fizayka teoria, Politechnika Slaska, studia zaoczne, rybnik, wydzial gornictwo i geologia, semestr II, fizyka


  1. Wielkości fizyczne i ich podział.

Wielkością fizyczną nazywamy pewną cechę materii , dla której ustalono sposób pomiaru.

Wielkości fizyczne dzielimy na wielkości podstawowe i pochodne. Wielkości podstawowe to te, które definiowane są wyłącznie przez określenie sposobu ich pomiaru. Wielkości pochodne to te, które definiuje się przez podanie ich związku z wielkościami podstawowymi.

  1. Ruch prostoliniowy definicje prędkości i przyspieszenia.

Ruch jednostajny prostoliniowy - ruch ze stałą prędkością i w stałym kierunku, którego torem jest linia prosta.

Prędkość: wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę wektora położenia w jednostce czasu.

skalarna wielkość oznaczająca przebytą drogę w jednostce czasu lub tylko wartość prędkości zwana przez niektórych szybkością.

Jednostka prędkości w układzie SI to metr na sekundę.

Przyspieszenie - wektorowa wielkość fizyczna wyrażająca zmianę prędkości w czasie. Przyspieszenie definiuje się jako pochodną prędkości po czasie (jest to miara zmienności prędkości). Jeśli przyspieszenie jest skierowane przeciwnie do zwrotu prędkości ruchu, to prędkość w tym ruchu maleje a przyspieszenie jest nazywane opóźnieniem.

  1. Ruch krzywoliniowy przyspieszenie dośrodkowe i styczne.

Ruch jednostajny krzywoliniowy - ruch odbywający się ze stałą wartością prędkości liniowej po dowolnej krzywej. Szczególnym przypadkiem ruchu jednostajnego krzywoliniowego jest ruch jednostajny po okręgu.

Przyspieszenie dośrodkowe (normalne) to przyspieszenie, którego doznaje ciało na skutek działania siły lub jej składowej prostopadłej do wektora prędkości ciała. W wyniku przyspieszenia normalnego ciało nie zmienia wartości prędkości lecz zmienia kierunek prędkości.

Przyspieszenie styczne: Jest to składowa przyspieszenia styczna do toru ruchu, wpływająca na wartość prędkości. Stosując oznaczenie v dla wartości prędkości chwilowej i oznaczenie s dla drogi pokonanej przez ciało, przyspieszenie styczne aτ określają wzory:

0x01 graphic

  1. Ruch obrotowy prędkość i przyspieszenie kątowe.

Ruch obrotowy to taki ruch, w którym wszystkie punkty bryły sztywnej poruszają się po okręgach o środkach leżących na jednej prostej zwanej osią obrotu. Np. ruch Ziemi wokół własnej osi. Jest to ruch złożony z ruchu postępowego środka masy danego ciała oraz ruchu obrotowego względem pewnej osi. Środek masy ciała można uważać za punkt materialny. Do opisania ruchu obrotowego używa się odmiennych pojęć od używanych do opisania ruchu postępowego.

Prędkość kątowa w fizyce - wielkość opisująca ruch obrotowy (np. ruch po okręgu). Jest wektorem (pseudowektorem) leżącym na osi obrotu i skierowanym zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej.

0x01 graphic

Przyspieszenie kątowe: Występuje w ruchu obrotowym - jest wektorem leżącym na osi obrotu i skierowanym zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej. Jeśli współrzędną kątową ciała określa kąt α, a wartość prędkości kątowej oznaczymy jako ω, to wartość przyspieszenia kątowego ε wynosi:

0x01 graphic
Jednostka przyspieszenia kątowego w układzie SI to jeden radian przez sekundę do kwadratu.

  1. Definicja bryły sztywnej i momentu bezwładności.

Bryła sztywna: określamy ją jako zbiór wielkiej liczby punktów materialnych znajdujących się w określonych, nie zmieniających się odległościach wzajemnych.

