Номер 2, страница 66 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

2. Физика в моей будущей профессии.

Решение

Физика является фундаментальной наукой, лежащей в основе множества современных профессий. В качестве примера рассмотрим профессию инженера-электротехника и роль физических законов и явлений в его повседневной работе.

Электромагнетизм и схемотехника

Это, пожалуй, самый очевидный и важный раздел физики для инженера-электротехника. Вся современная электротехника и электроника построена на законах электромагнетизма, сформулированных Джеймсом Клерком Максвеллом. Инженер-электротехник постоянно работает с электрическими цепями. Расчет таких цепей невозможен без знания фундаментальных законов. Например, закон Ома для участка цепи, связывающий силу тока $I$, напряжение $U$ и сопротивление $R$:$I = \frac{U}{R}$.Для анализа более сложных цепей используются правила Кирхгофа, которые являются следствием законов сохранения энергии и заряда. Работа трансформаторов, электродвигателей и генераторов описывается законом электромагнитной индукции Фарадея:$\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$,где $\mathcal{E}$ — электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $\Phi_B$ — магнитный поток. Проектирование антенн и линий передачи высокочастотных сигналов напрямую базируется на волновых уравнениях, следующих из системы уравнений Максвелла.

Физика твердого тела и полупроводниковая техника

Современная электроника была бы невозможна без полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, интегральных микросхем. Основой для их создания и понимания принципов работы служат разделы физики твердого тела и квантовой механики. Инженер, работающий в области микроэлектроники, должен понимать зонную теорию твердых тел, которая объясняет, почему одни материалы являются проводниками, другие — диэлектриками, а третьи — полупроводниками. Он должен знать, как легирование (введение примесей) меняет свойства полупроводников, создавая p-n переходы — основу всех полупроводниковых диодов и транзисторов.

Термодинамика и теплопередача

Любой электронный компонент, по которому протекает электрический ток, выделяет тепло в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Мощность тепловыделения $P$ на резистивном элементе равна $P = I^2 R$. Перегрев является одной из главных причин отказа электронных устройств. Поэтому инженер-электротехник должен уметь рассчитывать тепловые режимы работы устройств и проектировать эффективные системы охлаждения. Здесь на помощь приходят законы термодинамики и теории теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение). Расчет радиаторов охлаждения для процессоров, силовых транзисторов или светодиодных ламп — это типичная инженерная задача, в основе которой лежат физические принципы.

Оптика и фотоника

Многие области современной электротехники тесно связаны с оптикой. Это направление получило название фотоника. Например, оптоволоконные линии связи, которые обеспечивают высокоскоростную передачу данных на огромные расстояния. Их работа основана на явлении полного внутреннего отражения света. Инженер, проектирующий такие системы, должен разбираться в волновой оптике, знать принципы работы лазеров (источников излучения) и фотодиодов (приемников излучения). Разработка дисплеев (LED, OLED), светодиодного освещения, лазерных систем, сенсоров изображения (матрицы в фотокамерах) — все это требует глубоких знаний в области оптики и взаимодействия света с веществом.

Таким образом, профессия инженера-электротехника не просто использует физику, она полностью на ней основана. От базовых законов электромагнетизма до сложных концепций квантовой механики — физические знания являются главным рабочим инструментом для специалиста в этой области.

Ответ: Физика является теоретическим и практическим фундаментом для множества профессий, в частности, для инженера-электротехника. Знание электромагнетизма необходимо для проектирования электрических цепей, двигателей и генераторов. Физика твердого тела и квантовая механика лежат в основе всей современной полупроводниковой электроники. Законы термодинамики применяются для расчета систем охлаждения электронных устройств. Оптика и фотоника используются при создании систем оптоволоконной связи, дисплеев и лазерной техники. Успешная работа инженера-электротехника невозможна без глубокого понимания этих и многих других разделов физики.