Физика для средних специальных учебных заведений - часть вторая - механика и молекулярная физика (Жданов, Маранджян) 1971 год - старые учебники

Упражнения 71

Глава 21. Постоянный электрический ток и его законы 73 § 275. Электрический ток (73). § 276. Замкнутая электрическая цепь (73). § 277. Электродвижущая сила источника электрической энергии (74). § 278 Внешняя и внутренняя

электрические цепи (76), §279. Направление тока в электрической цепи (77). § 280. Падение потенциала во внешней электрической цепи (78). § 281. Ток и единицы его измерения (79). § 282. Типы соединения проводников (79). § 283. Амперметр, вольтметр и гальванометр (80). § 284. Связь между напряжением и силой тока на участке цепи без э. д. с. (81). § 285. Сопротивление проводника и единицы его измерения (83). § 286. Проводимость и единицы ее измерения (84). § 287. Закон Ома для участка цепи без э. д. с. Падение напряжения (85). § 288. От чего зависит сопротивление проводника (86). § 289. Зависимость сопротивления от длины и площади поперечного сечения проводника (87). § 290. Зависимость сопротивления от материала. Удельное сопротивление (88). § 291. Зависимость сопротивления от температуры (89). § 292. Сверхпроводимость (93). § 293. Реостаты (95). § 294. Эквивалентное сопротивление (97). § 295. Последовательное соединение потребителей энергии тока (98). § 296. Параллельное соединение потребителей энергии тока (101). § 297, Закон Ома для всей цепи с сосредоточенной э. д. с. (104). § 298. Показание вольтметра, присоединенного к полюсам генератора (104). § 299. Электродвижущая сила на участке замкнутой цепи (106). § 300. Закон Ома для цепи с распределенными э д. с. (107). §301. Последовательное соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею (108). § 302. Параллельное соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею (НО). § 303. Смешанное соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею (111). § 304. Закон Ома для участка цепи, содержащего э. д с. (112). § 305. Примеры решения задач на постоянный ток (115). § 306. Законы Кирхгофа и их применение к расчету цепей постоянного тока (119). § 307. Определение сопротивления мостиком Уитстона (122). § 308. Пример решения задачи па законы Кирхгофа (124).

Упражнения. 126

Глава 22. Работа и тепловое действие электрического тока 129

• 309. Работа электрического тока (129). § 310. Мощность электрического тока (131). §311. Тепловое действие электрического тока (133). § 312. Расчет количества теплоты, выделенной электрическим током (135). §313. Выделение теплоты током в потребителях при их последовательном и параллельном соединениях (136). § 314. Лампа накаливания (137). § 315. Короткое замыкание (138). § 316. Защита электрических цепей (139). § 317. Плотность тока (140). § 318. Электронагревательные приборы (141).

Упражнения. 145

Глава 23. Термоэлектронная эмиссия. Термоэлектричество и пьезоэлектричество. 147

• 319. Испускание электронов накаленными металлами (147).
• 320. Контактная разность потенциалов (149). § 321. Термоэлектродвижущая сила (151). § 322. Технические применения термоэлементов (153). § 323. Пьезоэлектрический эффект. Электрострикция (155).

