Физические явления, физика, статьи по физике.

Во-первых, его герои, чтобы отметить момент, когда в силу вступил притяжение Луны, наливают в бокалы шампанское Сегодня и дети знают, что в таких условиях шампанское — даже если бы удалось осторожно опорожнить бутылку — образовало бы не очень устойчивый шар, свободно плавающий в кабине. Менее бросающуюся в глаза, но более существенную ошибку совершил Жюль Берн, полагая, что состояние невесомости возникло только в точке (отстоящей от Земли на расстоянии, примерно равном 9/10 расстояния между Землей и Луной), где силы притяжения со стороны Земли и Луны сравнялись и взаимно уравновесились. В действительности, как сегодня хорошо известно нам из прессы, а космонавтам из собственной практики, экипаж ракеты оказывается в состоянии невесомости сразу же после выключения двигателей. И наоборот, в ракете с включенными двигателями состояние невесомости не наступит даже в тот момент, когда притяжение Земли сравняется с притяжением Луны.
Мы намеренно довольно пространно разобрали эти примеры, чтобы читатель осознал, насколько трудно оценить или предсказать ситуацию, далеко выходящую за рамки наших обычных жизненных представлений. А ведь ни атомы, ни тем более составляющие их элементарные частицы нельзя наблюдать непосредственно. Поэтому не следует удивляться, что эти частицы обладают свойствами, совершенно отличными от свойств окружающих нас тел и предметов.

Comments Off

С кратковременным электрическим током мы уже сталкивались неоднократно. Например, соединяя проволокой заряженный и незаряженный электроскопы, мы создавали в ней направленное движение электронов (§ 9-д). В трубке с раствором соли мы создавали направленное движение ионов (§ 9-е). Познакомимся теперь с устройствами, предназначенными для создания в проводниках длительного электрического тока.

Известно множество разновидностей источников тока. Простейшие из них – гальванические элементы (1). Они превращают свою внутреннюю энергию в электроэнергию. Аналогичное превращение энергии происходит и в аккумуляторах (3). Однако после того как энергия аккумулятора иссякнет, его можно вновь зарядить, и он опять будет служить источником тока. Образно выражаясь, обычные гальванические элементы – это “одноразовые”, а аккумуляторы – “многоразовые” источники тока.

Кроме отдельных аккумуляторов и гальванических элементов часто встречаются их батареи – несколько элементов, соединенных вместе. Цифрой 2 обозначена батарея гальванических элементов, а цифрой 4 – батарея аккумуляторов.

На лабораторных работах в качестве источников тока вы будете применять выпрямители. Цифрой 5 на рисунке обозначен выпрямитель (блок питания), служащий источником тока для некоторых современных электронных приборов – радиоприемников, магнитофонов, радиотелефонов.

Известны также такие источники тока как термоэлементы и пьезоэлементы. Первые из них работают за счет подводимой к ним тепловой энергии, а вторые – за счет потенциальной энергии, возникающей при их деформации.

На космических кораблях, а также в бескрайних просторах пустынь для получения электроэнергии используют фотоэлементы (иначе их называют “солнечными” батареями). Они превращают энергию солнечного излучения в электрическую энергию.

На электростанциях используют индукционные генераторы. Они работают за счет кинетической энергии движущейся воды или пара.

Любой источник тока обязательно имеет не менее двух полюсов – металлических проводников, предназначенных для присоединения потребителей электроэнергии. Например, аккумулятор или “батарейка” имеют два полюса: положительный и отрицательный. Они обозначены знаками “+” и “–”. На положительном полюсе – недостаток электронов, на отрицательном – их избыток. Цель работы любого источника тока состоит в долговременном поддержании неодинаковой электризации его полюсов.

Рассмотрим это на конкретном примере. Присоединим к “батарейке” лампочку от карманного фонарика. Избыточные электроны, имеющиеся на отрицательном полюсе, в момент соединения контактов побегут через лампочку к положительному полюсу батарейки. Это приведет к частичной нейтрализации его заряда. Поэтому если внутри батарейки электроны не будут вновь попадать на отрицательный полюс, ток через лампочку быстро прекратится.

Обратите внимание: снаружи источника тока электроны движутся от “–” к “+”, как и должны двигаться отрицательные частицы, находящиеся в электрическом поле. Однако внутри источника тока электроны движутся от “+” к “–”. Такое движение вопреки действию поля возможно лишь благодаря затратам какой-либо энергии. В “батарейках” и аккумуляторах такой энергией является их внутренняя энергия, высвобождающаяся за счет химических реакций.

No Comments »

Лупа. Так называется двояковыпуклая линза, вставленная в оправу с ручкой. Лупу всегда располагают так, чтобы предмет отстоял от нее не дальше фокуса. Именно тогда лупа даст прямое и увеличенное изображение предмета. Лупа – самый древний оптический прибор.

Лучи, испущенные предметом и прошедшие через лупу, становятся расходящимися (рассмотрите направление хода красных или синих лучей). Поэтому лупа не может давать действительных изображений, например, на стене или экране. А мнимое изображение предмета в лупе может видеть лишь один человек, что не всегда удобно.

Проектор. Этот прибор предназначен для получения действительных увеличенных изображений предметов. То есть таких изображений, которые можно спроектировать на экран и, тем самым, сделать видимыми многим людям одновременно.

