1. Kulono dėsnis. Elektrinio lauko stipris ir potencialas. Kulono dėsnis: dviejų taškinių krūvių sąveikos jėga yra tiesiogiai proporcinga šių krūvių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui: k =9*109 Nm2/C2 – proporcingumo koeficientas ε0=8.8*10-12C2/Nm2 – elektrinė konstanta ε = terpės santykinė dielektrinė skvarba Apie kiekvieną krūvį susidaro į begalybę besitęsiantis elektrostatinis laukas. Bet kuris lauko taškas apibūdinamas elektrostatiniu lauko stipriu E, kuris lygus jėgai, veiksiančiai vienetinį elektros krūvį. Elektrostatinio lauko potencialu, tam tikrame taške vadinamas krūvio potencinės energijos šiame taške santykis su krūvio dydžiu, t.y. vienetinio krūvio potencinė energija šiame taške: Wp – krūvio potencinė energija (J) q – krūvio didumas (C)
2. Darbo perkeliant krūvį, kito taškinio krūvio sudarytame lauke apskaičiavimas. Darbas perkeliant krūvį elektrostatiniame lauke nepriklauso nuo keliamo krūvio trajektorijos, o priklauso tik nuo krūvio pradinės ir galinės padėčių . A – darbas (J) q – krūvio didumas (C) E – elektrinio lauko stipris d – atstumas, kuriuo perkeltas krūvis iš pradinės padėties
3. Elektrinio lauko stiprio srautas. Gauso teorema elektrostatiniam laukui, jos taikymo pavyzdžiai. Elektrinio lauko stiprio srautu pro plotą vadinamas lauko stiprio vektoriaus E skaliarinė sandauga iš šio ploto. Ф – elektrinio lauko stiprio srautas (Nm2/C) E – elektrinio lauko stipris (N/C) S – plotas (m2) Gauso teorema: elektrinio lauko stiprio srautas pro uždarąjį paviršių lygus paviršiaus gaubiamų elektros krūvių algebrinei sumai, padalytai iš ε0. ∑ Ф – elektrinio lauko stiprio srautas (Nm2/C) q – krūvio didumas (C)
4. Elektrinio lauko stiprio ir potencialo ryšys. Elektrinio lauko stiprio ir potencialo ryšys: elektrinio lauko stiprio vektorius lygus potencialo gradientui su priešingu ženklu ir nukreiptas potencialo greičiausio mažėjimo kryptimi. ⃗
(
⃗)
Esant vienalyčiam laukui ( E = const.) ⃗ Δφ – potencialų skirtumas (V) Δd – atstumas tarp ekvipotencialinių paviršių (plokščių) (m)
5. Dielektrikų tipai. Dielektrikai elektrostatiniame lauke. Elektrinė slinktis. Dielektrikais vadinamos medžiagos, kurios neturi laisvųjų krūvininkų ir nepraleidžia elektros srovės. Dielektrikų tipai: Polinių dielektrikų molekulės polinės, t.y. jų teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių centrai nesutampa dėl nesimetrinio atomų išsidėstymo molekulėje (pavyzdžiui H2O, HCl). Tokia molekulė net nesant išorinio elektrostatinio lauko pagal elektrines savybes visada dipolis, jos dipolinis momentas nelygus nuliui. Išoriniame elektrostatiniame lauke polinės molekulės išsirikiuoja taip, kad jų dipoliniai momentai nenukrypsta pagal lauko stiprio vektorių. Šis reiškinys vadinamas orientacine arba dipoline poliarizacija. Nepolinių dielektrikų molekulės yra nepolinės, t.y. jų teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių centrai sutampa ir nesant išorinio elektrostatinio lauko p=0 (pavyzdžiui, H2, N2, O2). Galima laikyti, kad tokių molekulių neigiamasis krūvis simetriškai pasiskirsto neigiamo krūvio atžvilgiu. Į išorinį elektrostatinį lauką patalpinto nepolinio dielektriko molekulių ir atomų elektroniniai apvalkalai deformuojasi, pasislinkdami teigiamųjų branduolių atžvilgiu, ir molekulės įgyja indukuotąjį dipolinį momentą, kurio kryptis sutampa su išorinio elektrostatinio lauko stipriu. Taigi nepolines molekules galima laikyti tampriausiais dipoliais. Pagal lauką nukreipto indukuotojo dipolinio momento atsiradimas vadinamas deformacine arba elektronine poliarizacija. Joninę kristalinę gardelę turinčių dielektrikų struktūrą galima įsivaizduoti kaip dvi viena į kitą įdėtas priešingų ženklų jonų kristalines