Moment bezwładności to miara bezwładności ciała w ruchu obrotowym względem określonej, ustalonej osi obrotu. Im większy moment, tym trudniej zmienić ruch obrotowy ciała, np. rozkręcić dane ciało lub zmniejszyć jego prędkość kątową.

  1. Zasady dynamiki dla ruchu postępowego bryły sztywnej.

Ruch postępowy bryły sztywnej jest to taki ruch, w którym każdy z punktów bryły porusza się po takim samym torze w tym samym czasie. Tor ten może mieć dowolny kształt (nie musi być prostoliniowy). W ruchu postępowym wszystkie punkty bryły poruszają się w danym momencie z jednakowymi prędkościami i przyspieszeniami. Tory ruchu dla wszystkich punktów są w tym ruchu takie same. Rezultatem ruchu postępowego bryły sztywnej po dowolnym ustalonym czasie t jest przesunięcie równoległe bryły (translacja), co oznacza, że po tym czasie każdy punkt bryły zostaje przesunięty o ten sam wektor. Poza ruchem postępowym bryła może wykonywać ruch obrotowy wokół osi stałej lub chwilowej. Dowolny ruch bryły sztywnej jest można opisać jako złożenie (superpozycję) ruchu postępowego i obrotowego.

  1. Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego bryły sztywnej.

Druga zasada dynamiki ruchu obrotowego - sformułowanie II zasady dynamiki dla ruchu obrotowego bryły sztywnej wokół stałej (nie obracającej się w przestrzeni) osi. Dotyczy np. sytuacji, gdy oś obrotu jest wymuszona przez zewnętrzne więzy. Mówi ona, że jeśli na pewne ciało, o momencie bezwładności względem tej osi równym I, działają zewnętrzne siły, które wywierają na to ciało wypadkowy moment siły M, to w wyniku tego ciało będzie obracać się z przyspieszeniem kątowym takim, że: 0x01 graphic
Moment siły M i przyspieszenie kątowe ε są wektorami osiowymi (pseudowektorami) a ich kierunek i zwrot są takie same. Granicznym przypadkiem drugiej zasady dynamiki dla ruchu obrotowego jest sytuacja, gdy wypadkowy moment sił działających na ciało równy jest 0 (pierwsza zasada dynamiki dla ruchu obrotowego). Ze wzoru wynika, że wówczas przyspieszenie kątowe również będzie równe 0 a bryła obracać się będzie ze stałą prędkością kątową.

  1. Prawo zachowania pędu, podać przykłady.

Pęd zamkniętego układu ciał jest wielkością stałą niezależną od procesów zachodzących w tym układzie.

Przykład: Przejawem działania tej zasady jest zjawisko odrzutu, polegające na tym, że przy rozpadzie ciała na dwie części obie otrzymują pędy jednakowe co do wartości bezwzględnej, lecz przeciwnie skierowane względem układu odniesienia, w którym ciało przed rozpadem pozostawało w spoczynku.

  1. Prawo zachowania momentu pędu, podać przykłady.

Zasada zachowania momentu pędu mówi, że dla dowolnego izolowanego układu punktów materialnych całkowita suma ich momentów pędu jest stała. Jedną z bardziej widowiskowych konsekwencji istnienia tej zasady są znaczne prędkości kątowe gwiazd neutronowych, dochodzące do kilkuset obrotów na minutę (pulsary milisekundowe). Zasada zachowania momentu pędu wynika z niezmienności hamiltonianu względem obrotów w przestrzeni. Zasada ta również mówi, że prędkość zmiany momentu pędu układu jest równa sumie momentów sił zewnętrznych działających na punkty układu.

