1.Jak wytwarzane jest pole magnetyczne? Co jest bezpośrednią przyczyną jego powstawania?

Pole magnetyczne wytwarzane jest przez ruch ładunków elektrycznych. Poruszające się elektrony tworzą pole elektryczne, które z kolei tworzy pole magnetyczne. Źródłem pola magnetycznego w magnesach trwałych jest też ruch ładunków elektrycznych w atomach. Poruszający się ładunek wytwarza pole magnetyczne B(r) wokół otaczającej przestrzeni.

2. Na poruszający się ładunek elektryczny w polu magnetycznym działa siłą Lorentz'a, która:
(a.) wynosi 0, gdy prędkość ładunku jest prostopadła do pola magnetycznego
(b.) wynosi 0, gdy prędkość ładunku jest równoległa do pola magnetycznego.
Podaj definicję tego prawa. Wyjaśnij swój wybór.

Odpowiedź b. Uzasadnienie: Na poruszający się w polu magnetycznym ładunek działa siła Lorentza
, gdzie α jest kątem między kierunkiem wektora V, a kierunkiem wektora B. Ponieważ jednak α = 0, więc sinα = 0, z tego wynika, że wartość siły wyliczona ze wzoru jest równa zeru

3. Jak poruszać będzie się ładunek q = 2 C (narysuj trajektorię) jeśli jego prędkość v = 10 m/s będzie dokładnie prostopadła do jednorodnego pola magnetycznego o indukcji B = 1.5 T.

4. Jak poruszać będzie się ładunek q = 2 C (narysuj trajektorię) jeśli jego prędkość v = 10 m/s będzie dokładnie równoległa do jednorodnego pola magnetycznego o indukcji B = 1.5 T.

5. Jak poruszać będzie się ładunek q = 2 C (narysuj trajektorię) jeśli jego prędkość v = 10 m/s będzie dokładnie pod kątem 30o do jednorodnego pola magnetycznego o indukcji B = 1.5 T.

6. Jaka siła działa (narysuj i oblicz) na prostoliniowy przewodnik z prądem on natężeniu I = 0.25 A ustawiony pod pod kątem 30o do kierunku pola ?

7. Jak ustawi się (narysuj) zamknięta prostokątna ramka z prądem o natężeniu I w jednorodnym polu magnetycznym jeżeli może się swobodnie obracać względem osi przechodzącej przez dwa przeciwległe boki ramki przecinając je w ich połowie pod kątem prostym? Dlaczego będzie się obracać? Podaj równanie na moment siły obracający ramkę.

Ramka ustawi się prostopadle do lnii działającego pola magnetycznego. Ramka będzie się obracać, ponieważ linie pola magnetycznego wytworzone w ramce przez ruch elektronów będzie chcialo się zgrac z liniami poa magnetycznego już wytworzonego (np. w magnesie)

Moment siły obracająsy ramke

8. Pole magnetyczne pochodzące od odcinka przewodnika ds w odległości r zgodnie z prawem Biot'a-Savart'a wynosi:
Jak skierowane jest pole dB względem wektorów ds i r ?

Kierunek dla wszystkich małych dB jest do płaszczyzny kartki, obojętnie czy ds jest powyżej czy poniżej punktu P.

9. Udowodnij na podstawie prawa Ampera, że wartość wektora indukcji pola magnetycznego w odległości R od prostoliniowego przewodnika z prądem o wartości I wynosi B = (μ₀I) / (2ΠR). Co to jest „krążenie” wektora B po zamkniętym konturze I ?

Krążenie wektora B po zamkniętym konturze l jest to droga która obejmuje w swoim obszarze wew. dwa przewodniki z prądem o przeciwnych liniach pola mag. po której wyznacza się kontur całkowania.

Drgania i obwody drgające

10. Co jest „elementem drgającym” w obwodzie LC. Napisz równanie drgań dla prostego obwodu LC.(objaśnij użyte symbole)

W obwodzie LC „elementem drgającym” jest cewka „C”.

L- energia zgromadzona w cewce

q - ładunek elektryczny

C - energia zgromadzona w kondensatorze

t- czas….

11. Jak zmienia się energia na kondensatorze i cewce w obwodzie drgającym LC. Naszkicuj jak zmienia się energia zgromadzona w cewce i kondensatorze w czasie drgań w obwodzie LC. Czy całkowita energia (suma energii na kondensatorze i cewce) zmienia się w czasie w takim obwodzie?

Całkowita energia (suma energii na kondensatorze i cewce) nie zmienia się w czasie w takim obwodzie, ponieważ bilans energi rowna się sumie energi kondensatora i cewki.

12. Z jaką częstością zmienia się ładunek na kondensatorze (lub prąd) w obwodzie drgającym LC.

13. Co może powodować stratę energii w obwodzie drgającym? Czy częstość drgań w obwodzie tłumionym jest większa/mniejsza/taka sama jak w obwodzie bez tłumienia? Od jakich wielkości zależy współczynnik tłumienia?

Stratę energii w obwodzie drgającym może powodować rezystancja wew. cewki oraz elementów łączeniowych oraz ciepła emitowanego przez te elementy.

Częstość drgań w obwodzie tłumionym jest mniejsza niż w obwodzie bez tłumienia.

Współczynnik tłumienia zależy od rezystancji jaka maja dane elementy oraz indukcyjności cewki.

14. Napisz równanie drgań tłumionych dla prostego obwodu RLC.(objaśnij użyte symbole).

R- rezystancja całego obwodu

L- energia zgromadzona w cewce

q - ładunek elektryczny

C - energia zgromadzona w kondensatorze

t- czas….

15. Podaj warunki kiedy w obwodzie drgań wymuszonych RLC dochodzi do rezonansu.

Rezonans występuje wtedy gdy częstość drgań siły wymuszającej równa jest częstości drgań „własnych” układu.

16. W jakich warunkach w obwodzie drgań wymuszonych RLC prąd „wyprzedza” napięcie na oporniku R. Kiedy napięcie „wyprzedza” prąd? Kiedy prąd i napięcie są ze sobą w fazie?

X_L- reaktancja (opór)indukcyjna

X_C- reaktancja (opór)pojemnościowa

φ- kąt po między napięciem i prądem

Fale elektromagnetyczne

17. Podaj sposoby emitowana fali elektromagnetycznej?

1. Emitowana jest przez obiekty o rozmiarach atomów

2. Emitowane przez obwody drgające LC

18. Co „drga” gdy rozchodzi się fala elektromagnetyczna? Jaka jest relacja pomiędzy wektorami B i E (pola magnetycznego i elektrycznego)?

Gdy rozchodzi się fala elektromagnetyczna drgają pola fali (elektryczne i magnetyczne), ponieważ ich natężenia zmieniają się sinusoidalnie.

Relacja pomiędzy wektorami B i E :

• Są do siebie prostopadłe

• Drgają prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali

19. Jeśli fala elektromagnetyczna rozchodzi się w próżni to jej prędkość wynosi 0,3*10^-6km/s (określ tą prędkość na podstawie znanych stałych fizycznych)

Czy prędkość światła w próżni jest stała niezależnie od częstotliwości?

Tak prędkość światłą w próżni jest stała czyli niezależna od częstotliwości.

Wynika to z równań Maxwella

20. Jaka jest zależność między częstotliwością fali a długością fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w próżni?

Czym większa jest częstotliwość to długość fali jest mniejsza (oto wzór
, gdzie l długość fali, c prędkość światła, a n częstotliwość). Częstotliwość dla danej fali jest stała i niezależna od ośrodka. Natomiast długość fali zmienia się, bowiem prędkość fali zależy od rodzaju ośrodka.

21. Wektor Pointing'a wskazuje kierunek rozchodzenia się fali. Zdefiniuj go. Ma on też inny sens fizyczny. Jaki?

Wektor Poyntinga - wektor określający strumień energii przenoszonej przez pole elektromagnetyczne.

E- natężenie pola elektrycznego,

B- natężenie pola magnetycznego

Przenosi energię :P

Inny sens Wektor Pointing'a to określenie gęstości energii padającej na powierzchnie.

22. W którym polu (elektrycznym czy magnetycznym) przenoszona jest energia w fali elektromagnetycznej?

W obu !!! i przenoszą tyle samo energii

23. Intensywność promieniowania elektromagnetycznego (energii) jest proporcjonalna do kwadratu jakiej

wielkości w ujęciu fizyki klasycznej?

Po uwzględnieniu związku między wartościami E i B dla fali elektromagnetycznej
, otrzymujemy wzór na gęstość energii fali:

24. Co to znaczy, że fala jest spolaryzowana liniowo? Co to znaczy, że fala jest nie-spolaryzowana?

Fala spolaryzowana liniowo oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach.

25. W jaki sposób polaryzatory (polaroidy) polaryzują falę niespolaryzowaną? Czy znasz jeszcze inny sposób polaryzacji fali (było na wykładzie)?

Polaryzator „przepuszcza” tylko jedną składową wektora natężenia pola E

Z padającego światła naturalnego niespolaryzowanego przepuszcza fale elektromagnetyczne, których wektor elektryczny leży w określonym przez polaryzator kierunku, tworząc światło spolaryzowane. Z padającego światła spolaryzowanego przepuszcza składową w kierunku polaryzacji a nie przepuszcza składowej prostopadłej do kierunku polaryzacji

• selektywną emisję - źródło fali wykonuje drgania w jednym kierunku,

• selektywne pochłanianie - ośrodek przez który przechodzi fala pochłania falę o jednym kierunku polaryzacji, a przepuszcza o przeciwnej,

• pojedyncze rozproszenie - rozproszenie w kierunku prostopadłym tworzy falę spolaryzowaną,

• odbicie od ośrodka przeźroczystego,

• dwójłomność (podwójne załamanie).

26. Jak definiuje się współczynnik załamania dla danego materiału - ośrodka?

Dokładniej jest on równy stosunkowi prędkości fazowej fali w ośrodku odniesienia do prędkości fazowej fali w danym ośrodku

Gdzie:V₁ - prędkość fali w ośrodku, w którym fala rozchodzi się na początku,

V₂ - prędkość fali w ośrodku, w którym rozchodzi się po załamaniu.

27. Czy prędkość światła o danej długości fali zależy od ośrodka w którym się rozchodzi?

Tak, ponieważ prędkość światło w innych ośrodkach niż próżnia jest mniejsza, co wynika z równań Maxwella, i zależy od względnej przenikalności elektrycznej ε i magnetycznej μ ośrodka.

28. W jakich warunkach może dojść do całkowitego odbicia fali e.-m. na granicy dwóch ośrodków?

Kąt odbicia = kąt padania

29. Na czym polega dyspersja chromatyczna światła? Współczynnik załamania n jest większy dla fal krótkich czy długich?

Dyspersja chromatyczna spowodowana jest zależnościa prędkości grupowej (współczynnika załamania) od długości fali propagującej się we włóknie. W rezultacie różne skaładowe spektralne emitowane przez źródło propagują się doznając zróżnicowanych opóźnień. W końcowym efekcie obserwujwmy poszerzenie obwiedni transmitowanych impulsów.

Większy dla krótszych fal

30. Sformułuj zasady Fermata i Huygensa rozchodzenia się fal

Huygensa

Wszystkie punkty czoła fali można uważać za źródła nowych fal kulistych Położenie czoła fali po czasie t będzie dane

Przez powierzchnię styczną do tych fal kulistych.

Fermata

światło biegnie z punktu A do B po najkrótszej drodze. Wynika z niej prawo załamania i odbicia światła oraz prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła w jednorodnym ośrodku. Symbolicznie zasada Fermata zapisywana jest następująco:

gdzie: n - współczynnik załamania światła, ds jest elementarnym przesunięciem wzdłuż toru promienia,
oznacza wariację tego toru.

---