Глава *2А Электромагнетизм

• 324. Взаимодействие токов (158). § 325. Магнитное поле (159). § 326. Магниты (161). § 327. Магнитные силовые линии (162). §328. Магнитное поле прямолинейного и кругового токов (165). § 329. Аналогия магнитных свойств соленоида с током и постоянного магнита. Магнитные полюсы кругового тока (166). §330. Магнитное поле Земли (169). § 331. Сила взаимодействия параллельных токов. Магнитная проницаемость среды (170). § 332. Определение ампера и вычисление магнитной проницаемости вакуума (172). § 333. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током (174). § 334. Силовая характеристика магнитного поля (175). §335. Однородное магнитное поле (177). § 336. Магнитный момент контура с током (179). § 337. Работа магнитных сил. Магнитный поток (180). §338. Индукция магнитного поля проводника стоком (182). §339. Напряженность магнитного поля и ее связь с индукцией и магнитной проницаемостью среды (184). §340. Единицы измерения напряженности магнитного поля и магнитной проницаемости в системе единиц СИ (187). §341. Парамагнитные, ферромагнитные и диамагнитные вещества (187). §342. Намагничивание ферромагнетиков (191). § 343. Электромагнит (196). § 344. Физическая система единиц в электромагнетизме (198). § 345. Сила Лоренца. Движение заряда в магнитном поле (200). § 346. Магнитная разведка и магнитные приборы (202). § 347. Микрофон и телефон (202). §348. Работа и устройство амперметра и вольтметра (204). §349. Постоянное и переменное магнитные поля (208).

Упражнения

Глава 25. Электромагнитная индукция.

• 350. Явление электромагнитной индукции (211). § 351. Возникновение э. д. с. индукции при движении разомкнутого проводника в магнитно^ поле. Правило правой руки (211). §352. Опыты Фарадея (214). §353. Закон Ленца для электромагнитной индукции (218). §354. Величина э. д. с. индукции (221). § 355. Возникновение электрического поля при изменении магнитного поля (223). § 356. Вихревые токи (226). §357. Явление самоиндукции при замыкании цепи (229). §358. Явление самоиндукции при размыкании цепи (231). § 359. Индуктивность. Энергия магнитного поля (232).

Упражнения.

Глава 26. Электрический ток в электролитах.

• 360. Электролитическая диссоциация (236). § 361. Электролиз (239). § 362. Электролиз, сопровождающийся растворением анода (242). §363. Количество вещества, выделяющегося при электролизе. Первый закон Фарадея (242). § 364. Второй закон Фарадея (245). § 365. Использование электролиза в технике (247).

Упражнения

Глава 27. Гальванические элементы и аккумуляторы . •

• 366. Превращение химической энергии в электрическую (251). § 367. Гальванические элементы (252). § 368. Поляризация гальванических элементов (253). § 369. Деполяризация. Неполяризующиеся элементы (254). § 370. Аккумуляторы (255). §371. Применение гальванических элементов и аккумуляторов в технике (259). § 372. Местные гальванические элементы и явление коррозии (259).

1 л а в а 28. Электрический ток в газах и в вакууме . 261

• 373. Ионизация газов (261). § 374. Виды разряда в воздухе при атмосферном давлении (263). § 375. Электросварка (267).
• 376. Свеча Яблочкова (268). § 377. Электрический разряд в разреженных газах (268)- § 378. Понятие об излучении и поглощении энергии атомами (271). §379. Катодные лучи (272). § 380. Двухэлектродная лампа (диод) (274).
• 381. Трехэлектродная лампа (триод) (2/8). § 382. Электронно-лучевая трубка (280).

1 лава 29. Переменный электрический ток. 285

• 383. Вращение витка в однородном магнитном поле (285).
• 384. Синусоидальный переменный ток. Мгновенное и максимальное значения э. д. с. (286) §385. Понятие о генераторах переменного и постоянного токов (289). § 386. Действующие значения тока и напряжения (293). §387. Цепь переменного тока с активным сопротивлением (295). § 388. Индуктивное сопротивление. Цепь с чист» индуктивным сопротивлением (297). § 389 Последовательное соединение активного и индуктивного сопротивлений (300). § 390. Конденсатор в цепи переменного тока (303). §391. Емкостное сопротивление. Последовательное соединение активного и емкостного сопротивлений (304). § 392. Последовательное соединение сопротивлений всех видов (307). § 393. Мощность переменного тока. Коэффициент мощности (cos ср) (310).
• 394. Преобразование переменного тока. Трансформатор (314). § 395. Индукционная катушка (318). §396. Передача электрической энергии на большие расстояния (320). §397. Пути развития электрификации в СССР (321).