subgardeles. Išoriniame lauke subgardelės pasislenka viena kitos atžvilgiu (teigiamųjų jonų subgardelė pasislenka pagal lauko kryptį, neigiamųjų prieš). Taip susidaro pagal lauko stiprio vektorių E nukreiptas visuminis gardelės dipolinis momentas. Šis reiškinys vadinamas jonine poliarizacija. Elektrinė slinktis: Elektrostatinio lauko stipris dielektrike sumažėja ε kartų, palyginti su lauku vakuume. Pavyzdžiui vaizduojant lauką grafiškai, jėgų linijų tankis vakuume būtų ε kartų didesnis nei medžiagoje. Šio nepatogumo išvengiama taikant lauko charakteristiką, kuri vadinama elektrine slinktimi D. Jos sąsaja su lauko stipriu – D = εε0E [D]=C\m2 Elektrinės slinkties pavadinimas siejamas su surištųjų krūvių orientavimusi (slinktimi) elektrostatiniame lauke. Vektorius D apibūdina lauką, sukuriamą laisvųjų krūvių, kurie išsidėsto sąveikaudami su surištais krūviais. D nekinta pereinant iš vakuumo į medžiagą. Vektoriaus D lauko jėgų linijos nenutrūksta ties medžiagos paviršiumi, jos prasideda ir pasibaigia tik ties laisvaisiais krūviais ,o E lauko jėgų linijos gali prasidėti ir baigtis ties bet kokias krūviais.
6. Elektrostatinis laukas įelektrintame laidininke. Laidininkų elektrinė talpa Laidininkais vadinamos medžiagos kurios turi laisvuosius krūvininkus ir todėl gerai praleidžia elektros srovę. Laidininkai yra metalai, anglis, elektrolitai, plazma. Į išorinį elektrostatinį lauką patalpintame metale elektronai per labai trumpa laiką persiskirto taip, kad jų ir teigiamųjų jonų sudarytas laukas visiškai kompensuoja išorinį, metalo viduje elektronai ir jonai sudaro pusiasvyrąją sistemą. Šis krūvių persiskirstymas laidininke vadinamas elektrostatinės indukcijos reiškiniu. Elektrostatiniame lauke esančių metalų viduje lauko stipris E=0. Elektrinė talpa: Pavienių laidininkų potencialą ir krūvį siejantis proporcingumo koeficientas vadinamas elektrine talpa: C – elektrinė talpa (F) q – krūvio didumas (C) φ – potencialas (V)
Talpa skaitmeniškai lygi krūviui, kuri reikia suteikti laidininkui, kad vienetu padidėtų jo potencialas. Plokščiojo kondensatoriaus talpa: C– elektrinė talpa (F) ε0=8.8*10-12C2/Nm2 – elektrinė konstanta ε = terpės santykinė dielektrinė skvarba S – elektrodo plotas d – atstumas tarp elektrodų Nuoseklus kondensatorių jungimas: Lygiagretus kondensatorių jungimas:
7. Omo dėsnis nevienalytės grandinės daliai ir visai grandinei. (integraline ir diferencialine forma). Visų jėgų darbas perkeliant vienetinį krūvį tarp taškų 1 ir 2 vadinamas įtampa arba įtampos kritimu tarp šių taškų : Pašalinių jėgų darbas perkeliant vienetinį krūvį tarp taškų 1 ir 2 vadinamas šaltinio elektrovara Ԑ12. Kulono jėgų darbas perkeliant vienetinį krūvį tarp taškų 1 ir 2 vadinamas šių taškų potencialų skirtumu Δφ. Integralinė Omo dėsnio forma: U12=Ԑ12 + Δφ12 Uždaroje grandinėje (kai Δφ12=0): U12= Ԑ12 Jeigu nagrinėjame grandinę be elektrovaros šaltinio(Ԑ), tai:U12= Δφ12 Omo dėsnis grandinės daliai : Omo dėsnis visai grandinei: ε – šaltinio elektrovara (V) R – grandinės varža r – šaltinio varža Omo dėsnis diferencialinė forma:
γ=1/ρ – laidininko savitasis elektrinis laidumas [γ]=Sm/m E – elektrinio lauko stipris j – srovės tankis
8. Srovės darbas, galia. Džaulio Lenco dėsnio integralinė ir diferencialinė forma. Kirchofo taisyklės. Srovės atliekamas darbas: Srovės galia:
Laidininke išsiskiriantis šilumos kiekis apskaičiuojamas pagal Džaulio - Lenco dėsnio integralinę formą: Q – Šilumos kiekis (J) I – elektros srovės stipris (A) U – įtampa (V) t – laikas (s) Džaulio ir Lenco dėsnio diferencialinė forma: γ=1/ρ – laidininko savitasis elektrinis laidumas [γ]=Sm/m WQ – srovės savitoji šiluminė galia E – elektrinio lauko stipris Kirchofo taisyklės: Pirmoji: į mazgą įtekančių ir iš jo ištekančių srovių algebrinė suma lygi nuliui. Antroji: Grandinėje, algebrinė elektrovaros jėgų suma lygi įtampų sumai. ∑