Przykłady: działanie żyroskopu ( jednorodna, symetryczna bryła wirująca dookoła osi symetrii utrzymuje swą płaszczyznę obrotu, gdy nie działają na nią żadne zewnętrzne momenty sił), koła zamachowe, „sztuczny horyzont” (urządzenie nawigacyjne w lotnictwie)

  1. Prawo zachowania energii, podać przykłady.

Zasada zachowania energii
W układzie odosobnionym od zewnętrznego otoczenia w ten sposób, że energia w żadnej postaci nie przenika do niego z zewnątrz ani nie uchodzi z niego na zewnątrz, całkowita wartość energii pozostaje niezmienna: mogą w nim tylko zachodzić przemiany energetyczne jednej postaci energii w inną.
Szczególnym przypadkiem powyższej zasady jest zasada zachowania energii mechanicznej. Rozważmy przykład piłki o masie m zawieszonej na wysokości h. Posiada ona energię potencjalną Ep = mgh, jednak kiedy zacznie spadać nabiera z każdą sekundą prędkości, przez co zwiększa się jej energia kinetyczna, natomiast ponieważ zmniejsza się wysokość, zminiejsza się energia potencjalna. Wszelkie opory ruchu pomijamy. Jasno widać z tego przykładu, że energia potencjalna przechodzi w energię kinetyczną. Dzięki zasadzie zachowania energii wiemy, że w dowolnym momencie ruchu tej piłki energia całkowita jest równa sumie energii potencjalnej i kinetycznej:
Ec = Ep + Ek

  1. Prawo powszechnej grawitacji.

Miedzy dowolnymi dwoma punktami materialnymi działa siła wzajemnego przyciągania wprost proporcjonalna do iloczynu mas tych punktów i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

  1. Natężenie pola grawitacyjnego.

Natężenie pola grawitacyjnego - wektorowa wielkość fizyczna charakteryzująca pole grawitacyjne. Równa jest sile, z jaką dane pole grawitacyjne działa na jednostkową masę. Inaczej mówiąc natężenie pola grawitacyjnego można obliczyć dzieląc siłę grawitacyjną działającą na pewne ciało przez masę tego ciała.

  1. Energia potencjalna i potencjał pola grawitacyjnego.

Energia potencjalna - energia jaką ma układ ciał umieszczony w polu sił zachowawczych[1], wynikająca z rozmieszczenia tych ciał. Równa jest pracy, jaką trzeba wykonać, aby uzyskać dane rozmieszczenia ciał, wychodząc od innego rozmieszczenia, dla którego umownie przyjmuje się jej wartość równą zero.[2]. Podobnie jak pracę, energię potencjalną mierzy się w dżulach [J].

Potencjałem pola grawitacyjnego w danym punkcie nazywamy stosunek energii potencjalnej, jaką ma w tym punkcie umieszczone tam ciała, do masy tego ciała. 0x01 graphic
Gdy pole grawitacyjne powstaje z nałożenia się dwu lub większej liczby pól grawitacyjnych, to potencjał w każdym punkcie jest algebraiczną sumą potencjałów tych pól. Oznacza to iż pole grawitacyjne można opisać podając rozkład wektora natężenia pola lub rozkład potencjału. 0x01 graphic

  1. Masa ciężka i masa bezwładna.

Masa ciężka (grawitacyjna) to własność fizyczna ciała objawiająca się w oddziaływaniach grawitacyjnych. Wielkość ta pochodzi z prawa powszechnego ciążenia: F = G\frac{m_1 m_2}{r^2}.
Równość (nierozróżnialność) masy ciężkiej (grawitacyjnej) i masy bezwładnej jest podstawą ogólnej teorii względności.

ten wzór w sposób bardziej zrozumiały wygląda tak: F = G x (m1 x m2)/r^2

Masa bezwładna [edytuj]
Jest miarą bezwładności ciała, to znaczy miarą zmiany prędkości ciała wywołanej działaniem na nie siły. Według drugiej zasady dynamiki zachodzi równość: 0x01 graphic

  1. Założenia szczególnej teorii względności (STW).

- prędkość światła jest najszybszą prędkością we wszechświecie

- następuje dylatacja czasu

- przyrost masy

- skrócenie długości

Teoria względności dotyczy wszystkich inercjalnych układów odniesienia (czyli układów poruszających się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem innego układu inercjalnego) i opiera się na dwóch podstawowych postulatach.

