і також лазерами. Радіохвилі добре поширюються в повітрі, відбиваються від металевих предметів, хмар. Радіохвилі використовуються для радіозв'язку і радіолокації.
Інфрачервоне випромінювання має ще більшу частоту, ніж радіохвилі (до 10 14 Гц) і випромінюється усіма нагрітими тілами. Воно добре проходить через туман і інші непрозорі тіла, діє на термоелементи. Застосовується для плавки, сушки, в приладах нічного бачення, в медицині.
Видиме світло має частоту близько 10 14 Гц, довжину хвилі 10 7 м. Це єдине видиме випромінювання. Джерела: Сонце, лампи. Світло робить видимими навколишні предмети, розкладається на промені різного кольору, викликає фотоефект і фотосинтез.
Використовується для освітлення.
Ультрафіолетове випромінювання має частоту від 10 14 до 10 17 Гц. Його джерела: Сонце, кварцові лампи. Це випромінювання викликає фотохімічні реакції, на шкірі утворюється загар, вбиває бактерії, поглинається озоном. Застосовується в медицині, в газорозрядних лампах.
Рентгенівські промені утворюються в рентгенівській трубці при різкому гальмуванні електронів. Вони володіють великою проникаючою здатністю, активно впливають на клітини, фотоемульсію. Застосовуються в медицині, в рентгенографії.
Гамма-промені (# 947; -лучи) мають найбільшу частоту (10 19 -10 29 Гц). Вони утворюються при радіоактивному розпаді, при ядерних реакціях. Мають найбільшу проникаючу здатність, не відхиляються полями, руйнують живі клітини. Застосовуються в медицині, військовій справі.
- Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування. Маса і розміри молекул.
- Світло як електромагнітна хвиля. Швидкість світла. Інтерференція світла, досвід Юнга; кольори тонких плівок.
- Експериментальне завдання: «Вимірювання щільності речовини твердого тіла».
Питання 1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування. Маса і розміри молекул.
Молекулярно-кінетична теорія (МКТ) - це вчення про будову і властивості речовини, що використовує уявлення про існування атомів і молекул як найменших частинок речовини.
В основі МКТ лежать три основних положення:
1.Все речовини складаються з найдрібніших частинок: атомів і молекул.
2. Це частинки безладно рухаються.
3.Частіци взаємодіють один з одним.
Основні положення МКТ підтверджуються досвідченими фактами.
Існування атомів і молекул доведено експериментально, отримані фотографії за допомогою електронних мікроскопів.
Здатність газів необмежено розширюватися і займати весь обсяг пояснюється безперервному хаотичним рухом молекул. Також його пояснює дифузія і броунівський рух.
Пружність газів, твердих і рідких тіл, здатність рідин змочувати деякі тверді тіла, процеси фарбування, склеювання, збереження форми твердими тілами говорять про існування сил тяжіння і відштовхування між молекулами.
Маси і розміри молекул дуже малі, і зручно використовувати не абсолютні значення мас, а відносні. Відносні атомні маси всіх хімічних елементів вказані в таблиці Менделєєва (в порівнянні з масою атома вуглецю).
Кількість речовини, що містить стільки ж частинок, скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю, називається одним молем.
В одному молі будь-якої речовини міститься одне і те ж число атомів або молекул. Це число називається постійної Авогадро:.
Масу одного моля називають молярною масою. .
Кількість речовини дорівнює відношенню маси речовини до його молярної маси:.