∑
9. Tiesios ir apskritiminės srovių magnetinio lauko apskaičiavimas pagal Bio, Savaro ir Laplaso dėsnį. Baigtinio ilgio tiesinio laidininko srovės magnetinis laukas: Baigtinio ilgio tiesinio laidininko srovės magnetinio lauko indukcijos tam tikrame taške yra tiesiogiai proporcinga srovės stipriui, atvirkščiai proporcinga taško atstumui iki laidininko ir priklauso nuo tiriamojo taško padėties laidininko galų atžvilgiu (nuo kampų φ1 ir φ2). B – magnetinis laukas (T) μ0=4π*10-7 H/m μ – magnetinė skvarba I – laidininko srovė (A) φ1 ir φ2 – kampai tarp srovės krypties ir krypčių iš laidininko galų į tiriamą tašką a – trumpiausias atstumas nuo tiriamo taško iki laidininko linijos (m) Tiesinio begalinio laidininko srovės magnetinis laukas: Tiesinio begalinio laidininko srovės sukurto magnetinio lauko indukcija yra tiesiogiai proporcinga srovės stipriui ir atvirkščiai proporcinga trumpiausiam atstumui iki laidininko arba jo tęsinio. Magnetinės indukcijos vektoriaus B kryptis nustatoma pagal dešiniojo sraigto taisyklę. B – magnetinis laukas (T) μ0=4π*10-7 H/m μ – magnetinė skvarba I – laidininko srovė (A) a – trumpiausias atstumas nuo tiriamo taško iki laidininko linijos (m) Apskritiminės vijos srovės magnetinis laukas vijos ašyje: R – vijos spindulys (m) Apskritiminės vijos magnetinė indukcija B priklauso tik nuo srovės stiprio bei apskritimo vijos spindulio. Solenoido srovės magnetinis laukas solenoido ašyje:
Begalinio solenoido srovės kuriamo magnetinio lauko indukcija priklauso nuo solenoido vijų skaičiaus ir per ji tekančios srovės stiprio. n – vijų skaičius
10. Krūvininkų judėjimas magnetiniame lauke. Magnetinio lauko veikimas į rėmelį su srove. Magnetiniame lauke judantį krūvininką veikia Lorenco jėga. Krūvininkų trajektorijos forma priklauso nuo jų greičio krypties magnetinės indukcijos B atžvilgiu:
F – Lorenco jėga (N) q – dalelės krūvis (C) B – magnetinio lauko indukcija (T) α – kampas, kurį sudaro B ir v vektoriai ⃗ - krūvininkas judės tiesiaeigiškai ⃗ - krūvininkas judės apskritimine orbita v ir B sudaro tam tikrą kampą – krūvininkas judės spirale, kurio žingsnis lygus:
Rėmelio, kuriuo teka srovė I, magnetiniu momentu p vadinama srovės ir kontūro ribojamo ploto S sandauga: ⃗
Vienalyčiame B indukcijos magnetiniame lauke kontūrą, kurio srovė sukuria magnetinį momentą p, veikia jėgos momentas: α – kampas tarp p ir B Ampero dėsnis: laidininką, kuriuo teka srovė, magnetiniame lauke veikianti jėga yra tiesiog proporcinga srovės stipriui, magnetinio lauko indukcijai bei laidininko ilgiui ir priklauso nuo laidininko išsidėstymo lauko magnetinės indukcijos atžvilgiu. FA – Ampero jėga I – laidininku tekančios srovės stipris (A) B – magnetinio lauko indukcija (T) α – kampas, kurį sudaro B su l.
11. Medžiagų magnetinės savybės. Diamagnetizmo ir paramagnetizmo prigimtis. Nagrinėjant medžiagų magnetines savybes medžiagos vadinamos magnetikais. Pagrindinės magnetikų rūšys: diamagnetikai, paramagnetikai ir feromagnetikai.
Diamagnetikai – medžiagos, kurių atomų (molekulių) magnetiniai momentai nesant išorinio magnetinio lauko lygūs nuliui. Diamagnetikuose magnetinis laukas susilpnėja, nors ir labai nedaug, palyginti su lauku vakuume, t.y. diamegnetikų santykinė magnetinė skvarba μ<1
Paramagnetikai – medžiagos, kurių atomų (molekulių) momentai nelygūs nuliui net nesant išorinio magnetinio lauko. Patalpinus paramagnetikus į išorinį magnetinį lauką, jų atomų (molekulių) magnetiniai momentai daugiausia orientuojasi išorinio magnetinio lauko kryptimi, kiek sustiprindami išorinį lauką.
