Каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь, центром вторичных волн.

Поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение фронта действительно распространяющейся волны в этот момент времени (рис. 18.1). Непрерывное геометрическое место точек среды, колеблющихся в одинаковой фазе, называют волновой поверхностью, а множество точек, до которых дошло колебание к данному моменту времени,— фронтом волны. В зависимости от вида фронта волны различают плоские и сферические волны.

рис 18.1

 

Закон прямолинейного распространения света. В прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. Этот закон позволяет объяснить, как возникают солнечные и лунные затмения.

При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во вторую среду, если она прозрачна, изменяя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется.

Закон отражения. Угол падения равен углу отражения (а = Р). Падающий луч АО, отраженный луч ОВ и перпендикуляр ОС, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости (рис. 44). Закон преломления. Луч, падающий АО и преломленный ОВ лежат в одной плоскости с перпендикуляром CD, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред (рис. 46). Отношение синусов угла падения а и угла преломления у постоянно для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды по отношению к первой:

Законы отражения света учитываются при построении изображения предмета в зеркалах (плоском, вогнутом и выпуклом) и проявляются в зеркальном отражении в перископах, в прожекторах, автомобильных фарах и во многих других технических устройствах.

Законы преломления света учитываются при построении изображения во всевозможных - линзах, призмах и их совокупности (микроскоп, телескоп), а также в оптических приборах (бинокли, спектральные аппараты, фотоаппараты и проекционные аппараты).

 

Билет № 16

1. Внутренняя энергия, теплоёмкость. Первое начало термодинамики и применение его к изопроцесам.
2. Интерференция света и его применение.
3. Задача на расчёт сопротивление проводника.

 

Ответы:

1. Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией.

Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты(Q). Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который для тепловых процессов читается так: изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой.

U = Q + А, где U — изменение внутренней энергии,

Q — количество теплоты, переданное системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым законом термодинамики, можно записать так: Q = А' + U, т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение системой работы и изменение ее внутренней энергии.

При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами

А' = p(V2 –V 1) = p V, где V1 и V2 — начальный и конечный объемы газа.

 

 

Если процесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигуры ABCD, заключенной между линией, выражающей зависимость p(V), и начальным и конечным объемами газа

(рис. 13).

Рассмотрим применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом.

Визотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид: Q = А', т, е, количество теплоты, переданное системе, идет на совершенное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы:

Q = U+A'.

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е. А = 0, и уравнение первого закона имеет вид

Q =U, т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, А' = U.

Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

 

Интерференция света

Интерференцией называют явление, возникающее при наложении двух (или нескольких) световых волн одинакового периода в однородной изотропной среде, в результате чего происходит перераспределение энергии волн в пространстве.

Необходимым условием интерференции волн является их когерентность, т.е. равенство их частот и постоянная во времени разность фаз*.

Когерентные световые волны можно получить только от одного источника.

Для этого нужно каким-либо образом разделить один луч на два, пустить их по разным оптическим путям, а после снова соединить их. Тогда разность фаз определится разностью хода лучей. При постоянной разности хода разность фаз тоже постоянна.

 

Билет № 17

1. Адиабатный процесс. КПД тепловых двигателей, цикл Карно.
2. Дифракция света, дифракция решётки. Применение дифракции.
3. Задача на расчёт электрической цепи.

 

Ответы:

1. Адиабатный процесс.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, А' = U.

Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

 

Смотри учебник стр. 58

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД)

В любом из самых разнообразных тепловых двигателей можно выделить принципиально важные части, без которых работать двигатель не может, — это нагреватель, рабочее тело, холодильник (рис. 11).

Эта схема позволяет наглядно представить процесс преобразования энергии в циклически действующем двигателе.

Нагреватель, имеющий температуру T1 отдает рабочему телу количество теплоты Q1. Рабочее тело расширяется, совершает работу. Для приведения рабочего тела в исходное состояние оно должно отдать холодильнику некоторое количество теплоты Q2. Полезная работа за цикл равна А, а КПД двигателя

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Основываясь на первом законе термодинамики, можно предположить, что у идеального теплового двигателя, в котором нет потерь энергии, КПД, будет равен 100%.

На первый взгляд кажется, что это вполне обоснованное предположение. Ведь оно не противоречит закону сохранения энергии. Такую идеальную (мысленную) модель «сконструировал» С. Шарив в 1824 г., анализируя вопрос о повышении КПД. Он установил, что максимальное значение КПД идеального двигателя не стремится к 100%, как это следовало ожидать, а имеет верхний предел, определяемый только температурой нагревателя и холодильника, т. е. Исследование С. Карно показало, что работа тепловых двигателей «управляется» не только законом сохранения энергии.

Таким образом «природа дает знать» о существовании еще одного закона, который не позволяет сконструировать тепловой двигатель с КПД, большим

Чтобы сформулировать этот закон, поставим вопрос: почему возникает такая особенность у тепловых двигателей? При каких условиях

Из формулы видно, что , если Q2 = 0. Но при этом двигатель не будет циклическим. Только при Q2 # 0 двигатель вернется в исходное состояние: при работе циклического теплового двигателя рабочее тело обязательно должно отдать часть полученного от нагревателя количества теплоты холодильнику. Даже в идеальном случае Q2 # 0.

Изложенное позволяет сформулировать второй закон термодинамики.

В циклически действующей тепловой машине невозможен процесс, единственным результатом которого было бы преобразование в механическую работу всего количества теплоты, полученного от источника энергии — нагревателя.

 

2. Дифракцией света называют огибание световыми волнами непрозрачных препятствий.

Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.

Пусть на решетку (рис. 34) падает монохроматический (определенной длины волны) свет.

В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

 

 

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода

l =d sin, где d — постоянная решетки — расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решётки.

Вариант 2

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света.