Потенциал. Разность потенциалов.
Потенциал – это энергетическая характеристика поля. Заряд, помещённый в данную точку поля обладает потенциальной энергией Wр.
φ = Wр/q– потенциал электрического поля в данной точке, это физическая величина, показывающая, чему равна потенциальная энергия заряда, равного + 1 Кл, в данной точке поля. [φ] = Дж/Кл = В (Вольт).Потенциал величина скалярная. φ>0, если заряд создающий поле положителен. φ<0, если заряд, создающий поле отрицателен.
Если в данной точке электрическое поле создают несколько зарядов, то φ = φ1 ± φ2± φ3 +….–принцип суперпозиции потенциалов – потенциал электрического поля, созданного несколькими зарядами, в данной точке равен алгебраической сумме потенциалов, созданных в этой точке, каждым зарядом в отдельности.
φ = qEd/q = Еd– потенциал однородного электростатического поля, где d - расстояние( вдоль силовой линии) от отрицательно заряженной плоскости( нулевой уровень потенциальной энергии) до той точки, где находится заряд.
φ1 – φ2 = A/q = U -разность потенциалов между точками – это физическая величина, показывающая, какую работу совершает электрическое поле перемещая заряд в + 1 Кл между данными точками поля.
Напряженность и разность потенциалов для однородного электростатического поля связаны между собой формулой: U = E∆d – где ∆d – расстояние между точками , для которых находят разность потенциалов.
Вектор напряженности электрического поля всегда направлен от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом.
2 Звуковые волны. Ультразвук и его использование в технике и медицине.
Акустика – это учение о звуке.
Звук– это продольная механическая волна с частотой от 16 Гц до 20000 Гц, воспринимаемые человеком.
Любое колеблющееся со звуковой частотой тело может являться источником звука.
При колебаниях такое тело сжимает прилегающий к одной из его сторон слой воздуха, создавая сжатие (зона повышенного давления). При этом с другой стороны возникает разрежение (зона пониженного давления). Эти сгущения и разрежения, распространяясь в среде, и создают звуковую волну.
Примеры источников звука: голосовые связки, камертон, громкоговоритель. Тело воспринимающее звук называют приемником звука (ухо, микрофон). Звук распространяется во всех упругих средах: газах, жидкостях, твердых телах. Звук не может распространяться в вакууме. Пористые тела плохо проводят звук( звукоизоляция). Скорость звука различна в разных средах: она наибольшая в твердых телах (в стали около 5 км/с), наименьшая в газе (332 м/с при 00С в воздухе). В жидкостях она больше чем в газе, но меньше чем в твердом теле (в воде около 1,4 км/с). В данной среде скорость звука зависит от температуры, например для воздуха скорость звука растет с повышением температуры (при 200С скорость звука около 343 м/с).
Эхо – это отражённый звук.
Продольные механические волны с частотой меньше 16 Гц называю инфразвуком, мы их не слышим
Продольные механические волны с частотой больше 20кГц называют ультразвуком, мы их тоже не слышим. Летучие мыши, киты, дельфины излучают и улавливают ультразвук. Летучие мыши в полной темноте ориентируются благодаря отраженному ультразвуку. Для получения ультразвука используются специальные ультразвуковые генераторы. Мощная ультразвуковая волна способна дробить тела, помещенные в жидкость, например, дробить камни в желчном пузыре и почках, убивать микробов, стерилизовать молоко. Ультразвуковая волна слабо затухает в воде, поэтому её используют в гидроакустике. Гидролокатор (эхолот)посылает импульс ультразвуковых волн, а затем улавливает отраженный сигнал. L = vt/2–расстояние до объекта от которого произошло отражение, где t- время прохождения сигнала до объекта и обратно, v- скорость ультразвука.
В медицине широко используют УЗИ – ультразвуковое исследование внутренних органов человека.
Физические основы использования УЗ в медицине.
1) Диагностика - используется зависимость скорости распространения звуковой волны от состояния организма.
2) Терапия – используется способность УЗ волны создавать в жидкости сжатия и разряжения, которые приводят к разрыву сплошности жидкости (кавитации). Кавитация закрывается с выделением тепла.
3) Хирургия - используется способность УЗ волны разрушать ткани – ультразвуковой скальпель. Можно рассекать мягкие и костные ткани и дробить камни в почках.
4) УЗ –кардиография, определение размера сердца в динамике;
5) Эхо энцефалография – определение отека и опухоли мозга, прибор – эхоэнцефалограф;
6) УЗ – локация, определение размеров глазных сред в офтальмологии;
7) УЗИ – исследование внутренних органов – поджелудочной железы, почек, печени.
8) УЗ в акушерстве и гинекологии – определение развития плода, внематочной беременности и опухолей.
Преимущество УЗ перед рентгеном – меньше вредность, недостаток – меньше четкость изображения.
УЗ – терапия.
Используется прогревание (при помощи кавитации) и обработка ран и травм для профилактики раневой инфекции (используется свойство УЗ уничтожать микроорганизмы).
УЗ можно также стерилизовать инструменты и хирургическое белье.
3.Решите задачу: определите массу водорода, находящегося в баллоне емкостью 20 л при давлении 830 к Па, если температура газа равна 17º С.
Решение: из уравнения состояния идеального газа PV=(m/M)RT и M=M010-3кг/моль, R=8,31 Дж/моль К, определяем массу водорода 138г.
Билет №29