Ответы по курсу физики

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Силы Ампера и Лоренца

Магнитное поле- форма сущ-ния материи. Порождается движущ-ся зарядами, токами, обнаруживается под действием на другие движ-ся заряды, токи. Сущ-ет реально, не зависит от нас материально. Магнитное взаимодействие- взаимодействие между проводниками с токами, т.е. взаимодействие между движущ-ся зарядами. Магнитное поле хар-ся индукцией магнитного поля B (Тл), напряженностью H (А/м). B=М·М0·Н. Магнитное поле- вихревое, т.к. силовые линии замкнутые, охватывают проводник с током, расположены в плоскости перпендикулярно проводнику с током. Направление силовых линий опр-ся по правилу правого винта: если поступательное движ-е правого винта направить по направлению тока, то направление вращения ручки винта покажет направление силовых линий магнитного поля. Вектор В и Н расположены по касательной линии в любой точке силовой линии. Направление В и Н опр-ся по правилу правого винта. Сила Ампера- F=B·I·l·sin?, ?=(B^l). Направление силы Ампера опр-ся по правилу левой руки: если лев руку расположить так, чтобы силовые линии входили в ладонь, 4 пальца показывали направление тока, тогда отогнутый на 90? большой палец покажет направление силы Ампера. Сила Лоренца- сила, с которой магнитное поле действует на движ-ся заряд, влетевший в магнитное поле (положительного заряда). Если заряд отрицательный, то сила Лоренца направлена в противоположную сторону. Направление силы Лоренца опр-ся правилом левой руки. F= B·q·?

2. Закон Био-Савара-Лапласа. Индукция и напряженность прямого тока, кругового тока соленоида

Закон Био-Савара-Лапласа: dH=(Idlsin?)/(4?r?) (А/м). dB=(MM0Idlsin?)/(4?r?) (Тл).

Магнитное поле прямого тока текущему проводнику бесконечной длины: H=I / 4?r. B=MM0I / 2?r

Магнитное поле в центре кругового проводника с током: H=I/2R. B=MM0I/2R.

Магнитное поле соленоида бесконечной длины: H=IN/l. B=MM0(IN/l)=MM0In, где n- число витков на единицу длины, N- общее число витков в катушке, l- длина катушки.

3. Рамка с током в магнитном поле

Fa=B·I·l·sin?. На сторону b сила Ампера не действует, т.к. угол ?=0, а на сторону а действует, которая равна Fa=B·I·а. На рамку начинает действовать механический момент, который равен Ммех=>Fb=Biab=BIl. Pмагн=IS. Ммех=BPмагн => B=Ммех / Pмагн. Магнит стремится повернуть контур так, чтобы его магнитный момент установился по направлению поля B. Если в данную точку него помещать рамки с разными магнитными моментами, то на них будут действовать разные механические моменты.

4. Магнитное поле в веществе

H- магнитная проницаемость (восприимчивость вещ-ва), котор завис от вещ-ва и его состояния: B=HBвнешн+Bв-ва=Bвнешн(1+H), (1+Н)=М. В зависимости от М и Н все вещ-ва дел-ся: 1) Парамагнетики (калий, кальций, натрий): Н и М > 1 - вещ-во намагничивается по внешнему полю. 2) Диамагнетики (медь, углерод, вода): Н и М < 1 - намагничиваются, против внешнего поля и ослабляют его. 3) Ферромагнетики: Н и М >> 1, есть домены - области самопроизвольного намагничивания. Индукция зависит от магнитных свойств вещ-ва, а напряжённость не зависит. М=3: B=MM0H=3M0H=3?0

5. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Правило Ленца

Магнитный поток - поток вектора магнитной индукции. Явление электромагнитной индукции - явление возникновения электрич тока в замкнутой катушке (контуре) при изменении магнитного потока. Возникающий в контуре ток наз-ся индукционным. Ei = - ?p/?t = - dp/dt. «-» значит, что индукционный ток возникает такого направления, что его магнитное поле направлено против изменения внешнего магнитного поля. Индукционный ток направлен всегда против причины, его вызывающей. (Правило Ленца). ЭДС индукции - возникновение индукционного тока в цепи. Она пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур (закон Фарадея).

6. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции

Явление самоиндукции - возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нём силы тока. Возникающий ток наз-ся током самоиндукции. Он завис от скорости изменения внешнего тока Ei= - L(?S/?t). «-» показывает, что ток самоиндукции направлен против изменения основного тока. L - индуктивность контура, зависит от формы, размеров магнита и свойств вещ-ва. L=ММ0(N?S/l). ЭДС самоиндукции: по Фарадею: Ei= - dФ/dt. По Ленцу: Ei= - L(dI/dt). «-» показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нём.

7. Колебательный контур. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Формула Томсона

Колебательный контур - цепь, состоящая из включённых последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора ёмкостью С и резистора сопротивлением R. Формула Томсона: T=2?·корень(lC) (c)., l- индуктивность контура, С- ёмкость конденсатора. Электромагнитные волны - переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

8. Биологическое действие переменного электромагнитного поля

9. Использование высокочастотных электромагнитных колебаний с лечебной целью

Эффективность и методики терапевтического и хирургического использования высокочастотных токов и электромагнитных полей опр-ся их частотными хар-ками и интенсивностями. Дарсонвализация- метод лечения импульсными токами с частотой от 200 до 500 кГц при напряжении до 20 кВ. Токи в тканях не превышают 15-20 мА. Она стимулирует заживлению ран и язв, оказывает болеутоляющий эффект. Её применяют как укрепляющее средство при диатезах, после чумы у собак, при экзематозных поражениях кожи. Диатермия- прогревание глубоколежащих тканей эндогенным теплом, создаваемый токами от 1 до 3 А, при напряжении 200-250 В и при частоте от 1 до 1,5 мГц. Она позволяет повысить локальную температуру тканей на 2-5 градусов, причём немного повыш-ся и температура всего тела. Физиологический эффект её заключ-ся во внутритканевом повышении температуры, которая может сохраняться в течение нескольких часов. В ветеринарии её применяют при болезнях органов дыхания, артритов. Индуктотермия - индуктирование высокочастотным электромагнитным полем вихревых токов в теле животного. Она даёт более глубокое и равномерное прогревание, т.к. проводится на более высоких частотах 10-15 мГц. УВЧ терапия - используют электрич поле с частотой 30-300 мГц. Применяют при острых воспалениях в суставах, при гайморитах, фурункулёзе. Микроволновая терапия- используются сверхвысокочастотные электромагнитные колебания. Применяют при заболеваниях периферической нервной системы, гинекологических заболеваниях. Электрохирургия - хирургический диатермий - рассечение тканей в результате воздействия высокочастотного тока.

10. Фотометрия. Основные фотометрические величины. Законы отражения и преломления света. Линзы

