2-2. Основные формулы
.doc3. Основные формулы
Сила взаимодействия точечных зарядов (закон Кулона) где F - сила взаимодействия двух точечных зарядов и , направленная вдоль прямой, соединяющей их центры; r - расстояние между зарядами; - диэлектрическая проницаемость среды; - электрическая постоянная. |
, |
|
||||||
Вектор напряженности электрического поля |
. |
|
||||||
Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от заряда |
. |
|
||||||
Напряженность электрического поля, создаваемого металлической сферой радиусом R с общим зарядом q, на расстоянии r от центра сферы |
|
|
||||||
а) внутри сферы (r<R) |
Е=0; |
|
||||||
б) на поверхности сферы (r=R) |
; |
|
||||||
в) вне сферы (r>R) |
. |
|
||||||
Напряженность поля, создаваемого бесконечно длинной равномерно заряженной нитью (или цилиндром) на расстоянии r от ее (его) оси где - линейная плотность заряда. |
, |
|
||||||
|
|
|
||||||
Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью где - поверхностная плотность заряда. |
, |
|
||||||
Напряженность поля в пространстве между двумя параллельными бесконечными равномерно и разноименно заряженными плоскостями с одинаковой по величине поверхностной плотностью заряда |
. |
|
||||||
Потенциал электрического поля где - потенциальная энергия точечного заряда q0, помещенного в данную точку поля. |
, |
|
||||||
Потенциал электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от заряда |
. |
|
||||||
Потенциал электрического поля, создаваемого металлической сферой радиусом R с общим зарядом q, на расстоянии r от центра сферы |
|
|
||||||
а) внутри сферы (r<R) |
; |
|
||||||
б) на поверхности сферы (r=R) |
; |
|
||||||
в) вне сферы (r>R) |
. |
|
||||||
Связь потенциала с напряженностью электрического поля |
. |
|
||||||
Вектор электрического смещения |
. |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
Поток вектора через произвольную поверхность S где Еn – проекция вектора на направление нормали к элементарной площадке dS. |
, |
|
||||||
Если поле однородно, поверхность S - плоская, то где - угол между вектором и нормалью к поверхности S. |
, |
|
||||||
Теорема Остроградского-Гаусса где - поток вектора напряженности через произвольную замкнутую поверхность S, охватывающую заряды q1, q2, …qn. |
, |
|
||||||
Энергия WП взаимодействия системы точечных зарядов , , …, где - потенциал поля, создаваемого всеми зарядами (за исключением i-го) в точке, где расположен заряд . |
, |
|
||||||
Работа, совершаемая электрическим полем при перемещении точечного заряда q из одной точки поля, имеющей потенциал , в другую, имеющую потенциал |
А=q(-)= =. |
|
||||||
Электрическая емкость уединенного проводника где q- заряд проводника, - его потенциал. |
,
|
|
||||||
Электрическая емкость конденсатора где q- заряд конденсатора, - разность потенциалов между обкладками конденсатора. |
, |
|
||||||
Электрическая емкость уединенной проводящей сферы радиусом R, находящейся в бесконечной среде с диэлектрической проницаемостью |
. |
|
||||||
Электрическая емкость плоского конденсатора где S - площадь каждой из обкладок конденсатора; d - расстояние между обкладками; - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками. |
, |
|
||||||
Электрическая емкость плоского слоистого конденсатора где di – толщина i-того слоя диэлектрика, -его диэлектрическая проницаемость. |
, |
|
||||||
Электрическая емкость сферического конденсатора (две концентрические сферы радиусами и , пространство между которыми заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ) |
. |
|
||||||
Электрическая емкость цилиндрического конденсатора (два коаксиальных цилиндра длиной L и радиусами и , пространство между которыми заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ) |
. |
|
||||||
Электроемкость батареи конденсаторов, соединенных последовательно
|
; |
|
||||||
параллельно
где Сi – емкость i-того конденсатора, N – число конденсаторов. |
, |
|
||||||
Энергия электрического поля заряженного проводника где q - заряд, - потенциал, С - электрическая емкость проводника. |
|
|
||||||
Энергия электрического поля заряженного конденсатора где С - электрическая емкость конденсатора; U - разность потенциалов на его обкладках. |
|
|
||||||
Объемная плотность энергии электрического поля где Е - напряженность электрического поля в среде с диэлектрической проницаемостью ; D - электрическое смещение. |
|
|
||||||
Сила тока |
. |
|
||||||
Плотность тока |
. |
|
||||||
Сопротивление однородного проводника где - удельное сопротивление, - длина, S - площадь поперечного сечения проводника. |
, |
|
||||||
Сопротивление при последовательном и параллельном соединении проводников где Ri – сопротивление i – того проводника, N – число проводников. |
,, |
|
||||||
Закон Ома в дифференциальной форме где - удельная электрическая проводимость, - напряженность электрического поля. |
, |
|
||||||
Закон Ома для однородного участка цепи где I - сила тока, текущего по однородному проводнику, U - напряжение на его концах, R - электрическое сопротивление проводника. |
, |
|
||||||
Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме где - суммарная ЭДС на данном участке, R - суммарное сопротивление внешней цепи, r - внутреннее сопротивление источника ЭДС. |