Глава 30. Электрические свойства полупроводников 323

• 398. Проводники, диэлектрики и полупроводники (323).
• 399. Чистые (беспримесные) полупроводники (326). § 400. Примесные полупроводники (328). § 401. р—п-переход (332).
• 402. Выпрямитель па полупроводниках (334). § 403. Полупроводниковый триод, или транзистор (339).

Г л а в а 31. Электромагнитные колебания и волны 343

• 404. Электромагнитные колебания (343). § 405. Генерирование электромагнитных колебаний контуром с электронной лампой (346). § 406. Применение токов высокой частоты в промышленности (347). § 407. Открытый колебательный контур (349). § 408. Электромагнитное поле (350).
• 409. Электромагнитные волны (352). § 410. Электрический резонанс (355). §411. ‘Радиопередача и радиоприем (356).
• 412. Устройство простейшего лампового радиоприемника (362). §413. Радиолокация (363). *

РАЗДЕЛ V

ОПТИКА

Глава 32. Природа света. Распространение света 367

• 414 Введение (367). §415. Краткая история развития представлений о природе света до XX в. (367). § 416. Понятие об электромагнитной теории света (369). § 417. Понятие о квантовой теории света (370). § 418. Источники света (372).
• 419. Принцип Гюйгенса. Понятие о световых лучах (373).
• 420. Скорость распространения света в вакууме (374).
• 421. Скорость света в различных средах. Оптическая пиот- ность (377).

Глава 33. Фотометрия 379

• 422. Мощность светового излучения. Телесный угол (379).
• 423. Сила света (381). § 424. Световой поток (382). § 425. Освещенность (385). § 426. Яркость (386). § 427. Законы освещенности (388). § 428. Сравнение сил света двух источников. Фотометр (391).

Упражнения. 394

Глава 34. Отражение и преломление света 395

• 429. Оптические явления на границе раздела двух прозрачных сред (395). § 430. Законы отражения света (397).
• 431. Плоское зеркало (399). § 432. Преломление света (402).
• 433. Законы преломления света (403). § 434. Физический смысл показателя преломления (405). § 435. Абсолютный показатель преломления (407). § 436. Полное отражение света (409). § 437. Прохождение света через пластинку с параллельными гранями и трехгранпую призму (413).

Упражнения 415

Г л а в а 35- Получение изображений с помощью сферических стекол и зеркал . 416

• 438. Линза. Главный фокус линзы (416). § 439. Оптическая сила линзы (421). § 440. Построение изображения точки, получаемого с помощью линзы (422). § 441. Формула тонкой линзы (427). § 442. Линейное увеличение, создаваемое линзой (429). § 443. Построение изображений предмета, получаемых с помощью линзы (429). § 444. Сферические зеркала (432}.

Упражнения. 437

Глава 36. Глаз и оптические приборы 438

• 445. Проекционный фонарь (438). § 446. Фотографический аппарат (439). § 447. Глаз как оптическая система (441). § 448. Оптические дефекты глаза (444). § 449. Длительность зрительного ощущения (445). § 450. Оптические иллюзии (446). §451. Угол зрения (447). § 452. Лупа (448).
• 453. Микроскоп (450). § 454. Телескоп (451). § 455. Бинокль (454).

Глава 37. Явления, объясняемые волновыми свойствами света 456

• 456. Введение (456). § 457. Интерференция света (456).
• 458. Цвета тонких пленок (459). § 459. Интерференция в клинообразной пленке. Кольца Ньютона (462). § 460. Интерференция света в природе и технике (465). § 461. Дифракция света (467). § 462. Дифракционная решетка. Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки (470). § 463. Поляризация волн (476). § 464. Поляризация света (478). § 465. Поляроиды (480). § 466. Поляризация при отражении и преломлении света. Двойное лучепреломление (481).