Фотометрия - раздел оптики, изучающий вопросы измерения интенсивности света и его источников. Основные фотометрические величины: 1) энергетические - хар-ют энергетические параметры оптического излучения безотносительно к его действию на приёмники излучения: а) поток излучения Фe - величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло Фe = W/t (Вт), б) энергетическая светимость Re - величина, равная отношению потока излучения, испускаемого поверхностью, к площади сечения, сквозь которую этот поток проходит Re = Фe/S (Вт/м?), в) энергетическая сила света Ie - величина, равная отношению потока излучения источника к телесному углу, в пределах которого это излучение распространяется Ie = Фe/? (Вт/стеродиан), г) энергетическая яркость Be - величина, равная отношению энергетической силы света элемента излучающей поверхности к площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярно направлению наблюдения Be = ?Ie/?S (Вт/ср·м?), д) освещённость Ee - величина потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности Ee = Фe/S (Вт/м?). 2) световые - хар-ют физиологические действия света и оцениваются по действию на глаз или другие приёмники излучения: а) световой поток Ф - мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению Ф = W/t (Лм-люмен), W - кол-во световой энергии, б) сила света - силовой поток - величина, равная отношению светового потока, создаваемого точечным источником света в тёмном углу, к величине этого угла I = Ф/Л (Кд - кандела), в) освещённость - величина, равная отношению светового потока, падающего на данную поверхность, к площади этой поверхности E = Ф/S (Люкс), г) яркость - величина, равная отношению силы света, излучаемой источником, к площади видимой поверхности данного источника B = I/S (Кд/м?), д) светимость - отношение светового потока, излучаемого поверхности источника к величине этой светящейся поверхности ? = Ф/p (Лм/Вт). Закон отражения: луч, падающий, отражённый и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лучей, лежат в одной плоскости, угол падения равен углу отражения. Закон преломления: луч падающий, преломлённый и перпендикуляр, опущенный в точку падения лучей, лежит в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно относительному показателю преломления n21. Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями. Виды: двояковогнутые, двояковыпуклые, плосковогнутые, плосковыпуклые, выпукло-вогнутые, вогнуто-выпуклые. По оптическим св-вам линзы бывают собирающие и рассеивающие. Состав: ось, проходящая через центр линзы, наз-ся главной оптической осью. Лучи, проходящие через центр линзы не преломляются. Фокус - точка на главной оптической оси, которая собирает лучи, падающие на линзы. Расстояние от центра линзы до фокуса - фокусное расстояние.

11. Тепловые излучения. Абсолютно черное тело. Законы Кирхгофа, Вина и Стефана-Больцмана. Гипотеза Планка. Световые кванты

Тепловые излучения - свечение тел, обусловленное нагреванием. Тело, нагретое до достаточно высоких температур, светятся, т.е. излучают энергию. Излучательная способность - энергия, излучаемая за единицу времени с единичной площади излучателя, т.е. поток энергии электромагнитных волн. R=W/St. Поглотительная способность - часть падающей на тело энергии, которая остаётся в теле и превращается во внутреннюю A=Wпогл/Wпадающ. Абсолютно черное тело - тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающие на него излучения любой частоты. Закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела. Закон Вина (з-н смещения): длина волны, соответствующая максимуму значения спектральной плотности энергетической светимости чёрного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре: ?max = b/T, b - постоянная Вина = 2,9· 10-? м·К. Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость чёрного тела пропорциональна 4-й степени его термодинамической температуры: R=? · T??, ?- постоянная Стефана-Больцмана = 5,67·10-????. Гипотеза Планка: энергия излучается и поглощается отдельными порциями, квантами E=h(C/?), где E- энергия кванта, h- 6,62·10-???.

12. Поглощение света. Законы Бугера и Бера

Поглощение света: интенсивность световой волны - отношение энергии, переносимой светом через площадь, перпендикулярную световому лучу, ко времени переноса и площади поверхности I = W/St (Вт/м?). Закон Бугера: показатель поглощения есть величина, обратная толщине такого слоя вещ-ва, который ослабляет интенсивность света в e раз, где I0 - интенсивность световой волны до поглощения, I - интенсивность после поглощения, d - толщина поглотителя, k - коэффициент поглотителя (зависит от материала поглотителя), e - основной натуральный логарифм, «-» показывает, что интенсивность убывает при прохождении через поглотитель. Закон Бугера - Бера: Где ? - коэффициент поглощения раствора, С- концентрация раствора,

13. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта

Фотоэффект - явление вырывания электронов из металла под действие света. Виды: внешний - испускание электронов вещ-вом под действием электромагнитного излучения, внутренний - вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу, вентильный - возникновение ЭДС при освещении контакта двух разных проводников или проводника и металла. Законы фотоэффекта: 1) з-н Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света, 2) максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а опр-ся только его частотой, а именно линейно возрастает с увеличением частоты, 3) для каждого вещ-ва сущ-ет красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависит от химич природы вещ-ва и состояния его поверхности), при которой свет любой интенсивности фотоэффекта не вызывает. Уравнение Эйнштейна: h? = Aвыхода e + (mV?/2), где h? - энергия кванта падающего света.