|
|
||||||
Закон Ома для замкнутой цепи |
. |
|
||||||
Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме где w – тепловая мощность тока, - удельная электрическая проводимость, - напряженность электрического поля. |
, |
|
||||||
Закон Джоуля - Ленца в интегральной форме где dQ- количество теплоты, выделяющейся в неподвижном и химически не изменяющемся проводнике при протекании через него тока силой I в течение времени dt. |
|
|
||||||
Мощность в цепи постоянного тока |
|
|
||||||
полная (выделяющаяся во всей замкнутой цепи) |
, |
|
||||||
полезная (выделяющаяся на внешнем сопротивлении R) |
|
|
||||||
К.П.Д. источника тока
|
|
|
||||||
Правила Кирхгофа Первое. Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю
|
|
|
||||||
Второе. В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС , встречающихся в этом контуре. |
|
|
||||||
Сила Ампера в векторной форме: |
, |
|
||||||
в скалярной форме: где - элемент тока, - индукция магнитного поля, - угол между векторами и . |
, |
|
||||||
Магнитный момент замкнутого контура площадью S с током I где - единичный вектор положительной нормали к плоскости контура, направление которого связано с направлением тока правилом правого винта. |
, |
|
||||||
Механический момент сил, действующих на контур с током, помещенный в магнитное поле с индукцией в векторной форме: |
, |
|
||||||
в скалярной форме: где - угол между векторами и . |
|
|
||||||
Сила Лоренца в векторной форме: |
, |
|
||||||
в скалярной форме: где q – заряд частицы, - ее скорость, - индукция магнитного поля, - угол между векторами и . |
|
|
||||||
Закон Био-Савара-Лапласа в векторной форме: где - магнитная индукция поля, создаваемого элементом тока I; -радиус-вектор точки, в которой определяется магнитная индукция; - магнитная проницаемость окружающей проводник среды, - магнитная постоянная. |
, |
|
||||||
в скалярной форме: где - угол между векторами I и . |
|
|
||||||
Индукция магнитного поля в центре кругового проводника (витка) с током I где r - радиус витка. |
, |
|
||||||
Индукция магнитного поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током I в точке, находящейся на расстоянии r от оси проводника |
. |
|
||||||
Индукция магнитного поля, создаваемого отрезком проводника с током |
. |
|
||||||
Индукция магнитного поля, создаваемого соленоидом с током I в средней его части (или тороидом на его оси) где n - число витков, приходящихся на единицу длины соленоида. |
, |
|
||||||
Связь индукции с напряженностью магнитного поля (в случае однородной, изотропной среды) |
. |
|
||||||
Элементарный поток вектора индукции магнитного поля (магнитный поток) через площадку dS где -угол между направлением вектора и нормалью к площадке , Вn - проекция вектора на направление нормали к площадке. |
|
|
||||||
Поток вектора индукции магнитного поля через произвольную поверхность S |
|
|
||||||
Потокосцепление (полный поток сквозь N витков): |
. |
|
||||||
Элементарная работа по перемещению контура с током I в магнитном поле где dФ - изменение магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром. |
, |
|
||||||
Работа при произвольном перемещении контура в магнитном поле |
. |
|
||||||
Магнитный поток, сцепленный с соленоидом (катушкой содержащей N витков) где L – индуктивность контура (коэффициент самоиндукции). |
, |
|
||||||
Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея - Максвелла) где электродвижущая сила индукции, N - число витков контура. |
, |
|
||||||
Электродвижущая сила самоиндукции |
. |
|
||||||
Индуктивность соленоида где - число витков на единицу длины соленоида, S – площадь сечения соленоида, - его длина, - объем соленоида, - магнитная постоянная, - магнитная проницаемость среды. |
, , |
|
||||||
Энергия магнитного поля соленоида (катушки) с индуктивностью L при силе тока I |
. |
|
||||||
Объемная плотность энергии магнитного поля |
|
|
||||||
Скорость распространения электромагнитных волн (света) в среде где с – скорость света в вакууме, - диэлектрическая проницаемость среды, - магнитная проницаемость среды, n – абсолютный показатель преломления среды. |
, |
|
||||||
Длина волны света в среде где - длина волны в вакууме, n - абсолютный показатель преломления среды. |
, |
|
||||||
Оптическая разность хода двух световых волн где и - оптические длины путей световых волн в различных средах, и - абсолютные показатели преломления сред, и - геометрические длины путей световых волн соответственно в средах с показателями преломления и . |
|
|
||||||
Связь разности фаз двух волн () с их оптической разностью хода () |
. |
|
||||||
Оптическая разность хода волн (), отраженных от верхней и нижней поверхностей тонкой плоскопараллельной пластинки или пленки, находящейся в воздухе: |
|
|
||||||
а) в отраженном свете: |
или ; |
|
||||||
б) в проходящем свете: где d - толщина пластинки (пленки), - угол падения света на пластинку, - угол преломления, n - относительный показатель преломления материала пластинки (пленки). |
или , |
|
||||||
Условие максимума интенсивности при интерференции двух когерентных волн где - оптическая разность хода. |
, k= 0, 1, 2, 3...