Глава 38. Дисперсия света. Виды электромагнитных волн. 484

¹ § 467. Понятие о дисперсии света (484). § 468. Разложение белого света призмой. Сплошной спектр (485). § 469. Цвета тел (487). § 470. Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи (488). § 471. Значение инфракрасных и ультрафиолетовых лучей в природе и технике (490). § 472. Приборы для получения и изучения спектров (493). § 473. Виды спектров (495). § 474. Спектры поглощения газов. Закон Кирхгофа. Спектр солнечного излучения (497). § 475. Спектральный анализ (498). § 476. Шкала электромагнитных волн (500).

• 477. Рентгеновские лучи и их практическое применение (502). § 478. Понятие о законах теплового излучения (503).
• 479. Понятие о принципе Доплера (509).

Глава 39. Явления, объясняемые квантовыми свойствами излучения. 510

• 480. Понятие о волновых и квантовых свойствах излучения (510). § 481. Давление световых лучей. Опыты П. Н. Лебедева (511). § 482. Тепловое действие света (515).
• 483. Химическое действие света (516). § 484. Использование химического действия света при фотографировании. Понятие о квантовой природе химического действия излучения (516). § 485. Внешний фотоэлектрический эффект. Работа А. Г. Столетова (517). § 486* Законы внешнего фотоэффекта (520). § 487. Объяснение фотоэффекта на основе квантовой теории (522). § 488. Внутренний фотоэффект (524). § 489. Фотосопротивления (525). § 490. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (526). § 491. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (527). §492. Использование фотоэлементов в науке и технике (529). § 493. Понятие о телевидении (532). § 494. Явление люминесценции (536).
• 495. Практическое использование люминесценции (538).
• 496. Понятие о волновых свойствах элементарных частиц (539).

РАЗДЕЛ VI

- АТОМНАЯ ФИЗИКА

Глава 40. Строение атома. 542

• 497. Явления, подтверждающие сложное строение атома (542). § 498. Способы наблюдений и регистрации заряженных

частиц (514). § 499. Опыты Резерфорда по рассеянию а-частиц, позволившие установить наличие ядра в атоме (549). § 500. Ядерная модель атома (551). § 501. Почему возникла необходимость создания новой теории строения атома (553). § 502. Понятие о теории Бора. Строение атома водорода (555). § 503. Излучение и поглощение энергии атомами (557). § 504. Понятие о строении атомов различных химических элементов (560). § 505. Понятие о лазерах (564).

Глава 41. Ядерная физика. Использование ядерной энергии в мирных целях. 566

• 506. Радиоактивность (566). §507. Понятие о превращении химических элементов (567). § 508. Понятие об энергии и проникающей способности радиоактивного излучения (569). § 509. Открытие искусственного превращения атомных ядер (572). §510. Открытие нейтрона (573). §511. Состав атомного ядра. Запись ядерных реакций (575).
• 512. Изотопы (577). §513. Понятие о ядерных силах (580). § 514. Дефект массы атомных ядер. Энергия связи (582). §515. Космические лучи (585). §516. Открытие позитрона (587). § 517. Нейтрино (589). § 518. Открытие новых элементарных частиц (590). § 519. Взаимные превращения вещества и поля (591). §520. Понятие об ускорителях заряженных частиц (593). § 521. Искусственная радиоактивность (595). § 522. Открытие трансурановых элементов (596). § 523. Деление тяжелых атомных ядер (597). § 524. Цепная реакция. Атомный взрыв (598). § 525. Ядер- ный реактор (600). § 526. Дефект массы при синтезе ядер гелия. Энергия Солнца (603). § 527. Понятие об управляемой термоядерной реакции (604). § 528. Применение ядерной энергии в мирных целях (605). § 529. Меченые атомы (606).