POSTULATY STW.

Prędkość światła jest taka sama dla wszystkich obserwatorów, niezależnie od wykonywanych przez nich ruchów.

Obserwowane prawa są takie same dla wszystkich obserwatorów inercjalnych.

  1. Skrócenie Lorentza- Fitzgeralda i dylatacja czasu.

Skrócenie Lorentza-Fitzgeralda [edytuj]

Istotna dla nas dwuwymiarowa czasoprzestrzeń z perspektywy układu Bx',t' w porównaniu z układem Ax,t jest opisana następującymi równaniami: 0x01 graphic
i 0x01 graphic
Przez długość rozumiemy odległość dwóch punktów x'1, x'2 na osi OX' w tej samej chwili t' (ponieważ mierzone ciało jest częścią A, więc z perspektywy B jest w ruchu wzdłuż OX', stąd konieczność zagwarantowania względnie jednoczesnego pomiaru). Najpierw wyrazimy x' za pomocą t': 0x01 graphic
; 0x01 graphic
; 0x01 graphic
; 0x01 graphic
Obliczmy długość L' (zał. t'1 = t'2): 0x01 graphic
Ponieważ γ > 1, więc ciało o długości spoczynkowej L zmierzonej w układzie A jest z perspektywy układu B krótsze, co potwierdza relatywistyczną kontrakcję.

Czas własny układu mierzy się poprzez zdarzenia zachodzące w tym samym punkcie przestrzeni x (np. przy pomocy zegara świetlnego; zegar świetlny mierzy wędrówkę promienia, prostopadłego do dwóch ustawionych naprzeciw siebie luster). A zatem układ Ax,t mierzy swój czas własny przy założeniu Δx=0. Przy przejściu do układu B zachowujemy to Δx=0, gdyż chodzi o te same zdarzenia. Na podstawie transformacji Lorentza mamy: 0x01 graphic
co jest wzorem na dylatację czasu (γ > 1).

  1. Pojęcie pędu w STW.

W mechanice relatywistycznej pęd swobodnej cząstki o masie spoczynkowej m poruszającej się z prędkością v określony jest wzorem 0x01 graphic
m(v) nazywamy masą relatywistyczną. Między pędem i energią cząstki istnieje zależność: 0x01 graphic
Stąd pęd ciała poruszającego się z prędkością relatywistyczną można wyrazić wzorem 0x01 graphic

  1. Interwał czasoprzestrzenny a jednoczesność zjawisk.

  2. Energia całkowita, spoczynkowa i kinetyczna w STW.

Prawdopodobnie najsłynniejszą implikacją szczególnej teorii względności jest wniosek, że energia i masa, które jak wcześniej uważano, są całkowicie odseparowanymi od siebie wielkościami, są w pewnym sensie tożsame, gdyż można je przekształcać jedne w drugie zgodnie ze słynnym równaniem: 0x01 graphic
gdzie E jest energią ciała w spoczynku, m0 jest jego masą spoczynkową, a c to prędkość światła w próżni. Jeśli ciało porusza się z prędkością v w stosunku do obserwatora to całkowita jego energia wynosi: 0x01 graphic
gdzie 0x01 graphic
(Czynnik γ pojawia się często w teorii względności, i pochodzi jeszcze z teorii eteru Lorentza), zwany jest czynnikiem Lorentza, m(v)=γm jest masą relatywistyczną. Gdy v jest dużo mniejsze od c równanie można uprościć do: 0x01 graphic
i przyjmując, że pierwszy człon (mc2), odpowiada energii wewnętrznej ciała, dochodzi się do "zwykłego" równania na całkowitą energię ciała w ruchu. Drugi człon jest równy, "normalnej" energii kinetycznej wynikającej z newtonowskiej mechaniki klasycznej. Przejście to wynika z rozwinięcia czynnika γ w szereg Maclaurina w otoczeniu punktu v = 0.

