Жұмсақ және қатты магнитті материалдар

 

27 билет

1. Электр сыйымдылық. Конденсаторлар.

Электр Сыйымдылық – өткізгіштің немесе өткізгіштер жүйесінің электр зарядтарынжинау және ұстап тұру қабілетін сипаттайтын физикалық шама. Өткізгіштің (жеке оқшау өткізгіштің) электрлік сыйымдылығы – өткізгіштен шексіз қашықтықта орналасқан нүктенің электр потенциалы нөлге тең деп қабылданған және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан деп ұйғарған жағдайда (жеке оқшау өкізгіш деп аталады) өткізгіш зарядының (Q) оның электр потенциалы (U) қатынасына тең скаляр шама:С = Q/U.(фарад)

 

Оңашаланған өткізгіш пен оның заряды арасындағы қатынас мынадай:  ,

мұндағы С — өткізгіш сыйымдылығы. Жазық конденсатордың сыйымдылығы  мұндағы  S — конденсатордың әрбір пластинасының ауданы.

Сфералық конденсатордың сыйымдылығы     ,мұндагы  — ішкі   сфераның   радиусы,   ал  R — сыртқы сфераның радиусы. R   болған жағдайда,оңашаланған шардың сыйымдылығын көрсетеді.

Цилиндрлік конденсатордың сыйымдылығы  , мұндағы L —коаксиалды цилипдрлердің биіктігі, мен R — соған сәйкес ішкі және сыртқы цилиндрлердің сәйкес радиустары.

Конденсаторлардың системасының сыйымдылығы: параллель косылған  конденсаторларда   ,

тізбектеп қосылғап конденсаторларда     .

Оңашаланын зарядталған өткізгіштіктің энергиясын төмендегі үш формуланың біреуі арқылы тауып алуға болады:   , , .

жазық конденсатор болған жағдайда   мұндағы S — әрбір пластинаның ауданы, — пластиналардағы зарядтың беттік тығыздығы. — пластиналардың арасындағы потенциал айырмасы. Мына шаманы    

электр өрісінің энергиясының көлемдік тығыздығы деп  атайды.

Жазық конденсатор пластиналарының өз ара тартылу күші

2. Радиоактивті  сәулелену және оның турлері.  Радиоактивті ыдырау заңы. Металдың ішкі құрылысын көруге, металдан жасалған құбырдың ішіндегі сұйық және ұнтақ заттардың мөлшерін анықтауда радиоактивтік заттардың (сәулелену) қолдануы ерекше. Ұнтақ заттардың (мысалы қант) қапқа толтырылған мөлшері счетчик арқылы анықталады. Темекі фабрикасында темекіні толтыру мөлшерін анықтауда радтоактивтік сәулелену қолданылады.

Домна және мартен пештерінің тозуын дер кезінде сәулелену  арқылы анықтайды. Жер бетіндегі және ұшақ машиналардың двигательдердің тозуын сәулелену арқылы анықтайды.

Радиация және олардың түрлері

Радиация латын тілінде  радиус-сәуле деген сөз.

Радиацияға күннің сәулесі, ғарыштық сәуле, жердің табиғи радиоактивтік  заттарының сәуле шығаруы және жасанды радиоактивті изотоптар жатады.

Күннің ғарыштық сәулелерінің құрамында протондар  және альфа- бөлшегі бар.Ғарыштық сәулелері және жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәулеленуі табиғи радиациялық фон құрады. Табиғи радиациялық фон Жер бетіндегі бүкіл тірі жәндіктерге, жануарларға, адамға және өсімдіктерге әсерін тигізеді.Оны зерттейтін ғылым саласын гелиобиология дейді.

Жердің табиғи радиоактивтік  заттарының сәуле шығаруы барлық химиялық заттарға байланысты болмайды. Әр түрлі элементтердің табиғи 50 радиоактивті изотобы бар. Көпшілік элементтердің тек біразы ғана радиоактивті. Кейбір химиялық элементтерде тұрақты изотоптар жоқ, олар түгелдей радиоактивті, мысалы, уран, торий, радий, полоний және т.б. Бүлардың атомдарының ядросы өздігінен ыдырап, гамма – кванттық және корпускулярлық сәулеленеді.

Атомның және атом ядросысының  құрылысын анықтап, зерттеу ядролық  құбылыстар заңын ашып, ядролық реакцияларды жүргізіп, жасанды радиоактивтік  изотоптар алуға мүмкіндік берді.