Приложение 608

РАЗДЕЛ IV

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ГЛАВА 20

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

• 245 Введение. История развития техники показывает, что открытие новых мощных источников энергии и их практическое использование часто ведет к бурному развитию производительных сил общества, к быстрому прогрессу техники. Изобретение паровой машины способствовало бурному прогрессу техники в XVIII в. К середине XIX в. теплоэнергетика достигла больших успехов, по темп ее развития замедлился: требовались новые источники энергии, более мощные, чем тепловые машины. Существенное значение к этому времени приобрел и вопрос о передаче энергии от места ее получения к потребителю, так как транспорт был перегружен перевозками топлива.

Все эти проблемы были решены с помощью использования электрической энергии. Без электрической энергии техника никогда не смогла бы достигнуть современного уровня развития. Только использование электрической энергии позволило передавать практически неограниченные количества энергии на большие расстояния с незначительными потерями. Если к этому добавить легкость преобразования электрической энергии в другие виды энергии, высокие коэффициенты полезного действия устройств, в которых эти превращения происходят, при самой различной мощности (от сотых долей ватта до сотен тысяч киловатт), то станет ясным, что практическое использование электрической энергии в промышленности привело к революции в технике.

Электрическую энергию стали применять с середины XIX в., вначале для телеграфирования и освещения.

Быстрый прогресс электротехники в конце XIX в. сделал электрическую энергию незаменимой. В настоящее время с помощью электрической энергии осуществляется искусственное освещение, приводятся в действие станки, осуществляются сигнализация, связь, телевидение и почти все измерения величии в науке и технике. Без электрической энергии были бы крайне затруднены, а иногда и невозможны, автохматизация производства в широких масштабах, управление агрегатами на расстоянии, изучение космического пространства. Электроэнергия получила разнообразные специальные применения в металлургии (электроплавка, получение легких металлов), в машиностроении (сварка, резка металлов), в химии (электролиз), на транспорте и т. д. Общеизвестно и широкое применение электроприборов в быту.

Кроме того, электромагнитные явления лежат в основе процессов, происходящих внутри атома. Не зная закономерностей электромагнитных явлений, нельзя было бы изучать строение атомов и атомных ядер.

Современная цивилизация не может существовать без использования электрической энергии. Мы живем в век электричества и атомной техники. Выдающуюся роль электрической энергии для науки и техники подчеркнул В. И. Ленин, указав, что "коммунизм - это есть Советская власть плюс электрификация всей страны".

Таким образом, раздел физики "Электричество" имеет особо важное значение для изучения науки и для освоения современной техники.

• 246. Электризация тел. Вспомним некоторые классические факты, относящиеся к развитию учения об электричестве. Поднесем пластинку из пластмассы к мелко нарезанным кусочкам бумаги. Она не окажет на них никакого действия. Хотя между пластинкой и бумажками действуют силы тяготения, но они настолько малы, что в рассматриваемом случае никакого практического значения не имеют. Потрем теперь ту же пластинку о шерстяную материю или проведем ею несколько раз по сухим волосам. Оказывается, что после этого кусочки бумаги притягиваются к пластинке (рис. 244). Тот же результат получится, если потереть стекло о кожу, и вообще при трении многих веществ друг о друга.>

Эти опыты показывают, что сила притяжения каждой бумажки к пластинке в огромное число раз превосходит силу тяготения между бумажкой и пластинкой. Что же является причиной этого притяжения?

Дальнейшее изучение этого явления показало, что оно

вызывается ходящимися притягивать гие тела наличия на

электрическими зарядами, нэпа пластинке. Тело, обладающее свойством к себе дру- вследствие нем элек

трических зарядов, называется наэлектризованным. Из описанного опыта, казалось бы, можно сделать

вывод, ЧТО заряды ВОЗ- Рис. 244. После натирания пластмас- никают при трении. На совой пластинки бумажки притяги- самом же деле электри- ваются к ней.