  1. Zależność między energią całkowitą a pędem w STW.

wynika relatywistyczna zależność między energią i pędem

  1. 0x08 graphic
    Założenia kinetyczno-molekularnej teorii budowy materii.

Założenia teorii kinetyczno -molekularnej budowy materii.

a) ciała mają budowę nieciągłą , składają się z drobnych elementów w postaci atomów lub cząstek (molekuł).

b) wymienione elementy budowy ciał są w ciągłym ruchu . Wartości liczbowe i kierunki prędkości poszczególnych elementów są różne .

c) pomiędzy poszczególnymi elementami budowy ciał występują siły wzajemnego oddziaływania .

  1. Zasada ekwipartycji energii i definicja temperatury bezwzględnej.

Zasada ekwipartycji energii - zasada termodynamiczna mówiąca (w oparciu o mechanikę statystyczną i przy założeniu obowiązywania mechaniki Newtona), że dostępna energia jaką dysponuje cząsteczka (np. gazu) rozkłada się "po równo" na wszelkie możliwe sposoby jej wykorzystania (tzw. stopnie swobody). Niezależnie od tego czy jest to stopień swobody związany z energią obrotu, ruchu postępowego czy związany z drganiami cząstek. Zgodnie z prawem średnia energia cząstki (energia o charakterze wewnętrznym - nie związana z ruchem całego układu) wynosi: 0x01 graphic

Temperatura bezwzględna - jest wielkością proporcjonalną do średniej energii kinetycznej cząsteczek gazu. Zero bezwzględne odpowiada temperaturze, w której zamiera bezładny rych cząsteczek gazu. Ponieważ energia kinetyczna jest wielkością nieujemną, więc w skali bezwzględnej Kelwina nie mogą istnieć temperatury mniejsze od zera.

  1. Pierwsza Zasada termodynamiki.

Pierwsza zasada termodynamiki - jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego[1].

Dla układu zamkniętego zasadę można sformułować w postaci:

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy. 0x01 graphic
.

  1. Definicje molowego ciepła właściwego gazu doskonałego przy stałym ciśnieniu i stałej objętości oraz zależność między nimi.

Gaz doskonały - zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki:

brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek

objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu

zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste

cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu

Założenia te wyjaśniły podstawowe właściwości gazów. Po odkryciu własności cząstek w mechanice kwantowej, zastosowano te założenia też do cząstek kwantowych. Powyższe założenia prowadzą do następujących modeli:

Klasyczny gaz doskonały,

Gaz Fermiego, będący zastosowaniem modelu do fermionów, np. elektronów w metalu

Gaz bozonów, będący zastosowaniem modelu do bozonów, np. fotonów.

Klasyczny gaz doskonały [edytuj]

Gaz taki w mechanice klasycznej opisuje równanie Clapeyrona (równanie stanu gazu doskonałego), przedstawiające zależność między ciśnieniem gazu (p), jego objętością (V), temperaturą (T) i licznością (n) wyrażoną w molach: 0x01 graphic
gdzie R jest stałą gazową lub 0x01 graphic
gdzie k jest stałą Boltzmanna.

Inne związki dla gazu doskonałego [edytuj]

zależność między pojemnościami cieplnymi 0x01 graphic
wartość pojemności cieplnej przy stałej objętości 0x01 graphic
.

  1. Ciepło właściwe ciał stałych.

0x01 graphic

  1. Druga zasada termodynamiki i sprawność silnika cieplnego.

Druga zasada termodynamiki stwierdza, że w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu zwana entropią S, której zmiana ΔS w procesie adiabatycznym spełnia nierówność 0x01 graphic
przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy proces jest odwracalny.

W uproszczeniu można to wyrazić też tak:

"W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje"

Uwaga!

W wielu opracowaniach pojawia się błąd, polegający na stwierdzeniu, że druga zasada termodynamiki zapewnia formie ciepła istnienie czynnika całkującego. Jest to tylko część treści tej zasady. Najlepiej się o tym przekonać wybierając prosty układ opisany dwoma parametrami. Z matematyki wiadomo, że w takim układzie (dwuwymiarowa przestrzeń stanów), każda forma liniowa ma czynnik całkujący! A zatem tak rozumiana zasada termodynamiki nic by nie wnosiła do takich układów[1].

Sprawność silnika odnosi się do ilości pracy użytecznej jaką możemy uzyskać z określonej ilości dostarczonego ciepła.

Z praw termodynamiki mamy: 0x01 graphic
gdzie

dW = − PdV jest pracą odbieraną od silnika. (Jest to wielkość ujemna, kiedy praca jest wykonana przez silnik)

dQh = ThdSh jest ciepłem pobranym z górnego źródła ciepła, stąd ( − dQh) jest dodatnie.

dQc = TcdSc jest ciepłem oddanym do chłodnicy. (Jest to wielkość dodatnia jeśli ciepło jest przekazywane do chłodnicy)

Innymi słowy, silnik cieplny pobiera ciepło ze zbiornika ciepła o wysokiej temperaturze, przekształca jego część w użyteczną pracę, a resztę oddaje do chłodnicy.

Ogólnie, sprawność danego procesu przepływu ciepła (niezależnie, czy będzie to chłodziarka, pompa ciepła lub silnik) jest definiowana nieformalnie jako "to co otrzymujesz" do tego "co dostarczasz".

  1. Cykl Carnota.

Cykl Carnota - obieg termodynamiczny, złożony z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który może wykonywać pracę i nad którym można wykonać pracę, np. gaz w naczyniu z tłokiem, a także dwa nieograniczone źródła ciepła, jedno jako źródło ciepła (o temperaturze T1) - górne źródło ciepła obiegu, a drugie jako chłodnica (o temperaturze T2) - dolne źródło ciepła obiegu.

  1. Definicje natężenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej.

Natężenie pola elektrycznego - wektorowa wielkość fizyczna opisująca pole elektryczne.

Natężenie pola elektrycznego jest równe sile działającej na jednostkowy dodatni ładunek próbny, co matematycznie wyraża się jako stosunek siły F, z jaką pole elektrostatyczne działa na ładunek elektryczny, do wartości q tego ładunku. 0x01 graphic

Indukcja magnetyczna w fizyce wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne. Jest ona określana przez siłę Lorentza, czyli siłę działającą na ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym: 0x01 graphic
gdzie F jest siłą działającą na ładunek q, poruszający się z prędkością w polu o indukcji magnetycznej .

Jednostką indukcji magnetycznej jest jedna tesla (1 T).

  1. Siła Lorentza.

Siła Lorentza — siła jaka działa na cząstkę obdarzoną ładunkiem elektrycznym poruszającą się w polu elektromagnetycznym. Wzór podany został po raz pierwszy przez Lorentza i dlatego nazwano go jego imieniem.

Wzór określa, jak siła działająca na ładunek zależy od pola elektrycznego i pola magnetycznego (składników pola elektromagnetycznego): 0x01 graphic

  1. Prawo Gaussa dla pola elektrycznego i magnetycznego.

Prawo Gaussa dla elektryczności w fizyce, zwane również twierdzeniem Gaussa, to prawo wiążące pole elektryczne z jego źródłem, czyli ładunkiem elektrycznym. Natężenie pola elektrycznego jest polem wektorowym i spełnia twierdzenie Gaussa-Ostrogradskiego:

Strumień natężenia pola elektrycznego, przenikający przez dowolną powierzchnię zamkniętą w jednorodnym środowisku o bezwzględnej przenikalności dielektrycznej ε, jest równy stosunkowi całkowitego ładunku znajdującego się wewnątrz tej powierzchni do wartości tejże przenikalności.

Odpowiednik dla magnetyzmu ]

Całkowity strumień magnetyczny przechodzący przez powierzchnię zamkniętą równa się zeru. Fakt ten wynika stąd, iż pole magnetyczne jest bezźródłowe - nie istnieją ładunki magnetyczne, dywergencja pola jest wszędzie równa zero. 0x01 graphic

31.Natężenie prądu i prawo Ohma.

Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Definicję tę zapisujemy formalnie jako pochodną ładunku po czasie:

0x08 graphic

Gdzie: (jednostki w układzie SI)

dq - zmiana ładunku równoważna przepływającemu ładunkowi (kulomb),

dt - czas przepływu ładunku (sekunda),

I - natężenie prądu elektrycznego (amper).

Natężenie prądu oznaczamy literą I, a czasami literą i.

Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego U) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.

0x08 graphic
32.Prawo Ampera.

Wartość całki okrężnej wektora indukcji magnetycznej, wytworzonego przez stały prąd elektryczny w przewodniku wzdłuż linii zamkniętej otaczającej prąd, jest równa sumie algebraicznej natężeń prądów przepływających (strumieniowi gęstości prądu) przez dowolną powierzchnię objętą przez tę linię.

Co dla próżni można wyrazić wzorem:

0x08 graphic
W substancjach mogą występować prądy wewnętrzne zmieniające pole magnetyczne. Prądy te nazywane są prądami magnesującymi. Powyższy wzór jest prawdziwy tylko po uwzględnieniu prądów wewnętrznych. Dla substancji w dowolnym ośrodku uwzględniając tylko prądy wewnętrzne prawo formułuje się z użyciem natężenia pola magnetycznego:

0x08 graphic
0x08 graphic
- całka krzywoliniowa po linii zamkniętej C.

0x08 graphic
- natężenie pola magnetycznego w amperach na metr,

0x08 graphic
- niewielki element linii całkowania C,

0x08 graphic
- gęstość prądu (w amperach na metr kwadratowy) przepływającego przez element da powierzchni S zamkniętej przez krzywą C

0x08 graphic
- wektor powierzchni da, elementu powierzchni S

0x08 graphic
- prąd objęty krzywą C,

0x08 graphic
- przenikalność magnetyczna próżni (w henrach na metr),

33.Prawo Faradaya.

W zamkniętym obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym, pojawia się siła elektromotoryczna indukcji równa prędkości zmian strumienia indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie. Prawo to można wyrazić wzorem

0x08 graphic

gdzie

ΦB - strumień indukcji magnetycznej,

0x08 graphic

- szybkość zmiany strumienia indukcji magnetycznej,

B - indukcja magnetyczna.

34.Dualizm korpuskularno-falowy.

Dualizm korpuskularno-falowy - cecha wielu obiektów fizycznych (np. światła czy elektronów) polegająca na tym, że w pewnych sytuacjach zachowują się one, jakby były cząstkami (korpuskułami), a w innych sytuacjach, jakby były falami.

Wg mechaniki kwantowej właściwie całą materię charakteryzuje ten dualizm. Każdej cząstce, a nawet każdemu obiektowi makroskopowemu można przypisać charakterystyczną dla niego funkcję falową, wynikającą z probabilistycznej natury materii. Z drugiej strony każde oddziaływanie falowe można opisać w kategoriach cząstek.

Dualizm korpuskularno-falowy jest ściśle związany z falami de Broglie'a. Równanie:

0x08 graphic

łączy wielkości falowe (długość fali λ) z korpuskularnymi (pęd p)

35.Postulaty Bohra, budowa atomu wodoru.

Bohr, budując swój model atomu, przyjął dwa postulaty, bez których model ten nie byłby zgodny z doświadczeniem. Postulaty te miały w istocie charakter kwantowy, ale były wprowadzone ad hoc.

0x08 graphic

gdzie

n = 1,2,3...,

0x08 graphic
- stała Plancka podzielona przez 2π.