12. Magnetinis laukas feromagnetikuose. Magnetinė skvarba. Įmagnetėjimas. Feromagnetikai – kietosios medžiagos, kurioms nelabai aukštose temperatūrose būdingas savaiminis įmagnetėjimas. Feromagnetikuose išorinis magnetinis laukas smarkiai padidėja.
Feromagnetikų ypatumai: Netiesinė įmagnetėjimo J priklausomybė nuo magnetinio lauko stiprio H Sudėtinga santykinės magnetinės skvarbos μ priklausomybė nuo lauko stiprio H. Didžiausios μ reikšmės apytiksliai 103 ~ 106. Magnetinės histerezės reiškinys, kai esant tai pačiai magnetinio lauko stiprio H reikšmei įmagnetėjimo J reikšmės priklauso nuo ankstesnės feromagnetiko įmagnetėjimo būsenos. Kiekvieno feromagnetiko savybės iki jam būdingos didžiausios Kiuri tašku vadinamos temperatūros. Esant aukštesnei nei Kiuri taškas temperatūrai feromagnetikas tampa paramagnetiku. Feromagnetikų savybės aiškinamos tuo, kad jie sudaryti iš mažų sričių – domenų, kurie spontaniškai įmagnetėja iki soties. Nesant išoriniam magnetinio lauko, domenų atstojamieji magnetiniai momentai orientuoti chaotiškai. Magnetiniame lauke vyksta tų domenų augimas, kurių magnetinio momento kryptis artimos išorinio lauko stiprio vektoriaus krypčiai, ir domenų orientavimas pagal lauką. Stipriuose laukuose domenai visiškai kryptingi, todėl pasiekiama įmagnetėjimo soties būsena. Išnykus išoriniam laukui, domenų kryptingumas kiek sumažėja, bet išlieka liekamasis įmagnetėjimas. Fizikinis dydis μ, rodantis, kiek kartų pakito magnetinės indukcijos modulis magnetike, palyginti su jos moduliu vakuume, vadinamas magnetiko santykine magnetine skvarba: Įmagnetėjimas – medžiagos tūrio vieneto atomų magnetinių momentų suma, kuri kiekybiškai apibūdina medžiagos įmagnetėjimo būseną. ∑
.
13. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis. Saviindukcija. Fuko srovės. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis: Pagal Faradėjaus dėsnį kontūre indukuojama elektrovara yra lygi magnetinio srauto pro kontūro ribojamą plotą kitimo greičiui. ε – elektrovara (V) Ф – magnetinis srautas (Wb) Šioje formulėje minuso ženklas atitinka Lenco taisyklę: kontūre indukuotoji srovė visada yra tokios krypties, kad srovės sukurtas magnetinis laukas priešinasi jį sukūrusiam magnetinio srauto pokyčiui. Saviindukcija: Kontūre tekanti srovė sukuria susietąjį magnetinį srautą pro to kontūro ribojamą plotą. Jei srovė kinta, kinta ir susietasis magnetinis srautas, todėl pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį kontūre atsiranda elektrovara, o pats reiškinys – saviindukcija. Pagal Bio, Savaro ir Laplaso dėsnį magnetinė indukcija tiesiogiai proporcinga srovės stipriui. Vadinasi, saviindukcijos magnetinis srautas pro kontūro ribojamą plotą tiesiogiai proporcingas to kontūro stipriui: ε – elektrovara (V) I – indukuota srovė (A) L – ritės induktyvumas (H) Fuko srovės: Indukuotoji elektrovara ir indukuotosios sūkurinės srovės (vadinamos Fuko srovėmis) gali atsirasti ne tik grandinėse, bet ir ištisiniuose laidžiuose kūnuose, esančiuose kintamajame magnetiniame lauke. Toks
laukas gali būti ir išorinis, ir sukurtas pačiuose kūnuose tekančios kintamosios srovės. Pagal Lenco taisyklę Fuko srovės yra tokios krypties, kad jų kuriamas magnetinis laukas priešinasi šias sroves indukuojančiam magnetinio srauto kitimui. Pavyzdžiui, Fuko srovių magnetinis laukas stabdo kūno judėjimą išoriniame magnetiniame lauke.