14. Физиологическое действие видимого света и его значение в ветеринарии

Основным источником теплового излучения видимого света в природе является Солнце. Свет - важнейший регулятор жизненно важных функций организма, таких, как обмен веществ, размножение, активность защитных механизмов и др. Видимый свет значительно влияет на железы внутренней секреции (половые, щитовидные), но действие это происходит не непосредственно, а от сетчатки через зрительный нерв, головной мозг и гипофиз. Свет, попадая на кожу, нагревает ее и раздражает кожные рецепторы, которые вызывают рефлекторное действие многих других органов. Солнечный свет - это сильнодействующий биологический фактор, более эффективный, чем свет, создаваемый искусственными источниками, так как он содержит ИК и УФ излучения. В зимний период и при содержании в закрытых помещениях сельскохозяйственные животные испытывают так называемый световой голод, что приводит к снижению их продуктивности и устойчивости к инфекционным заболеваниям. Искусственное освещение при правильной дозировке и подборе спектрального состава устраняет неблагоприятные последствия недостатка естественного света.

15. Биологическое действие инфракрасного излучения и его применения в ветеринарии и зоотехнии

Инфракрасное излучение (ИК) - электромагнитное излучение, занимающее область между красной границей видимого света (760 нм) и коротковолновым радиоизлучением (?=1-2 мм). Биологическое действие ИК излучения в основном определяется производимым им нагревом тканей. Повышение температуры активизирует деятельность клеток, ускоряет их размножение и обменные процессы. ИК облучение широко применяют в медицинской и ветеринарной физиотерапии. Его используют при лечении заболеваний кожи, лимфатической системы, суставов (артриты, ревматизм), плевритов, маститов и др. ИК излучение, сильно поглощаясь водой, усиливает испарение и тем самым оказывает высушивающее действие на влажные поверхности. Это свойство находит применение при лечении мокнущих экзем, обмораживании. Преимущество ИК терапии перед другими тепловыми методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что особенно важно при открытых повреждениях. Возможно также ИК облучение через тонкие повязки, так как оно проникает через обычные перевязочные материалы. ИК излучение оказывает вредное действие на глаза, т.к. сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом. Оно может приводить к катаракте, отслоению сетчатки и другим заболеваниям глаз у работников, имеющих дело с раскаленными телами, испускающими значительное ИК излучение. Поэтому при работе с такими источниками необходимо надевать защитные очки. Значение приобретает в последнее время термография, основанная на регистрации с помощью электронно-оптических преобразователей ИК излучения, испускаемого тканями человека и животных. Поскольку ИК излучение поглощается тканями значительно слабее, чем видимый свет, то оно несет с собой информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, неразличимые в видимом свете. Хорошо видны на ИК снимках или на телеэкранах находящиеся близко под кожей вены, так как температура крови немного выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное ИК излучение. Снимки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, поскольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации ИК излучения позволяют обнаруживать места локализации тромбов или злокачественных опухолей.

16. Биологическое действие ультрафиолетового излучения и его применение в ветеринарии

