Посібник написано відповідно до програми з фізики для студентів вищих технічних навчальних закладів. Він складається з десяти розділів, в яких викладені фізичні основи механіки, молекулярної фізики і термодинаміки, електростатики, постійного струму, електромагнетизму, оптики, квантової природи випромінювання, фізики атомів і молекул, фізики атомного ядра, елементи фізики твердотільних електронних приладів.
Для студентів вищих навчальних закладів.

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА ............................................ 7

1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ МЕХАНІКИ...... 9

§ 1.1. Швидкість і прискорення................. 9

§ 1.2. Кутова швидкість і кутове прискорення........... 13

§ 1.3. Закони динаміки поступального

руху матеріальної точки .......................... 16

§ 1.4. Закон збереження імпульсу

механічної системи...................................18

§ 1.5. Види деформації твердих тіл......... 19

§ 1.6. Робота сили та її вираз через

криволінійний інтеграл............................ 24

§ 1.7. Потужність ..................................... 25

§ 1.8. Кінетична енергія механічної

системи..................................................... 26

§ 1.9. Потенціальна енергія механічної

системи..................................................... 27

§ 1.10. Закон збереження механічної

енергії. Закон збереження і перетворення

енергії....................................................... 28

§ 1.11. Момент сили і момент імпульсу

механічної системи. Момент інерції тіла

відносно осі.............................................. 29

§ 1.12. Основне рівняння динаміки обертального руху твердого тіла відносно нерухомої осі. Кінетична енергія тіла,

що обертається......................................... 32

§ 1.13. Закон збереження моменту

імпульсу ................................................... 33

§ 1.14. Гармонічні коливання. Диференціальне рівняння гармонічних коливань... 34

§ 1.15. Додавання гармонічних коливань

однакового напрямку і однакової

частоти. Биття .......................................... 37

§ 1.16. Додавання взаємно перпендикулярних коливань ............................................ 39

§ 1.17. Диференціальне рівняння згасаючих коливань і його розв’язання........... 40

§ 1.18. Диференціальне рівняння

вимушених коливань і його розв’язання.

Резонанс ................................................... 41

§ 1.19. Утворення хвиль у пружному середовищі. Поздовжні і поперечні хвилі.

Рівняння біжучої хвилі ............................ 43

§ 1.20. Фазова і групова швидкості

пружних хвиль ......................................... 46

§ 1.21. Енергія пружних хвиль ................ 47

§ 1.22. Інтерференція пружних хвиль. .... 49

§ 1.23. Стоячі хвилі.................................. 50

§ 1.24. Основні характеристики звуку .... 51

§ 1.25. Ультразвук і його застосування... 54

§ 1.26. Рівняння нерозривності

струмини .................................................. 57

§ 1.27. Рівняння Бернуллі ........................ 58

2. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ

ФІЗИКИ І ТЕРМОДИНАМІКИ........... 62

§ 2.1. Статистичний і термодинамічний

методи дослідження. Термодинамічні

параметри. Рівноважний стан і процеси. 62

§ 2.2. Основне рівняння молекулярнокінетичної теорії ідеального газу

для тиску .................................................. 64

§ 2.3. Середня кінетична енергія

поступального руху молекул.

Молекулярно-кінетичне трактування

абсолютної температури.......................... 66

§ 2.4. Розподіл Максвелла молекул ідеального газу за швидкостями теплового

руху........................................................... 66

§ 2.5. Барометрична формула. Розподіл

Больцмана частинок у зовнішньому

потенціальному полі................................ 68

§ 2.6. Закон рівномірного розподілу енергії

за ступенями вільності молекул .............. 69

§ 2.7. Внутрішня енергія.......................... 71

§ 2.8. Форми енергообміну термодинамічної системи. Робота і теплота......... 72

3

Зміст

4

§ 2.9. Перший закон термодинаміки ....... 73

§ 2.10. Теплоємність ідеального газу. ..... 74

§ 2.11. Ентропія........................................ 76

§ 2.12. Ентропія і термодинамічна

ймовірність................................................77

§ 2.12. Застосування першого закону

термодинаміки до ізопроцесів..................78

§ 2.14. Адіабатний процес ....................... 80

§ 2.15. Середнє число зіткнень і середня

довжина вільного пробігу молекул......... 82

§ 2.16. Явища перенесення в газах.......... 83

§ 2.17. Коловий процес. Теплові двигуни

і холодильні машини ............................... 86

§ 2.18. Цикл Карно i його коефіцієнт

корисної дії для ідеального газу............. 88

§ 2.19. Властивості оборотних і необоротних циклів............................................89

§ 2.20. Другий і третій закони термодинаміки................................................... 91

§ 2.21. Реальні гази. Рівняння Ван-дерВаальса ......................................................93

§ 2.22. Порівняння ізотерм Ван-дерВаальса з експериментальними.