чес кие заряды всегда

имеются в любом веществе, так как электрически заряженные частицы являются составными частями атомов всех веществ. Чтобы понять явление электризации и выяснить роль трения, нужно знать строение атома (оно рассмотрено в § 250).

• 247. Понятие о проводниках и диэлектриках. Известны вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться и остаются в тех местах тела, где они появились во время опыта. Такие вещества называются непроводниками, или изоляторами, или же диэлектриками. К ним относятся стекло, смола, фарфор, каучук, эбонит, шелк, вода, керосин, газы и многие другие вещества.

Если же сообщить электрические заряды какому-нибудь участку поверхности металлического тела, то заряды самопроизвольно распределяются по всей его поверхности. Вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться, называются проводниками. К ним относятся все металлы, уголь, графит, растворы кислот, оснований, солей и т. д.

Из изложенного ясно, что если мы хотим, чтобы тело удерживало электрический заряд, то оно должно быть со всех сторон окружено непроводящими веществами (изоляторами).

• 248 Электризация соприкосновением с заряженным телом. Два вида электрических зарядов. Возьмем бумажную гильзу, привяжем к ней шелковую нить и укрепим свободный конец нити на крючке, соединенном со стеклянной подставкой (рис. 245). Шелковая нить, стеклянная подставка и воздух - диэлектрики, поэтому сообщенный гильзе заряд будет на ней удерживаться. Потрем стеклянную палочку о кожу и коснемся ею гильзы (рис. 245,а).

Рис. 245. Электризация соприкосновением с заряженным телом.

Гильза наэлектризуется, что можно обнаружить по притяжению к ней кусочков бумаги. Следовательно, электрические заряды перешли непосредственно с палочки на гильзу. Такой способ электризации называется электризацией соприкосновением с заряженным телом.

Поднесем стеклянную палочку к гильзе, уже заряженной соприкосновением с этой палочкой. Гильза будет отталкиваться от палочки (рис. 245, б). Если же поднести к гильзе смоляную или эбонитовую палочку, потертую мехом, то гильза притянется к палочке (рис. 245, в). Следовательно, взаимодействие наэлектризованных тел может проявляться как в их притяжении, так и в отталкивании. Выясним причину этого явления.

Зарядим две гильзы, подвешенные на шелковых нитях, соприкосновением со стеклянной^ палочкой, натертой кожей. Гильзы будут отталкиваться друг от друга (рис. 246, а). То же получится после соприкосновения гильз с натертой мехом эбонитовой или смоляной палочкой (рис. 246, б). Если же до одной гильзы дотронуться

стеклянной палочкой, натертой кожей, а до другой - смоляной палочкой, натертой мехом, го гильзы притянутся (рис. 246, в). Следовательно, заряды, передаваемые палочками, были разнородными. Если гильзы получают заряд от одного и того же тела, то они всегда отталкивают-ся. Если же гильзы наэлектризованы соприкосновением с различными телами, го между гильзами в одних случаях возникает притяжение, а в других - отталкивание.

Исследования показали, что все тела электризуются либо как стекло, потертое о кожу, либо как смола, потертая о мех. Наэлектризованные тела притягиваются в том

Рис. 246. Взаимодействие однородных и разнородных зарядов.

случае, когда их электризация разнородна. ( Следовательно, имеются два вида электрических зарядов, причем однородные заряды отталкиваются друг от друга, а разнородные притягиваются.^

Один из видов электрических зарядов условились считать положительным, а другой - отри-цательным (см. рис. 246).

Силы взаимодействия электрических зарядов, проявляющиеся в притяжении или в отталкивании заряженных тел, называются электрическими. Электрические силы создаются электрическими зарядами и действуют на заряженные тела или частицы.

• 249 Нейтрализация электрических зарядов. Понятие о величине заряда. Зарядим разноименным электричеством две одинаковые гильзы. Расположим их так, чтобы, притягиваясь друг к другу, они смогли соприкоснуться (рис. 247, а). Оказывается, что после соприкосновения