Fizikos paruoštukėlė
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 kkitam 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 kkrūvio 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 22, 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 mmagnetinio 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. EElektrostatinis 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 ttik 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 vvienu 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 ddarbu, 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 iir 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 vvisada 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 ssu 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]-
rrelaksacijos 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 bbus 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 yyra 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 sspinduliai 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. JJie 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 ppriartina 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 ttaškinio 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 llygmenyje:
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, kkad [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 kkūnai 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.