Ядродағы құбылыстық айналымды зерттеу атом ядросының тау-сылмас энергия бұлағы екенін көрсетті. Бұл энергия ядролық реакция кезінде ядролық сәлелену бөлініп отырады.

Радиоактивті  ыдырау заңы — атом ядроларының әр түрлі бөлшектер мен сәулелер шығара отырып, өздігінен түрлену заңы.^[1][2] Радиоактивті ыдырау заңын Резерфордашқан:  немесе 

Эксперименттік зерттеулер радиоактивті ыдырау толығымен статистикалық заңдылыққа бағынатынын дәлелдеді. Белгілі бір радиоактивті изотоптың ядролары бірдей болады.Атом ядросының және ядролардың қайсысының ыдырайтыны - кездейсоқ оқиға. Мысал үшін, бір нуклидтің бірдей екі ядросын алайық. Ядроның біреуі 3 млрд жыл бұрынжұлдыздың қопарылысы кезінде, ал екінші ядро ядролық реакторда 3 мин бұрын пайда болсын. Ядролардың пайда болу уақытына қарамастан, келесі бір уақыт мезетінде екеуінің де ыдырауының ықтималдығы бірдей. Статистикалық құбылыстарды сипаттау үшін оқиғаның ықтималдығы ұғымын қолданады.

dt уақыт ішінде ыдырайтын радиоактивтік заттың атом мөлшері бар атомның мөлшеріне пропорционал болады да, төмендегідей қатынас арқылы анықталады: ,мұндагы   — радиоактивтік   ыдырау   тұрақтысы.   Интегралдап  мынаны аламыз :     мұндағы N — t = 0 уақыт   моментінде болатын   атомдар саны, олардың t уақыт өткеннен кейінгі саны.

Ыдырау  түрактысына  кері  шамасын радиоактивтік атомның   өмір   сүруінің орташа   уақыты   деп атайды.

 

28 билет

Магниттік индукция векторы. Био-Савар-Лаплас заңы.

Магнит өрісін сипаттайтын негізгі вектор; оның шамасы мен бағыты, магнит өрісінде орналасқан, электр тогы ағатын өткізгішке магнит өрісінің жасайтын әсерімен анықталады.

Электромагниттік индукция құбылысын, контурды қоршап тұрған бет арқылы өтетін магнит индукциясыныц Ф ағынының әрбір өзгерісіндегі контурда пайда болатын индукцияның э. қ. күші деп түсінеміз. Индукцияның э. қ. күшінің шамасы мынадай теңдеумен анықталады: .

Магнит индукциясының ағының сол контурдағы ток күшінің өзгерісі арқылы өзгертуге болады (өздік индукция). Осы уақыттағы өздік индукцияның э. қ. күші мынадай формуламен анықталады: , мұндағы L — контурдың индуктивтілігі (өздік индукция коэффициенті). Толық ток және Био-Савара-Лаплас заңдары бойынша токпен тудырылатын магнит индукциясын анықтауға болады. Бірақ, толық ток заңы тогы бар тұйық контурларда қолданылады, ал Био-Савара- Лаплас заңы тогы бар өткізгіштік кесінділеріне де (токтың элементтеріне) қолданылады.

2 Элементар  бөлшектер. 

29 билет

1. Ядро моделі.