14. Maksvelo lygtys elektromagnetiniam laukui. Pirmoji Maksvelo lygtis apibendrina elektromagnetinės indukcijos dėsnį taikant jį ir laidžiajam, ir bet kuriam elektromagnetiniame lauke menamai pasirinktam kontūrui : (⃗
⃗
)
t.y. kiekvienas kintamas magnetinis laukas aplink save kuria sūkurinį elektrinį lauką. Antroji Maksvelo lygtis apibendrina ir papildo pilnutinės srovės dėsnį. Nuolatinė srovė neteka grandine, kurioje yra kondensatorius, o kintamoji – teka. Taip yra todėl, kad kondensatoriuje sukuriamas slinkties srove vadinamas kintamasis elektrinis laukas, kuris uždaro laidumo srovę grandinėje. ∮ (⃗
)
∑
ir – kontūro L aprėpiamų laidumo ir slinkties srovių sumos. Taigi, magnetinio lauko stiprio vektoriaus cirkuliacija uždaruoju kontūru ʆ yra lygi laidumo ir slinkties srovių, kurias aprėpia šis kontūras, algebrinei sumai. Trečioji Maksvelo lygtis yra Gauso teorema, pritaikyta ne tik pastoviajam, bet ir kintamajam elektriniam laukui: ∮ (⃗
)
∑
t.y. elektrinio lauko slinkties srautas pro uždarąjį paviršių lygus paviršiaus gaubiamų laisvųjų krūvių algebrinei sumai. Ketvirtoji Maksvelo lygtis yra magnetiniam laukui taikoma Gauso teorema:
t.y. magnetinės indukcijos vektoriaus srautas pro bet kurį uždarąjį paviršių lygus nuliui.
15. Įtampų rezonansas kintamos srovės grandinėje įjungus rezistorių, induktyvinę ritę ir kondensatorių. Staigus kontūro srovės stiprio padidėjimas, kai priverstinės elektrovaros ciklinis dažnis tampa lygus savajam kontūro cikliniam dažniui, vadinamas įtampų rezonansu. Šį reiškinį vaizduoja grafikas – rezonansinė kreivė.
16. Šviesos interferencija, jos gavimo būdai. Interferencija plonose plėvelėse.
Šviesos interferencija – reiškinys, kai dvi ar kelios erdvėje sklindančios koherentinės bangos susideda sudarydamos iš eilės besikeičiančias šviesias ir tamsias juostas. Koherentinės bangos – pastovaus fazių skirtumo elektromagnetinės bangos, turinčios vienodą ciklinį dažnį. Maksimumo sąlyga: Δd=mλ Minimumo sąlyga: Δd=(2m+1)*λ/2 Būdai šviesos inteferencijai gauti: Jungo plyšiai. Šviesa iš šaltinio S apšviečia du plonus lygiagrečius plyšius(S1 ir S2), iš kurių pagal Hiuigenso principą sklinda antrinės bangos. Jos yra koherentinės, nes kilę iš bendro šaltinio S. Bangų sanklotos erdvėje vyksta interferencija. Ekrane matome interferencinį vaizdą(su plyšiais lygiagrečios šviesios ir tamsios juostelės).
Frenelio biprizmė sudaryta iš dviejų pagrindais suglaustų mažo laužimo kampo prizmių, kurios tikrojo šviesos šaltinio S šviesą susklaido į du menamųjų šaltinių – S1 ir S2 koherentinius šviesos srautus. Jų sanklotos erdvėje vyksta interferencija. Frenelio Veidrodžiais vadinami dviejų plokščių veidrodžių, kurių plokštumos sudaro mažą kampą α sistema. Šaltinis S uždengiamas pertvara, kad šaltinio šviesa nepatektų į ekraną. Veidrodžiai atspindi S šaltinio šviesa dviem koherentiniais šviesos srautais taip , lyg juos skleistų du šviesos šaltinio S menamieji atvaizdai – S1 ir S2 . Šie šviesos srautai yra koherentiniai, todėl ekrane matomas interferencinis vaizdas. Interferencija plonose plėvelėse: Šviesos interferencijos, atsispindėjusios plonoje plėvelėje: Maksimumo sąlyga:
Minimumo sąlyga:
17. Hiuigenso ir Frenelio principas. Frenelio difrakcija apskritiminėje angoje ir už apskritiminio disko. Fraunhoferio difrakcija plyšyje. Hiuigenso ir Frenelio principas: šaltinio S0 skleidžiamos bangos amplitudė bet kuriame už bangos fronto esančiame taške gali būti skaičiuojama kaip antrinių šaltinių (be galo mažo bangos fronto plotų), kurie yra koherentiniai su pirminiu šaltiniu ir tarpusavyje, bangų interferencijos rezultatas. Difrakcija apskritoje angoje ir diske (Frenelio difrakcija): Jeigu šaltinio S0 skleidžiama sferinė banga pasiekia neskaidrią pertvarą su apskrita anga, taške M, esančiame šaltinį ir angos centrą jungiančio linijos susikirtime su ekranu, difrakcinį vaizdą lemia tik tos Frenelio zonos, kurios telpa angoje. Atstojamojo virpesio taške M amplitudė priklauso nuo angoje tilpusių zonų skaičiaus m: Difrakcinis vaizdas atrodo kaip koncentriniai tamsūs ir šviesus žiedai apie skritulį. Kai sferinė banga difraguoja apskritame diske, kuris uždengia m pirmųjų Frenelio zonų, taške M, esančiame šaltinį ir disko centą jungiančios linijos susikirtime su ekranu, difrakcinį vaizdą sudaro Frenelio zonos, pradedant nuo (m+1)-osios. Atstojamoji amplitudė taške m : Am+1 – (m+1) – osios zonos sukeliamų virpesių amplitudė Šiuo atveju taške M visada matomas interferencinis maksimumas, t.y. šviesi dėmė, o apie ją – koncentriniai tamsūs ir šviesus žiedai. Difrakcija plyšyje (Fraunhoferio difrakcija): Fraunhoferio difrakcija vyksta kai į kliūtį ar angą krenta spinduliai iš tolimo šaltinio, kai su dideliu tikslumu galima kalbėti apie lygiagrečių spindulių pluoštą. Minimumo sąlyga: Maksimumo sąlyga:
18. Šviesos sklidimas medžiaga. Normali ir anomali dispersija. Šviesos sklidimas medžiagoje: Sklindančios šviesos kintamasis elektromagnetinis laukas sukelia terpės elektronų ir jonų priverstinius svyravimus. Šviesos veikiami priverstinai svyruojantys elektronai ir jonai spinduliuoja antrines šviesos bangas, kurių dažnis lygus svyravimus sukėlusios šviesos bangos dažniui. Normalioji ir anomalioji dispersija: Šviesos dispersija vadinama šviesos lūžio rodiklio n (kartu ir šviesos bangos fazinio greičio v) priklausomybė nuo bangos ciklinio dažnio arba bangos ilgio ž: n=f(w)=f(λ) (šios lygties grafikas vadinamas dispersijos kreive).
Jei dažniui didėjant (bangos ilgiui mažėjant) lūžio rodiklis didėja dispersija vadinama normaliąja. Jei dažniui mažėjant (bangos ilgiui didėjant) lūžio rodiklis didėja dispersija vadinama anomaliąja.
19. Poliarizuota šviesa. Dvejopas šviesos lūžimas kristaluose. Nikolio prizmė. Natūralioji ir poliarizuotoji šviesa: Natūralioji (nepoliarizuota) šviesa, tai šviesa kurios bangos sklinda visomis kryptimis. Jei šviesos vektorius E svyruoja tik vienoje plokštumoje, šviesa vadinama plokščiai (tiesiai) poliarizuota. Dvejopas šviesos lūžimas kristaluose: Dauguma kristalų yra optiškai anizotropiniai ( turi nevienodas optines savybes skirtingomis kryptimis). Šių kristalų lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos vektoriaus E krypties. Tokie yra vienašiai ir dviašiai kristalai, kuriuose vyksta dvejopas šviesos lūžimas: į kristalo paviršių kintantis šviesos spindulys suskyla į du lūžusius spindulius. Vienašiuose kristaluose paprastasis spindulys (o) lūžta pagal įprastinį lūžimo dėsnį, šio spindulio greitis v0=c/n0 (čia absoliutinis lūžio rodiklis n0=const.) . Nepaprastasis spindulys (e) lūžta ne pagal lūžimo dėsnį, nes šio spindulio greitis kristale ve=c/ne , o lūžio rodiklis ne, kartu ir lūžio kampas re, priklauso nuo spindulio krypties optinės ašies MN atžvilgiu. Ir paprastasis, ir nepaprastasis spinduliai yra plokščias poliarizuotasis. Nikolio prizmės veikimas. Islandijos špato kristalo prizmė perpjauna įstrižai pusiau, ir pusės suklijuojamos specialiais klijais – Kanados balzamu, kuris yra izotropinis ir skaidrus regimajai šviesai. Nepoliarizuotasis spindulys suskyla prizmėje į poliarizuotuosius – paprastąjį o ir nepaprastąjį e spindulius.