Схему проектора вы видите на чертеже. Свет лампы 1 при помощи вогнутого зеркала 2 направляется на слайд 3. Он расположен между фокусом и двойным фокусом линзы 4. В результате этого на экране 5 получается увеличенное действительное изображение слайда. Обратите внимание, что изображение слайда является перевернутым. Поэтому слайды в проектор всегда вставляют “вверх ногами”.

Глаз. Орган зрения высших животных, в том числе и человека, является сложным оптическим прибором. Основные его части: 1 – склера (плотная оболочка глаза), 2 – роговица (передняя более выпуклая прозрачная часть склеры), 3 – радужная оболочка, 4 – хрусталлик, 5 – мышца, 6 – сетчатка (пронизанная нервными рецепторами внутренняя поверхность склеры), 7 – зрительный нерв.

Свет от рассматриваемого предмета, проходя в глаз, попадает на хрусталлик. Поскольку он является собирающей линзой, то на сетчатке глаза образуется изображение предмета. Светлые и темные части, из которых оно состоит, по-разному воздействуют на нервные рецепторы, пронизывающие сетчатку глаза. Эти воздействия по зрительному нерву попадают в головной мозг человека и воспринимаются им. Так протекает процесс зрения.

Одним из замечательных свойств хрусталлика является его упругость. Если окружающие его мышцы напрягаются, то хрусталлик растягивается и становится тоньше. Его преломляющая способность уменьшается, и мы можем четко видеть более удаленные предметы.

Очки. Этот оптический прибор предназначен для исправления таких дефектов зрения как дальнозоркость, близорукость и астигматизм. Рассмотрим это на примере близорукости. Такой глаз хорошо видит только близкие предметы. Их четкие изображения получаются именно на сетчатке глаза (верхний чертеж). Если же предмет удален, то его четкое изображение получается позади сетчатки, а на ней – нечеткое изображение (средний чертеж).

Поместим перед глазом рассеивающую линзу (нижний чертеж). Она сделает пучок лучей от предмета более расходящимся, чем прежде. В результате он станет похож на тот пучок, который попадал в глаз на верхнем чертеже. Следовательно, четкое изображение рассматриваемого предмета (красной точки) вновь окажется на сетчатке глаза. Таким образом очки с рассеивающими линзами помогают близоруким людям четче видеть удаленные предметы.

No Comments »

Чтобы узнать, есть ли в проводнике ток или нет, нужно заглянуть внутрь провода, не правда ли? Но даже если мы и разрежем провод, то все равно ничего интересного не увидим, потому что электроны не видны даже в микроскоп. Однако, узнать, есть ли в проводнике ток, можно, наблюдая явления вокруг проводника. Оказывается, прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока. Их известно три: химическое, магнитное и тепловое.

На этом рисунке вы видите опыт, иллюстрирующий магнитное действие тока. К источнику тока подключена катушка, на которую навита проволока. Внутрь катушки вставлен стальной стержень. При включении тока стержень становится магнитом и начинает притягивать другие железные и стальные предметы (на нашем рисунке – мелкие гвоздики).

Магнитное действие тока наблюдается вокруг любых проводников: прямых или свитых в спираль, твердых, жидких или газообразных.

На рисунке слева изображен опыт, иллюстрирующий химическое действие тока. В стакан с раствором медного купороса (CuSO₄) опущены два угольных стержня, присоединенные к источнику тока. Через несколько минут на одном из стержней образуется тонкий слой вещества ярко-красного цвета. Это – чистая медь, выделившаяся из раствора. Поскольку произошло явление, при котором одно вещество (медный купорос) превратилось в другое (медь), следовательно мы наблюдали химическую реакцию, вызванную прохождением электрического тока.

Химическое действие тока всегда наблюдается в жидких проводниках, реже – в газообразных. В твердых проводниках химические реакции протекать не могут, так как отсутствуют подвижные ионы.

Тепловое действие тока вы, конечно же, видели неоднократно: например, в утюгах, электрокаминах и лампах. Утюг горяч настолько, что невозможно притронуться рукой; спирали электрокамина нагреты еще сильнее: до “красного каления”, а спираль электролампочки – до “белого каления”. Почему же при прохождении тока проводник нагревается? Другими словами, в чем состоит объяснение теплового действия тока?

Вспомним, что ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов. Вспомним также, что провод – это кристалл, поэтому электронам приходится “течь” между ионами, наталкиваясь на них или, лучше сказать, взаимодействуя с ними. При этом часть кинетической энергии электронов передается ионам кристаллической решетки, заставляя их колебаться сильнее, с бо’льшим размахом. А это и означает, что проводник нагревается.

Тепловое действие тока в жидких и газообразных проводниках также объясняется взаимодействием движущихся заряженных частиц (ионов и электронов) с покоящимися атомами и молекулами.

При любом действии тока происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии.Скорость этого превращения принято характеризовать специальной величиной – мощностью тока.

Проделаем домашний опыт. Возьмем три лампы различной мощности – 40, 60 и 100 Вт. Вкрутим их в люстру и включим ее. Мы увидим, что более мощная, то есть 100-ваттная лампочка, дает явно больше тепла и света, чем лампа на 40 или 60 Вт.

Итак, мощность тока – физическая величина, характеризующая скорость превращения электроэнергии в другие виды энергии.

Вспомним, что 1 Вт = 1 Дж/с (см. § 6-в). Это значит, что при мощности в 1 Вт энергия выделяется со скоростью 1 джоуль в секунду. Тогда 60 Вт = 60 Дж/с. То есть лампа мощностью 60 Вт ежесекундно тратит 60 Дж электроэнергии и превращает их в тепло и свет.

No Comments »