|
|
||||||
Условие минимума интенсивности при интерференции двух когерентных волн |
, k= 0, 1, 2, 3... |
|
||||||
Положение максимумов и минимумов интенсивности света при интерференции волн от двух когерентных источников (метод Юнга) где d - расстояние между двумя когерентными источниками (отверстиями в методе Юнга), находящимися на расстоянии L от экрана, параллельного обоим источникам, при условии L >> d. |
, k= 0, 1, 2, 3...,
k= 0, 1, 2, 3...,
|
|
||||||
Ширина интерференционной полосы при интерференции волн от двух когерентных источников |
. |
|
||||||
Радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете (или темных в проходящем) где k - номер кольца, R - радиус кривизны линзы. |
k = 1, 2, 3 ... |
|||||||
Радиусы темных колец Ньютона в отраженном свете (или светлых в проходящем) |
, k = 1, 2, 3 ... |
|
||||||
Радиусы зон Френеля |
|
|
||||||
для сферической волны
|
, |
|
||||||
для плоской волны где a - расстояние от диафрагмы с отверстием (щелью) до точечного источника света, b - расстояние от диафрагмы до точки наблюдения (экрана), k - номер зоны Френеля. |
, |
|
||||||
При дифракции Френеля на круглом отверстии в центре экрана будет наблюдаться а) максимум интенсивности (светлое пятно), если в отверстие укладывается нечетное число зон Френеля; б) минимум интенсивности (темное пятно), если в отверстие укладывается четное число зон Френеля. |
|
|
||||||
Дифракция Фраунгофера на одной щели при нормальном падении лучей |
|
|
||||||
Условие минимума интенсивности света
|
, k = 1, 2, 3, . . . |
|
||||||
Условие максимума интенсивности света где а - ширина щели, - угол дифракции, k —номер максимума (минимума). |
,k = 1, 2, 3, . . . |
|
||||||
|
|
|
||||||
Положение главных максимумов при дифракции света на дифракционной решетке при нормальном падении лучей где d - период (постоянная) решетки, k - номер главного максимума (порядок спектра), - угол дифракции. |
, k = 0, 1, 2, . . .,
|
|
||||||
Разрешающая способность дифракционной решетки где - наименьшая разность длин волн двух соседних спектральных линий, видимых раздельно, N - общее число штрихов решетки, k - порядок спектра. |
R = = kN,
|
|
||||||
Угловая дисперсия дифракционной решетки где - угловое расстояние между двумя спектральными линиями, отличающимися по длине волны на . |
, |
|
||||||
Формула Вульфа – Брэггов где d –расстояние между атомными плоскостями кристалла, -угол скольжения рентгеновских лучей, k – номер дифракционного максимума. |
, k = 1, 2, 3, . .
|
|
||||||
Закон Брюстера где - угол падения, при котором отраженный луч полностью поляризован, - относительный показатель преломления. |
, |
|
||||||
Закон Малюса где I - интенсивность света, прошедшего через анализатор, I0 - интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, - угол между плоскостью поляризации волны, падающей на анализатор, и плоскостью пропускания анализатора. |
, |
|
||||||
Степень поляризации света где и - максимальная и минимальная интенсивности частично - поляризованного света, пропускаемого анализатором. |
, |
|