FIZYKA LICEUM

zasada ekwipartycji energii

Na każdy stopień swobody przypada średnio ½kT średniej Eᴋ.

Eᴋśr=½ikT

energia wewnętrzna - wzór

U=NEᴋśr

N - liczba cząsteczek

N=nNₐ n - ilość moli

stała gazowa

R=Nₐk

praca użyteczna a wykres

pole pod krzywą wykresu cyklu p(V)

prawo Daltona

Jeżeli gaz w ustalonej temp. jest mieszaniną gazów, to ciśnienie całkowite tego gazu jest sumą ciśnień poszczególnych składników.

pc=p₁+p₂+...+pᵢ

przemiana izotermiczna (5)

> temp. = const.

> pV=const.

> wykres p(V) - izoterma (fragment paraboli) > ΔU=0 > Q=-W

przemiana izobaryczna (5)

> ciśnienie = const.

> V/T=const.

> wykres V(T) - izobara (linia prosta przez 0,0) > Q=nCpΔT - (Cp=iR/2+R) > Q=nCvΔT - tylko p.izochor. Cv - ciepło molowe przy stałym ciśnieniu; ilość energii jaką należy dostarczyć na 1 mol gazu, aby ogrzać go o 1K przy stałym ciśnieniu

przemiana adbiabatyczna (3)

> nie zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem

> wykres p(V) - niżej od izotermy

> ΔU=W

silnik cieplny, chłodnica

silnik: Wuż>0

chłodnica: Wuż<0

II zasada termodynamiki - drugie ujęcie

Jeżeli dwa ciała są w kontakcie cieplnym, to ciepło przepływa z ciała o wyższej temp. do ciała o niższej; odwrotnie: wykorzystać gaz pośredniczący w wymianie, kt. będzie krążył między ciałami i nad którym wykonać pracę większą niż on wyk. podczas rozpręże

cykl Carnota

> silnik o najwyższej możliwej teoretycznej sprawności

> ŋ=1-T₂(chłodniejsze)/T₁(cieplejsze)

> wykres p(v)

elektrostatyka

opis pól elektrycznych wytwarzanych przez statyczne (niezmienne w czasie) rozkłady ładunków elektrycznych, umieszczone na ciałach spoczywających w UI

ładunek całkowity, punktowy

całkowity - suma wszystkich elementarnych ładunków ujemnych i dodatnich elektronów i protonów w ciele

punktowy - ładunek elektryczny punktu materialnego (elektron, proton, jądro)

jon dodatni/ujemny

pojedyncza cząsteczka lub atom z niedoborem/nadmiarem elektronów; nośniki ładunków w ośrodku materialnym (ciecz, gaz)

rozkład ładunku dyskretny, ciągły

dyskretny - zbiór wyraźnie oddzielonych od siebie ładunków punktowych

ciągły - ładunki punktowe są nieskończenie blisko siebie i wypełniają cały obszar

siła elektrostatyczna

działa na każdy ładunek punktowy, umieszczony w dowolnym punkcie pola elstat. wytwarzanego przez inny ładunek lub rozkład ład.

natężenie pola elstat.

jego linie styczne do linii sił pola (od + do -)

prawo Coulomba

Dwa nieruchome ładunki punktowe Q₁ i Q₂ , leżące w odległości r od siebie, oddziałują wzajemnie siłami o tych samych wartościach i przeciwnych zwrotach. Jest to oddziaływanie centralne.

dipol elektryczny

układ dwóch ładunków punktowych o przeciwnych znakach i tych samych wartościach bezwzględnych; jako całość elektrycznie obojętny, ale wytwarza pole

gęstość ładunku

objętościowa: ρ=Q/ΔV

powierzchniowa: σ=Q/ΔS

liniowa: τ=Q/Δl

natężenie pola elstat - szczeg. przypadki

E=kQ/r²:

> jednorodnie naładowana kula

> kula o sferycznie symetrycznym rozkładzie ładunku > kula z ładunkiem rozłożonym jednorodnie na jej powierzchni > sfera z jednorodnie rozłożoną gęstością powierzchniową

Eᴘ elstat. ładunku q w polu ładunku Q

praca jaką należy wykonać przeciwko siłom elstat. działającym na ładunek q, aby przenieść go z nieskończoności do punktu odległego o r od ładunku punktowego Q

Eᴘ=±kQq/r

Eᴘ elstat. w polu kilku ładunków

z zasady superpozycji 0 suma energii

Eᴘ elstat. - szczeg. przypadki

Eᴘ=±kQq/r

> jednorodnie naładowana kula

> kula o sferycznie symetrycznym rozkładzie ładunku > kula z ładunkiem rozłożonym jednorodnie na jej powierzchni > sfera z jednorodnie rozłożoną gęstością powierzchniową

tw. o sile elektrostatycznej

Fel działająca na ładunek q w polu elektrostatycznym wytwarzanym przez dowolny rozkład ładunków jest siłą zachowawczą. Praca przeciwko Fel wyk. podczas przesunięcia q z x do y nie zależy od drogi, a jedynie od różnicy Eᴘ jakie posiada q w tych punktach.