20. Šiluminio spinduliavimo dėsniai Toks spinduliavimas, kai kūnai, įkaitinti iki pakankamai aukštos temperatūros švyti, t.y. spinduliuoja elektromagnetines bangas, vadinamas šiluminiu spinduliavimu. Pagrindinė šiluminio spinduliavimo savybė yra jo pusiausvyrasis pobūdis. Išspinduliuojamų elektromagnetinių bangų spektrinė sudėtis ir intensyvumas priklauso nuo temperatūros. Šiluminio spinduliavimo kiekybinės charakteristikos: Spinduliavimo geba – tai energijos srautas, kurį kūnas išspinduliuoja iš ploto vieneto visomis kryptimis vienetiniame dažnio intervale. Suminis spinduliavimo srautas visame dažnio intervale vadinamas integraline spinduliavimo geba. Jei į kūno ploto vienetą per laiko vienetą krinta spinduliavimo srautas, sugertos ir krintančios energijų santykis vadinamas sugėrimo geba. Absoliučiai juodas vadinamas kūnas, kuris sugeria visą į jį krintančią spinduliuotę. Vadinasi, absoliučiai juodo kūno sugerties geba lygi vienetui. Pilkuoju vadinamas kūnas, kurio sugerties geba nepriklauso nuo dažnio (kartu ir nuo bangos ilgio) ir yra tik temperatūros bei pilkojo kūno paviršiaus savybių funkcija. Šiluminio spinduliavimo dėsniai Kirchhofo dėsnis: bet kurio kūno spinduliavimo gebos ir sugerties gebos santykis nepriklauso nuo kūno prigimties ir yra universalioji dažnio ir temperatūros funkcija. Stefano ir Bolcmano dėsnis: absoliučiai juodo kūno spinduliavimo geba yra tiesiogiai proporcinga kūno absoliučiajai temperatūrai ketvirtuoju laipsniu. ε – integralinė spinduliavimo geba (W/m2) σ = 5.67*10-8 (W/m2*K4) - Stefano – Bolcmano konstanta T – kūno temperatūra Vyno dėsnis: bangos ilgis, atitinkantis absoliučiai juodo kūno spinduliavimo gebos maksimumą, atvirkščiai proporcingas kūno absoliučiajai temperatūrai. - Vyno konstanta. T – kūno temperatūra (K)
Planko hipotezė: kūnai spinduliuoja šviesą ne ištisai, o tam tikromis energijomis porcijomis – kvantais, kurių energija tiesiogiai proporcinga spinduliuojamos šviesos dažniui. E – fotono energija (J) h =6.626*10-34 (J*s) - Planko konstanta ν – šviesos dažnis
21. Išorinis fotoefektas jo dėsningumai. Išorinis fotoefektas jo dėsningumai: Išoriniu fotoefektu vadinamas reiškinys, kai šviesos kvantai išmuša elektronus iš kietųjų ir skystųjų kūnų paviršiaus. Fotoefekto dėsningumai: Maksimalus fotoelektrono greitis priklauso nuo šviesos dažnio ir nepriklauso nuo jos intensyvumo. Soties fotosrovė tiesiogiai proporcinga fotokatodo energinei apšvietai. Egzistuoja fotoefekto raudonoji riba – tai ribinis mažiausias dažnis, kuriam esant vyksta fotoefektas. ν – mažiausio dažnio banga galinti sukelti fotoefektą (Hz) A – elektrono išlaisvinimo darbas (J) h =6.626*10-34 (J*s) - Planko konstanta Išorinio fotoefekto Einšteino lygtis: hν – fotono energija A – elektrono išlaisvinimo darbas (J) h =6.626*10-34 (J*s) - Planko konstanta me=9.1*10-31kg – elektrono masė v – didžiausias greitis suteiktas išlaisvintam elektronui (m/s)
22. Heizenbergo neapibrėžtumų sąryšiai. Šrėdingerio lygtis vandenilio atomui. Heizenbergo neapibrėžtumų sąryšiai: Ši nelygybė vadinama Heizenbergo (neapibrėžtumu) nelygybe ir išreiškia fundamentinį kvantinės mechanikos principą: neįmanoma tuo pačiu laiko momentu tiksliai numatyti mikrodalelės koordinates ir judesio kieko. Kita nelygybė sieja dar du mikrodalelių būseną nusakančių dydžių – mikrodalelės energijos E ir laiko t neapibrėžtumus: Kuo trumpiau trunka tam tikra mikrodalelės būsena, tuo didesnis yra šios būsenos energijos neapibrėžtumas ir atvirkščiai. Koordinatės, judesio kiekio, laiko ir energijos neapibrėžtumais laikant šių dydžių vidutinius kvadratinius nuokrypius nuo vidurkių, Heizenbergo nelygybės išreiškiamos taip:
Šrėdingerio lygtys: Banginės funkcijos analizinė išraiška gaunama sprendžiant pagrindinę nerealiativistinės kvantinės mechanikos lygtį, vadinamą ją pasiūliusio mokslininko vardu Šrėdingerio lygtimi.