Ядро моделі  m_р = 1,6726 · 10^-27кг  m_n = 1,6749 · 10^-27 кг                                                           Ядролық модель – атом ядросының оңайлатылған бейнесі. Ол атом ядросын сипаттайтын әр түрлі шамаларды анықтайтын есептің қарапайым математикалық шешімін табуға мүмкіндік береді. Ядролық модельді құру кезінде атом ядросының кейбір жеке қасиеттеріне ғана назар аударылып, оның басқа қасиеттеріне мән берілмейді. 
Ядролық модельдерді төмендегідей 3 топқа бөлуге болады: 
1) ядроның негізгі күйлерінің жалпы қасиеттерін сипаттайтын; 
2) ядроның қозу спектрлерін сипаттайтын; 
3) ядроның ұшып келе жатқан бөлшектермен өзара әсерін сипаттайтын. 
Бірінші топтағы ядролық модельдер ядродағы заттың орнықтылығын, ядролық күштердің қанықтылығын түсіндіреді. Екінші топтағы ядролық модельдер ядроның тәжірибеде байқалатын энергия деңгейлерін сипаттауға, энергия деңгейлерінің қалпын немесе олардың тығыздығын, ядролардың магниттік және квадрупольдық моменттерін есептеуге, сондай-ақ атом ядросының спинін, т.б. анықтауға мүмкіндік береді. Ал ядролық модельдердің үшінші тобының көмегімен γ-кванттардың, нуклондардың және одан да ауырлау бөлшектердің атом ядросында шашырауын, сондай-ақ атом ядросының өздігінен және еріксіз түрде бөліну себебін түсіндіруге болады. Бірінші топтағы ядролық модельге: гидродинамикалық  модель мен “шекарасы жоқ” ядро (ядролық материя) моделі жатады.. Екінші топтағы ядролық модельге ең алдымен ядроның қабықтық моделі мен ядроның жалпыланған моделі жатады. Бұл модельдер бойынша барлық нуклонның жасайтын өзара үйлескен өрісінде әрбір нуклон бір-біріне тәуелсіз болып қозғалады. Ядроның жалпыланған моделінде мұның үстіне нуклондардың ұжымдық қозғалыстары да зерттеледі. Үшінші топтағы ядролық модельге ядроның оптикалық моделі, құрама ядро моделі, тура ядролық реакциялар моделі және бөліну моделі жатады. Ядроның оптикалық моделінде энергиясы кең диапозонда өзгеретін бөлшектердің шашырауы зерттеледі.

 

2. Магнит өрісінің токтарға әсері. Ампер заңы.

Магнит өрісі- кез  келген тогы бар өткізгіштің  маңында пайда болады.Магнит өрісі  тұйықталған,бас аяғы жоқ.Магнит өрісі кез келген өткізгіштің және тұрақты магнит маңында пайда болады.                                                                                                                                              Ампер заңы-магнит өрісінің тарапынан тогы бар өткізгішке әсер ететін күш.Ампер заңының көмегімен екі параллель,шексіз ұзын,тура токтардың әсерлесу күшін анықтауға болады.Ампер заңы сонымен бірге,магнит индукциясының өлшем бірлігін анықтауға мүмкіндік береді.Егер тогы бар өткізгіштің элементі магнит өрісінің бағытына перпендикуляр болса,онда Ампер заңы былай жазылады:dF=I[Bdl] ,бұдан B=dF/Idl  Магнит индукциясының өлшемі-тесла(Тл).1Тл-өріс бағытына перпендикуляр орналасқан түзу сызықты өткізгіш арқылы 1А ток ағатын болса,сол өткізгіштің әр метр ұзындығына 1Н күшпен әсер ететін біртекті магнит өрісінің магнит индукциясы:1Тл=1Н/(А*м)

 

30 билет

1. Тармақталған тізбектер. Кирхгоф ережелері.

Киргхоф ережелері – тұрақты токтың тармақталған тізбегіндегі ток пен кернеуге арналған қатыстарды анықтайтын ережелер. Бұл ережелерді неміс физигі Г.Р. Кирхгоф (1824 – 1887) тұжырымдаған (1847). Бірінші ереже зарядтың сақталу заңынан шығады және ол былай тұжырымдалады: түйінде тоғысқан токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең, яғни мұндағы түйінде тоғысқан өткізгіштердің саны. Тармақталған тізбектің кем дегенде үш өткізгіш тоғысатын кез келген нүктесі түйін деп аталады. Түйінге келетін токтың бағыты оң деп, ал одан шығатын токтың бағыты теріс деп саналады. Екінші ереже өткізгіштердің тармақталған тізбегінің кез келген тұйық контурындағы кернеудің кемулерінің алгебралық қосындысы осы контурдағы электр қозғаушы күштердің  алгебралық қосындысына тең: , мұндағы m – контур ішіндегі жеке. Токтың және электр қозғаушы күштің бағыты шартты түрде алынады. Кирхгоф ережелерінің көмегімен күрделі электр тізбегі есептеледі.

 

2. Кванттық сандар. Паули принципі.