Wᵪ→ᵧ=Eᴘ(y)-Eᴘ(x)

przewodnik

ciało stałe, kt. jest kryształem o wiązaniu metalicznym; znajdują się w nim nośniki ładunku ujemnego (elektrony), kt. mogą swobodnie przemieszczać się wewnątrz i na powierzchni przewodnika

obojętny przewodnik pod wpływem pola, klatka Faradaya (4)

> wewn. przewodnika indukuje się pole elstat.

> siły od pola zewn. i indukowanego znoszą się (brak pola wewnątrz przewodnika)

> wewn. przewodnika ładunku się kompensują > niekompensowany ładunek rozkłada się na powierzchni przewodnika to samo z przewodnikiem wydrążonym w środku

łączenie kondensatorów, pojemność zastępcza

równolegle: napięcie pomiędzy okładkami wszystkich kondensatorów stałe

U₁=U₂, Cz=C₁+C₂

szeregowo: wartości bezwzględne ładunków takie same dla wszystkich kond. Q₁=Q₂, 1/Cz=1/C₁+1/C₂

dielektryk

substancja, w kt. elektrony z powłok walencyjnych nie mogą przemieszczać się w jego obszarze - są związane z atomami; elektrony walencyjne nie mogą przenosić ładunku w jego obszarze; cząstki dielektryków są dipolami (naturalnymi lub indukowanymi)

dielektryk w zewn. polu elektrycznym (5)

> cząsteczki ulegają polaryzacji (ustawiają się zgodnie z polem

> w dielektryku powstaje indukowane pole elektryczne przeciwnie skier. do pola zewn.

> dielektryk nie ma możliwości skompensowania pola zewn. > pole indukowane jest co do wartości mniejsze od pola zewn. > wewn. dielektryka powstaje pole wypadkowe: E=Eₒ-Eind

prąd elektryczny

uporządkowany makroskopowo ruch elektronów; gdy tylko w przewodniku pojawia się pole elektryczne, wszystkie elektrony natychmiast zaczynają się poruszać z prędkością unoszenia/dryfu vᵤ ≈ 10‾⁴

źródło prądu (napięcia)

mechanizm powodujący, że elektrony są pobierane z jednej części przewodnika do drugiej

> ogniwa chemiczne

> prądnice prądu zmiennego > fotoogniwa

siła elektromotoryczna, zwroty vᵤ, I

siła przenosząca elektrony

vᵤ - zwrot przeciwny do E

I - zwrot zgodny z E

nośniki ładunku w przewodnikach, wzrost temp. a vᵤ, opór, opór właściwy

przewodniki:

> nośniki - elektrony walencyjne

> wzrost temp. → zmniejszenie vᵤ > wzrost temp. → wzrost oporu, oporu właśc.

nośniki ładunku w półprzewodnikach, wzrost temp. a vᵤ, opór, opór właściwy, ilość nośników

półprzewodniki:

> aby elektron walencyjny mógł przenosić ładunek, musi zyskać tyle energii, aby przenieść się do pasma przewodnictwa

> wzrost temp. → wzrost ilości nośników ład., vᵤ maleje > wzrost temp. → opór maleje

ρ(T), R(T)

zależność oporu i oporu właśc. od temp. dla metali w pewnym zakresie temp. jest w b. dużym przybliżeniu liniową funkcją rosnącą

ρ(T)=ρₒ(1+αΔT)

R(T)=Rₒ(1+αΔT)

spadek napięcia

Uₐᵦ=IRₐᵦ

opór wewnętrzny

opór jaki posiada siła elektromotoryczna

łączenie oporników

szeregowe: Uₐc=Uₐᵦ+Uᵦc

Rz=R₁+R₂

równoległe: Uₐᵦ=U₁=U₂ 1/Rz=1/R₁+1/R₂

amperomierz, woltomierz

amperomierz: szeregowo, dużo mniejszy opór niż R

woltomierz: równolegle, dużo większy opór niż R

moc prądu, ciepło (4)

> przyspieszone elektrony przewodnictwa w przewodniku, w kt. jest pole elektryczne oddziałują z atomami i przekazują im Eᴋ

> => makroskopowo vᵤ=const.

> gdy temp. opornika się ustali, to oznacza, że atomy przewodnika oddają swoją Eᴋ do otoczenia w postaci ciepła > ΔEᴋ=W (praca siły elektrycznej)=qU

pole magnetyczne

gdy na każdą cząstkę o ładunku elektrycznym dodatnim q poruszającą się z prędkością v działa siła ⊥ do prędkości cząstki

reguła lewej dłoni

kciuk - Fᶫ

B przebija dłoń

palce - v

tw. o torze ruchu cząstki

torem ruchu cząstki w jednorodnym polu magnetycznym, wpadającej ⊥ do B, jest zawsze okrąg; Fᶫ pełni rolę siły dośrodkowej

cyklotron

> Eᴋ zwiększa pole elektryczne

> pole magnetyczne służy do zawracania cząstki

reguła prawej dłoni

kciuk - I

palce - B

siła elektrodynamiczna

suma sił Lorentza (zwrot jak Fᶫ)

moment magnetyczny (siły na niego działające)