Bendroji Šrėdingerio lygtis: m – mikrodalelės masė (kg) Ψ(x, y, z, t) – ieškoma mikrodalelės banginė funkcija – Laplaso operatorius – menamasis vienetas √ U(x, y, z, t) – mikrodalelės energija išorinių jėgų lauke Stacionarioji Šrėdingerio lygtis:
23.
Lazerių darbo principai
Medžiagos būsena, kai joje yra daugiau sužadintų atomų negu pusiasvyrųjų, vadinama inversine. Tai naudojama optiniuose kvantiniuose generatoriuose – lazeriuose. Juose šviesa stiprinama priverstinio spinduliavimo pagalba. Lazeriai generuoja šviesą optiniame diapazone. Lazerio spinduliavimo savybės: laikinis ir erdvinis koherentiškumas, griežtas monochromatiškumas, didelis energijos srauto tankis, pluoštelis mažai išsiskaidęs. Lazerio veikimo principas: paprastai lazeris veikia panaudojus trijų ar daugiau lygmenų kvantinę sistemą. Trijų lygmenų sistemoje žadinamos dalelės iš normaliosios E1 energijos būsenos pereina į E3 energijos būseną, kol abiejų būsenų dalelių skaičius tampa vienodas. Trečiajame lygmenyje sistema būna labai trumpai, po to, nespinduliuodama savaime pereina į 2 būseną. Šioje būsenoje gyvavimo trukmė šiek tiek didesnė. Veikiama elektromagnetinių bangų, sistema pereina iš 2 būsenos į 1 būseną ir kartu išspinduliuoja elektromagnetines bangas.
24. Supratimas apie p-n sandūros veikimą. Puslaidininkiai yra p tipo (krūvio nešėjai – skylutės) ir n tipo (krūvio nešėjai – elektronai). Dviejų p ir n tipo laidumo puslaidininkių kontaktas vadinamas pn sandūra. Elektronai iš n srities difunduoja į p sritį, o skylutės iš p srities difunduoja į n sritį. N sritis įsielektrina - teigiamai, o p sritis – neigiamai. Dėl šios priežasties sandūroje susidaro kontaktinis elektros krūvio laukas, kuris trukdo pagrindiniams krūvio nešėjams dėl difuzijos judėti per pn sandūrą. Jeigu puslaidininkį n prijungsime prie šaltinio neigiamo poliaus, o p prie teigiamo poliaus, tada sandūros laidumas padidėja ir ja tekanti srovė yra vadinama tiesiogine. Jei prijungsime atvirkščiai, laidumas sumažės, o ja tekanti maža elektros srovė bus vadinama atgaline. Fermi energija (lygmuo) tai maksimali energija, kurią turi laidumo elektronai 0K temperatūroje.
25. Gamtinis radioaktyvumas. Radioaktyvumo vienetai. Radioaktyvaus skilimo dėsnis. Nepatvarieji vieno elemento izotopai gali išspinduliuoti daleles ir virst kito elemento izotopais. Šis reiškinys vadinamas radioaktyvumu. Jis gali būti gamtinis ir dirbtinis. Gamtinio radioaktyvumo metu branduolių skilimas vyksta savaime, dirbtinio – branduolius paveikus kitomis elementariosiomis dalelėmis. Skilimą apibūdina aktyvumas: A=λN; matavimo vienetas bekerelis (Bq) – per vieną sekundę įvyksta vienas skilimas. 1Bq=2,72*10-11Ci. Absorbuota dozė lygi sugertos spinduliavimo energijos ir medžiagos masės santykiui. Dozės vienetas Gy – Grėjus – 1J energijos / 1kg medžiagos.
Radioaktyvusis skilimo dėsnis nusako eksponentinį radioaktyviųjų branduolių skaičiaus mažėjimą laikui bėgant. λ – radioaktyviojo skilimo konstanta. Pusamžis tai laikas, per kurį suskyla pusė pradinio branduolių kiekio. N0 – branduolių skaičius stebėjimo pradžioje N – nesuskilusių branduolių skaičius praėjus laikui t T – pusamžis Vidutinė branduolio gyvavimo trukmė: 4grupe: 1-6klausimas 2-11kl 3-21kl 4-10kl 3grupe: 1-7kl 2-2kl 3-23kl 4-17kl. 1grupe: 1. lauko stiprio ir potencialo rysys 2.saviindukcija,fuko sroves ten tos 3.siluminis spinduliavimo desniai 4.radioaktyvumas gamtinis,vienetai
2grupė:
