Физические явления, физика, статьи по физике.

Полупроводники можно также использовать для непосредственного
преобразования тепловой энергии в электрическую.
Феномен теплоэлектричества был открыт в 1921 году немецким
физиком Томасом Иоганном Зеебеком (1770—1831). Он обнаружил,
что если при нагревании двух различных соединенных
между собой металлов поместить в месте соприкосновения этих
металлов иголку, то она будет отклоняться. Феномен получил
название явление Зеебека, или термоэлектрический эффект.
Таким образом, при нагревании в цепи появляется электрический
ток, который и приводит к возникновению магнитного
поля. Однако Зеебек полагал, что эффект этот чисто магнитный,
а не электромагнитный (в то время ученые только начинали
говорить о связи между электричеством и магнетизмом, и
интерес к явлению Зеебека угас вплоть до середины XX века).
Рассмотрим полупроводник л-типа, одна сторона которого
подвергается нагреванию. Электроны этой половины под дей-
ствием температуры будут перемещаться на одну энергетическую
зону, откуда они и начнут дрейфовать к холодному концу
кристалла. В кристалле возникает электрический ток (холодная
половина — «минус», горячая — «плюс»). То же самое происходит
и в обычном проводнике, однако в холодной половине
обычного проводника и без того много свободных электронов,
которые начнут отталкивать электроны, поступающие из нагреваемой
половины, и электрический ток будет крайне слабым.
А в холодной половине полупроводника свободных электронов
практически нет, значит, и дрейфующие электроны отталкивать
нечему, поэтому при нагревании в полупроводнике возникает
гораздо больший, чем в обычном проводнике, электрический
потенциал.
При нагревании одного конца полупроводника р-типа под
действием энергии извне электроны становятся гораздо более
подвижными и дырки этой половины заполняются быстрее, а
в холодной половине образуются новые дырки. Таким образом,
дырки дрейфуют от нагреваемого конца кристалла к холодному
и в полупроводнике появляется электрический ток (нагреваемая
часть — «минус», холодная — «плюс»).

No Comments »

Водородная бомба представляет весьма «разностороннюю»

опасность для человечества и жизни на Земле в целом. Мало

того что взрыв водородной бомбы, пусть даже и эксперимен­

тальный, в мирное время сам по себе в несколько раз мощнее

взрыва атомной бомбы, он имеет еще и долговременные и

очень коварные последствия, так как образующиеся в резуль­

тате взрыва продукты сильно облучают живую ткань.

Вскоре после открытия рентгеновского излучения было об­

наружено, что в результате длительного воздействия лучей на

коже образовывались очень медленно заживающие воспаления

и ожоги. Это относится и к излучению радиоактивных веществ.

Пьер Кюри специально подверг себя радиоактивному облуче­

нию, а затем описал появившиеся позднее симптомы болезни.

В случае поглощения энергии рентгеновских лучей, гамма-

лучей или быстрых субатомных частиц в молекуле разрушают­

ся химические связи и образуются молекулярные «осколки»

(свободные радикалы) высокой энергии. В .случае поглощения

субатомной частицы атомом может измениться его природа и

соответственно природа молекулы, в состав которой он входит.

Если образовавшийся атом радиоактивен, он может испустить

частицу, которая разорвет молекулу, даже если та не постра­

дала до этого.

Подобные химические изменения могут нарушить сложную

систему работы клетки и клеточного взаимодействия, в резуль­

тате чего, например, начнут расти отдельные клетки за счет

остальных, что приведет к раку. Особенно подвержены дей­

ствию радиации кожа, лимфатические узлы и костный мозг,

вырабатывающий кровяные клетки. (Вероятность рака кожи

увеличивается даже в результате длительного пребывания под

ультрафиолетовым излучением.)

В большинстве случаев в результате длительного воздействия

радиации развивается лейкемия (белокровие), неизлечимая бо­

лезнь с летальным исходом, в ходе которой вырабатывается слиш­

ком много белых кровяных телец. Мария Склодовская-Кюри и ее

дочь, Ирен Жолио-Кюри, умерли от лейкемии, развившейся в

результате длительного воздействия излучений радиоактивных

веществ.

Сильное радиационное излучение способно полностью на­

рушить работу клеток чувствительных тканей, что через не­

сколько недель или месяцев приведет к смерти

No Comments »

Проделаем опыт. Тележку на колесиках скатим с наклонной плоскости на пол, где насыпана горка песка. Доехав до нее, тележка увязнет в песке и остановится. Разровняем песок и вновь позволим тележке съехать с горки. Теперь скорость тележки будет уменьшаться гораздо медленнее. Если же убрать песок, то уменьшение скорости тележки и вовсе будет едва заметно.

На основе этих наблюдений можно сформулировать следующее обобщение: всякое тело, свободное от воздействия других тел, сохраняет свою скорость неизменной. Это утверждение называется первым законом Ньютона и означает следующее. Если тело движется с некоторой скоростью, то оно и будет продолжать двигаться с той же скоростью до тех пор, пока действие другого тела не заставит его изменить либо быстроту, либо направление движения. Если же тело покоится (то есть скорость равна нулю), то оно и будет продолжать покоиться (то есть скорость останется прежней) до тех пор, пока действие другого тела не заставит его прийти в движение.