> moment siły (obraca go zgodnie z liniami pola)

> siła wciągająca w kier. silniejszego pola

odpychanie i przyciąganie mom. mag.

o tych samych zwrotach - przyciągają się, o przeciwnych - odpychają

silnik elektryczny

obracająca się ramka z prądem

> aby zachować kier. obrotu ramki należy zmienić kierunek przepływu prądu w momencie gdy m położy się na liniach pola magnetycznego

> Mc=mBsinα

moment magnetyczny zwojnicy

m zwojnicy = Nm pojedynczej pętli

własności mag. atomów

> dla atomów z zerowym mom. mag.: pod wpływem zewn. pola magnetycznego indukuje się moment magnet. przeciwny

> dla atomów z niezerowym mom. mag.: atom pod wpływem zewn. pola mag. ustawi się tak, że jego moment mag. ustawi się zgodnie z polem (polaryzacja mag.)

paramagnetyki (4)

> subst. zbudowane z atomów o niezerowym mom. mag.

> pod wpływem zewn. pola atomy dążą do polaryzacji magnetycznej

> paramagnetyk wytwarza indukowane pole mag., kt. nieznacznie zwiększa pole zewn. B=μᵣBₒ >paramagnetyki: sód, platyna, tlen, cyna, chrom, magnez, mangan

diamagnetyki (4)

> subst. kt. atomy posiadają zerowy mom. mag.

> w zewn. polu mag. dochodzi do polaryzacji przeciwnej w stos. do pola zewn.

> nieznacznie zmniejsza pole zewn. > diamagnetyki: bizmut, cynk, ołów, miedź, srebro

napięcie prostoliniowego przewodnika poruszającego się w polu mag.

Uind=vBd

siła elektromotoryczna indukcji

powstaje w polu magnetycznym poruszającej się ramki;

indukują się prądy wytwarzające mom. mag. hamujący ruch obrotowy ramki

prądnica prądu zmiennego

ramka podłączona do źródła prądu zmiennego

reguła Lenza

Indukowana siła elektromotoryczna ma taką biegunowość, aby indukowane prądy lub pola magnetyczne wytwarzały takie indukowane siły lub momenty sił, kt. przeciwdziałają zmianom strumienia pola magnetycznego.

zjawisko samoindukcji

Jeżeli w obwodzie zamkniętym płynie prąd zmienny, to wytwarza w przestrzeni wokół zmiennie pole magnetyczne. Przenika ono obwód, co powoduje zmianę w czasie strumienia indukcji pola mag. wytwarzanego przez obwód. W związku z tym w obwodzie powstaje siła e

B∝I

Eind zależy od L (współczynnika samoindukcji), szybkości zmian prądu elektrycznego

transformator

> rdzeń: ferromagnetyk miękki

> napięcie uzwojenia wtórnego powstaje w wyniku zjawiska indukcji elektromag. wzajemnej)

> rdzeń służy do wielokrotnego wzmacniania pola w zwojnicy i wyprowadzania go na zewn. > Up/Uw=np/nw > Pp=Pw (zasada zachowania energii) => UpIp=UwIw

praca prądu zmiennego w czasie jednego okresu

W=energia wydzielona na oporze R=pole pod wykresem P(t)=½Iₒ²RT

moc średnia prądu zmiennego

P=½Iₒ²R

P=½Uₒ²/R

P=½IₒUₒ

wartości skuteczne

wartości fikcyjne

Isk=Iₒ/√2

Usk=Uₒ/√2

dioda

element obwodu wyk. najczęściej z półprzewodnika, kt. umożliwia przepływ prądu w jedną stronę

stawia ogromny opór

napięcie przyłożone w kier. zaporowym (I=0) lub kier. przewodzenia prądu

prostownica jednopołówkowa

wykresy U(t), I(t) z przerwą co pół okresu

układ Graetza

prostownica dwupołówkowa (bez przerw na wykresach)

źródła fal elmag, zależność fali od źródła

> momenty magnetyczne poruszające się ruchem zmiennym

> ładunki elektryczne poruszające się ruchem zmiennym

> prądy elektryczne zmienne geometria i zmienność w czasie fali elmag zależy od geometrii i zmienności źródeł prędkość fali elmag nie zależy od prędkości źródła

twierdzenie o prędkości światła

prędkość światła jest taka sama w każdym UI; prędkość fali elmag w próżni jest taka sama względem wszystkich UI

sinusoidalna fala elmag

fala, kt. źródło jest zmienne w czasie w sposób sinusoidalny

zakres widzialny fal elmag

czerwony - 750nm (λ max), f min

fioletowy - 350 nm (λ min), f max

fala w próżni i ośrodku

λₒ>λᵣ -> v<c

bezwzględny współczynnik załamania

n=c/v -> n=λₒ/λᵣ

prawo Snelliusa

sinα/sinβ=c/v=n

zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia

> promień musi padać od strony ośrodka o większym n

> promień pada pod kątem większym od granicznego

> fala odbija się od granicy ośrodków i wpada do tego, z kt. wychodzi

kąt graniczny

kąt padania taki, że kąt załamania wynosi 90°

sinβg=1/n