 Кванттық сандар– кванттық жүйелерді, жеке элементар бөлшектерді, жорамал бөлшектерді сипаттайтын физикалық шамалардың мүмкін мәндерін анықтайтын бүтін немесе бөлшек сандар. Кванттық жүйе күйін түгелдей анықтайтын кванттық сандардың жиынтығын толық кванттық сандар деп атайды.. Кванттық сандар элементар бөлшектердің кванттық сандары олардың өзара әсері мен бір-біріне айналу процесін анықтайтын ішкі сипаттамасы болып табылады. Кең мағынада кванттық сандар деп, көбінесе, кванттық механикалық бөлшектер қозғалысын анықтайтын және қозғалыс кезінде сақталатын физикалық шамаларды айтады. Паули принцип, тыйым салу принципі — табиғаттың іргелі заңдарының бірі. 1925 жылы швейцариялық физик В.Паули (1900 — 58) тұжырымдаған. Паули принцип бойынша кванттық жүйеде спині жартылай бүтін екі не одан да көп бірдей бөлшектер бір мезгілде бір күйде бола алмайды. Паули принципі химиялық элементтердің периодтық жүйесін, атом ядроларының, молекулалардың, кристалдардың қасиеттерін түсіндіруде маңызды рөл атқарады. Паули принципі бойынша атомда барлық кванттық сан бірдей екі электрон кездеспейді. Атомдағы барлық электрондардың жиынтығы олардың барлық күйін біртіндеп жазу арқылы сипаттайтын электрондық қабықша пішімін құрастырады.

 

                       

31 билет

1. Материалық нүкте қозғалысының кинематикалық сипаттамалары.

Магнит өрісі – кез келген тогы бар өткізгіштің маңында пайда болады   және тұрақты магниттердің  маңында пайда болады  . Магнит өрісі тұйықталған, бас аяғы жоқ өріс. Магнит өрісінің бағытын күшсызықтарының бойымен В – индукция векторы анықтайды.

 Лоренц күші – бұл магнит өрісінің тарапынан  қозғалыстағы зарядтарға әсер  ететін күш.

 F=q[Bν ]                     Лоренц күшінің модулі:      F=qνBsinα

 Егер за ряд бөлшек тыныштық қалыпта( ν=0)болса, оған ешқандай күш әсер етпейді. Магнит өрісі тек ғана қозғалатын зарядтарға әсер етеді. Лоренц күші ν және B векторлары орналасқан  жазықтыққа перпендикуляр болып, векторлық көбейтінді арқылы анықталады. Зарятың  шамасы  теріс  болса, күш  қарама -  қарсы  бағытталған  болады. Лоренц күшінің бағытын сол  қол ережесі  бойынша да анықтауға болады (ток  пен оң заряд  бағыты  бірдей деп есептегенде).

2)Сыртқы өрістің  әсерінен диэлектрик полияризациянады.Бұл  дегеніміз – диэлектриктегі  қорытұы дипольдік  момент  нолден  өзгеше ,демек тұтас диэлектриктің  ішіндегі шамасын өзгертеді.

 

2.Дифракциялық  тор. .

 Дифракциялық тoр дегеніміз — жарық дифракциясы байқалатын тосқауылдар және саңылаулардың жиынтығы. Дифракциялық торды реттелген дифракциялық тop және реттелмеген дифракциялық тop деп бөледі. Реттелген тор деп саңылаулары белгілі бір қатаң тәртіп бойынша орналаскан торларды, ал реттелмеген деп саңылаулары тәртіпсіз орналасқан торларды айтады. Геометриялық құрылысына қарай торларды жазық және кеңістіктік торлар деп те бөледі. Кеңістіктік реттелмеген торларға, мысалы, тұмандағы ауа тамшылары немесе мұз қиыршықтарының жиынтығы, көз кірпіктері жатады.Жазық реттелген тор оны алмаз кескішпен жасалған параллель және бір-біріне өте жақын орналасқан саңылаулар мен тосқауылдар жиынтығынан дайындайды.

 

32 билет

1. Материалдық нүктенің динамикасы. Ньютонның заңдары.

 Динамика  – механикалық қозғалыстың болу  себептерінен  қарастырылатын бөлім.Динамиканың  негізін Ньютонның  3 заңы  құрайды.

Ньютонның I заңы: Егер денеге 2 немесе одан да көп күштер әсер етсе онда дене өзінің тыныштық күйін сақтайды  немесе бір қалыпты  қозғалыс сақтайды.

Ньютонның II заңы: Массасы m денеге күш түсірілсе онда дене  a үдеу қозғалады:  F = ma

Ньютонның III заңы:  F₁ = - F₂