Однако тележка, едущая по полу, все же не является “телом, свободным от воздействия других тел”, о котором говорится в законе. На тележку действуют Земля (сила тяжести) и пол (сила упругости). Чтобы завершить наш эксперимент, нам нужно “убрать” и эти силы. Для этого поместим тележку в космический корабль и перелетим на поверхность Марса. Там сила тяжести заметно меньше, чем на Земле. Вес тележки, а, значит, и сила ее давления на колеса уменьшится, следовательно, уменьшится сила трения в осях колес. Теперь скорость тележки, съехавшей с горки, будет уменьшаться еще медленнее. Перелетим с Марса на Луну. Сила тяжести, вес тележки и сила трения в осях ее колес станут еще меньше. И если их удалить вообще, то тележка, как и любое другое свободное тело будет вечно сохранять свою скорость постоянной.

Движение свободного тела называют движением по инерции, а сохранение им скорости называют явлением инерции.

Вспомним, однако, что скорость тела – это не свойство самого тела. Скорость может быть разной с точки зрения разных наблюдателей (см. § 13-е). Другими словами, можно найти такую систему отсчета, в которой свободное тело не будет сохранять свою скорость. Например, если в тот момент, когда тележка едет по полу космического корабля, включить его двигатели и начать взлетать, то тележка с невероятной скоростью покатится к хвостовой его части. Таким образом, во взлетающем корабле первый закон Ньютона не выполняется. Забегая вперед, скажем, что в этом случае не выполняются и второй, и третий законы Ньютона. Именно для того и нужен первый его закон, чтобы определить, можно ли в данной системе отсчета пользоваться остальными законами Ньютона.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют инерциальными системами отсчета.

Для изучения движения людей, автомобилей, самолетов систему отсчета “наблюдатель на Земле” вполне можно считать инерциальной системой. Расчеты, сделанные в ней на основе второго закона Ньютона, довольно точно описывают движения этих тел.

No Comments »

В предыдущем параграфе мы фактически рассмотрели принцип работы электродвигателя постоянного тока. Прочтите еще раз первый абзац на обороте страницы … Из прочитанного следует, что для постоянного вращения рамки с током в магнитном поле необходимо устройство, регулирующее поступление тока. Такое устройство – коллектор – было изобретено в XIX веке. В простейшем случае он представляет собой два металлических полукольца, насаженных на общую с рамкой ось. Рассмотрим работу модели электродвигателя с таким коллектором.

Концы рамки 1 припаяны к металлическим полукольцам 2 и 3. При помощи пластин 4 и 5, а также проводов 6 и 7 к полукольцам подводится ток. Рамка помещена между разноименными магнитными полюсами S и N. Чтобы рамка могла вращаться, она при помощи двух планок из оргстекла 8 и 9 удерживается на оси 10. Поскольку пластины 4 и 5 (говорят: щетки) прижаты к поверхности полуколец, то, чтобы избежать их замыкания, между ними вставлен диск 11 из оргстекла.

Чтобы при вращении рамки полукольца 2 и 3 отличать друг от друга, выкрасим их изнутри красной и синей краской соответственно; так же окрасим левую и правую стороны проволочной рамки.

Подключим провода 6 и 7 к источнику постоянного тока. Поскольку рамка находится в магнитном поле, она начнет поворачиваться. Рамка, описанная в предыдущем параграфе, останавливалась, пройдя пол-оборота. Рамка с коллектором же, как показывают опыты, будет вращаться непрерывно. Выясним, почему это происходит.

На левом рисунке показано, что сначала красная сторона рамки находилась около южного (S) полюса магнита, и красное полукольцо касалось щетки со знаком “+”. Ток, начиная от нее свой путь, проходил сначала через красную, а затем через синюю половину рамки, достигая щетки со знаком “–”. Повернувшись на пол-оборота, рамка окажется красной стороной около северного (N) полюса магнита.

Поворачиваясь в магнитном поле, рамка поворачивает и полукольца коллектора (правый рисунок). Поскольку полукольца жестко прикреплены к рамке, то красное полукольцо окажется теперь справа, около щетки со знаком “–”. Следовательно, ток, по-прежнему начиная свой путь от щетки “+”, будет двигаться теперь сначала через синюю половину рамки, а затем – через красную ее половину. Пройдя следующие пол-оборота, рамка самостоятельно вернется в прежнее положение.

Итак, роль коллектора двигателя сводится к переключению направления тока в рамке на противоположное каждые пол-оборота.

Настоящие электродвигатели имеют не одну вращающуюся рамку (или обмотку), а целое их множество, расположенные так, что их общая форма напоминает цилиндр. Разумеется, что количество контактов на коллекторе теперь будет не два, а гораздо больше (рисунок справа).

Обмотки и коллектор, укрепленные на сердечнике, образуют подвижную часть электродвигателя – ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. Он содержит магниты или электромагниты и одновременно является корпусом двигателя.

No Comments »