Ультрафиолетовым называют электромагнитное излучение с длинами волн от 400 до 10 нм, находящееся между видимым фиолетовым и мягким рентгеновскими частями спектра. В основе этого механизма лежат не тепловые эффекты, как при ИК облучении, а фотохимические реакции, происходящие с биополимерами - белками и нуклеиновыми кислотами. Под действием фотонов, выбивающих из молекул электроны, заряд белковых молекул изменяется, что в конечном счете обусловливает денатурацию белков. Облучение приводит также к фотолизу, т. е. образованию осколков крупных молекул, обладающих высокой биологической активностью (гистамин, ацетилхолин). Изменения, происходя с нуклеиновыми кислотами, с молекулами ДНК влияют на процессы жизнедеятельности клеток,на их рост и деление, и могут приводить к гибели клеток и одноклеточных организмов - бактерий. Ультрафиолетовые лучи вызывают разрушение вирусов и бактериофагов, они обезвреживают некоторые бактериальные токсины (например, яд кобры) и ряд других токсичных веществ. Бактерицидное действие УФ облучения используют для обеззараживания воздуха в закрытых помещениях. Такую санацию воздушной среды применяют в операционных и перевязочных, что резко повышает хирургическую асептику. Помимо дезинфицирующего действия, УФ облучение способствует улучшению ионного состава воздуха, снижению количества сероводорода и двуокиси углерода. Первичное действие ультрафиолетового облучения начинается в коже и сопровождается общим усилением обмена веществ и повышением иммунобиологического состояния организма, а это, в свою очередь, ведет к ускорению процессов рассасывания патологических продуктов и регенерации тканей. По этому ультрафиолетовое облучение в ветеринарии применяют при лечении маститов и некоторых других воспалительных процессов. Из других биологических эффектов ультрафиолетового облучения следует отметить образование витамина Д, который способствует всасыванию из кишечника и усвоению кальция, входящего в состав костей и выполняющего ряд существенных физиологических функций. Следует отметить и вредное действие УФ облучения, особенно на глаза, т.к. слизистая оболочка глаза не имеет защитного рогового слоя, и поэтому глаз более чувствителен к ультрафиолету, чем кожа. Поэтому все работы с ультрафиолетом необходимо проводить в защитных очках.

17. Строение атома. Постулаты Бора. Излучение и поглощение энергии

Строение атома: первая модель атома - модель Томсона (кекс): это непрерывно заряженный положительным зарядом шар радиусом порядка 10-?? м, внутри которого около своих положений равновесия колеблются электроны, суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду шара, атом нейтрален. Атом Резерфорда: вокруг положительного ядра, имеющего заряд, размер и массу, практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка10-?? м по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Т.к. атом нейтрален, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов. Постулаты Бора: 1) в атоме сущ-ют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии, каждому из которых соответствуют определённые энергии. 2) электрон движется только по определённой стационарной орбите. В стационарном состоянии атом не излучает и не поглощает энергии. Излучение энергии - при переходе электрона с более высокой энергетической орбиты на более низкую. Поглощение энергии - при переходе электрона с более низкой энергетической орбиты на более высокую.

18. Строения атомного ядра. Дефект массы. Энергия связи атомных ядер

Атомное ядро состоит из элементарных частиц - протонов и нейтронов. Протон имеет положительн заряд, равный заряду электрона и массу покоя. Изотопы - ядра одного и того же элемента с одинаковым значением заряда, но разными атомными массами. Изобары - ядра с одинаковыми атомными массами, но разными зарядами. Дефект масс - ?m = (Zmp+(A-Z)mn)-mя. Энергия связи атомных ядер: энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны Eсв=(Zmp+(A-Z)mn-mя)·с?

19. Радиоактивность. Законы радиоактивного распада

Радиоактивность - явление испускания радиоактивного излучения. Это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Виды: естественная (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственная (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Типы: ? - излучение - коротковолновое электромагнитное излучение с малой длиной волны, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью, ?-излучение - поток быстрых электронов, ионизирующая способность значительно меньше, а проникающая способность гораздо больше, ?-излучение - не отклоняется электрическими и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью. Радиоактивный распад - естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Закон радиоактивного распада: число не распавшихся ядер убывает со временем по экспоненте: Где N- число не распавшихся ядер в момент времени, N0- начальное число не распавшихся ядер (t=0), ?- постоянная радиоактивного распада. Интенсивность процесса радиоактивного распада хар-ют величины: 1) период полураспада T1/2 - время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое: T1/2=ln2/?, 2) среднее время жизни радиоактивного ядра ? - величина, обратная постоянной радиоактивного распада: ? = 1/?.