Критичний стан.........................................95

§ 2.23. Загальна характеристика

твердих тіл ............................................... 97

§ 2.24. Дифузія у твердих тілах............... 99

§ 2.25. Теплопровідність твердих тіл .....100

§ 2.26. Конвекція.....................................102

§ 2.27. Теплоємність твердих тіл............103

§ 2.28. Теплове розширення

твердих тіл ..............................................106

§ 2.29. Сплави .........................................108

§ 2.30. Рідкі кристали..............................110

3. ЕЛЕКТРОСТАТИКА .......................113

§ 3.1. Взаємодія зарядів. Електричне поле.

Напруженість електричного поля ..........113

§ 3.2. Робота при переміщенні заряду

в електростатичному полі. Потенціал

електричного поля. Напруженість як

градієнт потенціалу................................ 117

§ 3.3. Потік вектора напруженості.

Теорема Остроградського–Гаусса для

електростатичного поля у вакуумі........ 120

§ 3.4. Застосування теореми Остроградського–Гаусса до розрахунку

електричних полів.................................. 121

§ 3.5. Типи діелектриків. Поляризація

діелектриків. Електричне поле в

діелектрику..............................................125

§ 3.6. Сегнетоелектрики..........................130

§ 3.7. П’єзоелектрики..............................132

§ 3.8. Провідники в електричному

полі ......................................................... 135

§ 3.9. Електроємність відокремленого

провідника. Конденсатори..................... 136

§ 3.10. Паралельне з’єднання

конденсаторів......................................... 139

§ 3.11. Послідовне з’єднання

конденсаторів……………………………140

§ 3.12. Енергія зарядженого відокремленого провідника, конденсатора. Енергія

електростатичного поля......................... 141

4. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ

СТРУМ.................................................. 143

§ 4.1. Сила і густина струму .................. 143

§ 4.2. Електрорушійна сила і напруга ... 144

§ 4.3. Закони постійного струму............ 145

§ 4.4. Явище тензоефекту .......................148

§ 4.5. Робота і потужність електричного

струму. Закон Джоуля – Ленца ............. 149

§ 4.6. Правила Кірхгофа для розгалу

жених електричних кіл .......................... 151

§ 4.7. Класична електронна теорія

провідності металів і її дослідне

обґрунтування ........................................ 152

§ 4.8. Робота виходу електронів

з металу. Термоелектронна емісія......... 154

4

Зміст

5

§ 4.9. Контактні явища.

Явище Зеєбека.........................................155

§ 4.10. Явище Пельтьє.

Явище Томпсона.....................................158

§ 4.11. Струм у газах...............................160

§ 4.12. Види самостійного розряду ........165

5. ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.................167

§ 5.1. Магнітне поле. Магнітна індукція.

Закон Біо-Савара-Лапласа ..................... 167

§ 5.2. Закон повного струму для магніт

ного поля у вакуумі. ...............................170

§ 5.3. Магнітний потік. Теорема Остроградського–Ґаусса для магнітного

поля .........................................................172

§ 5.4. Закон Ампера. Робота при переміщенні провідника зі струмом

у магнітному полі ...................................173

§ 5.5. Контур зі струмом у магнітному

полі ..........................................................175

§ 5.6. Сила Лоренца ................................176

§ 5.7. Ефект Холла ..................................178

§ 5.8. Магнітне поле в речовині .............179

§ 5.9. Діа- і парамагнетики .....................182

§ 5.10. Феромагнетики............................183

§ 5.11. Явище гігантського магнітоопору

та його застосування у спінтронних

приладах..................................................186

§ 5.12. Магнітопружний ефект ...............189

§ 5.13. Магнітокалоричний ефект ..........191

§ 5.14. Явище електромагнітної індукції.

Закон електромагнітної індукції.

Правило Ленца........................................192

§ 5.15. Явище самоіндукції.

Індуктивність ..........................................195

§ 5.16. Явище взаємної індукції.

Взаємна індуктивність............................198

§ 5.17. Енергія магнітного поля..............200

§ 5.18. Основи теорії Максвелла

для електромагнітного поля. Струм

зміщення..................................................201

§ 5.19. Рівняння Максвелла

для електромагнітного поля .................. 205

§ 5.20. Електричний коливальний контур.

Власні електромагнітні коливання........ 206

§ 5.21. Основні властивості

електромагнітних хвиль......................... 208

§ 5.22. Енергія електромагнітних хвиль.

Потік енергії. Вектор Умова–Пойнтинга... 212

§ 5.23. Змінний електричний струм...... 213

§ 5.24. Магнітні кола. Розрахунок

магнітного кола.......................................217

§ 5.25. Електромагніти та їх

застосування............................................220

§ 5.26. Трансформатор........................... 221

6. ХВИЛЬОВА ОПТИКА .................... 224

§ 6.1. Основні поняття фотометрії .........224

§ 6.2. Явище повного внутрішнього

відбивання .............................................. 226

§ 6.3. Інтерференція світла ................... 227

§ 6.4. Просвітлення оптики.................... 230

§ 6.5. Інтерферометр Майкельсона ....... 231

§ 6.6. Дифракція світла . ........................ 232

§ 6.7. Поняття про голографію .............. 237

§ 6.8. Дифракція рентгенівського

випромінювання..................................... 240

§ 6.9. Дисперсія світла. Області

нормальної і аномальної дисперсії........ 241

§ 6.10. Поглинання світла ...................... 242

§ 6.11. Природне і поляризоване світло 244

§ 6.12. Подвійне променезаломлення.... 247

§ 6.13. Обертання площини поляризації250

§ 6.14. Електрооптичний ефект ............. 252

§ 6.15. Штучна оптична анізотропія ..... 254

7. КВАНТОВА ПРИРОДА

ВИПРОМІНЮВАННЯ........................ 257

§ 7.1. Теплове випромінювання. Закон

Кірхгофа ................................................. 257

§ 7.2. Закон Стефана–Больцмана. Закон

Віна. Формула Релея–Джінса ................ 260

5

Зміст

6

§ 7.3. Квантова гіпотеза

і формула Планка....................................263

§ 7.4. Зовнішній фотоефект і його закони.

Рівняння Ейнштейна для зовнішнього

фотоефекту..............................................265

8. ФІЗИКА АТОМІВ І МОЛЕКУЛ.....269

§ 8.1. Атом водню і його спектр

за теорією Бора .......................................269

§ 8.2. Основні ідеї квантової

механіки ..................................................272

§ 8.3. Атом водню у квантовій

механіці ...................................................278

§ 8.4. Спін електрона. Принцип Паулі.

Розподіл електронів в атомі

за станами................................................280

§ 8.5. Поняття про енергетичні рівні

молекул. Спектри молекул .....................282

§ 8.6. Поглинання, спонтанне

і вимушене випромінювання..................286

§ 8.7. Оптичні квантові генератори........289

§ 8.8. Комбінаційне розсіювання

світла .......................................................293

9. ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА..........297

§ 9.1. Розмір, склад і заряд ядра. Масове

і зарядове числа.......................................297

§ 9.2. Дефект маси і енергія

зв’язку ядра .............................................299

§ 9.3. Взаємодія нуклонів і поняття про

властивості та природу ядерних сил......301

§ 9.4. Радіоактивність. Основний закон

радіоактивного перетворення

атомних ядер ...........................................303

§ 9.5. Закономірності радіоактивного

випромінювання атомних ядер.............. 305

§ 9.6. Ядерні реакції. .............................. 309

§ 9.7. Реакція ядерного поділу.

Ланцюгова реакція поділу. Ядерний

реактор ................................................... 313

§ 9.8. Ядерний магнітний резонанс……317

10. ЕЛЕМЕНТИ ФІЗИКИ ТВЕРДОТІЛЬНИХ ЕЛЕКТРОННИХ

ПРИЛАДІВ.............................................319

§ 10.1. Енергетичні зони в кристалах.

Метали, діелектрики

і напівпровідники....................................319

§ 10.2. Власна провідність

напівпровідників .....................................322

§ 10.3. Домішкова провідність напівпровідників....................................................324

§ 10.4. Магніторезистивний ефект .........327

§ 10.5. Р-n перехід і напівпровід

никовий діод............................................328

§ 10.6. Контакт метал-напівпровідник ...333

§ 10.7. Фотоелектричні приймачі

випромінювання......................................335

§ 10.8. Магнітодіод .................................339