0x08 graphic

gdzie

E2 i E1 - energie elektronu, odpowiednio, końcowa i początkowa,

h - stała Plancka,

ν - częstotliwość fotonu.

Model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernesta Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".

36.Promieniowanie ciała doskonale czarnego.

Ciało doskonale czarne - pojęcie stosowane w fizyce dla określenia ciała pochłaniającego całkowicie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania. Współczynnik pochłaniania dla takiego ciała jest równy jedności dla dowolnej długości fali.

można jeszcze dodać, że zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego będącego w równowadze termodynamicznej zależy wyłącznie od jego temperatury.

37.Widma liniowe i pasmowe

Widmo liniowe lub dyskretne - widmo emisyjne składające się z oddzielnych linii widmowych. Widmo takie jest typowe dla nieoddziałujących ze sobą atomów, czyli pierwiastków w stanie gazowym, jeżeli gaz ten pozostaje pod niezbyt dużym ciśnieniem. Dlatego widmo tego typu nazywane jest również widmem atomowym. Układ linii widmowych zależy od układu poziomów energetycznych elektronów w atomie, który jest różny dla atomów różnych pierwiastków. Z tego powodu również układ linii widmowych jest niepowtarzalny i charakterystyczny dla danego pierwiastka. Dzięki temu analiza widmowa światła pochodzącego nawet z bardzo odległych źródeł pozwala na identyfikację pierwiastków wchodzących w skład świecącego gazu.

Widmo pasmowe - widmo absorpcyjne lub widmo emisyjne rejestrowane w zakresie światła widzialnego, niezbyt dalekiego nadfioletu lub bliskiej podczerwieni dla swobodnych cząsteczek (znajdujących się w fazie gazowej). Widmo pasmowe powstaje w wyniku przejść między elektronowo-oscylacyjno-rotacyjnymi poziomami energetycznymi cząsteczek. W przeciwieństwie do widma liniowego atomów, składającego się z dobrze rozseparowanych pojedynczych linii widmowych wynikających z przejść między poziomami elektronowymi, w widmie pasmowym zaobserwować można bogatą strukturę oscylacyjno-rotacyjną.

38.Widma emisyjne i absorpcyjne

Widmo absorpcyjne - widmo, które powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez chłonny ośrodek absorbujący promieniowanie o określonych długościach. Można zarejestrować przy użyciu metod spektroskopii. Graficznie ma postać widma ciągłego z ciemnymi liniami (dla gazowych pierwiastków). Występowanie widma absorpcyjnego jest spowodowane pochłanianiem przez substancję fotonów tylko o określonych długościach fali - takich które mogą spowodować wzbudzenie atomu lub cząsteczki do stanu dopuszczanego przez prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotyczą zarówno elektronów jak i oscylacji i rotacji całych cząstek. Obrazem widma absorpcyjnego związku chemicznego są pasma o strukturze liniowej lub ciągłej z silniej lub słabiej zaznaczonymi ekstremami.

Widmo emisyjne - widmo spektroskopowe, które jest obrazem promieniowania elektromagnetycznego, wysyłanego przez ciało.

Widmo emisyjne powstaje, gdy obdarzone ładunkiem elektrycznym elektrony, atomy, cząstki lub fragmenty cząsteczek tworzących dane ciało, będąc wzbudzonymi przechodzą ze stanu o wyższej do stanu o niższej energii. Przejściu temu towarzyszy emisja kwantu promieniowania elektromagnetycznego o energii równej różnicy energii poziomów, między którymi przeszła cząstka.

Widma emisyjne charakteryzują się:

39.Wymuszona emisja promieniowania

W optyce emisja wymuszona (stymulowana, indukowana) to proces emisji fotonów przez materię w wyniku oddziaływania z innym fotonem. Warunkiem do tego, aby emisja wymuszona nastąpiła, jest równość energii fotonu z energią wzbudzenia atomu. Foton inicjujący emisję nie jest pochłaniany przez materię - pełni tylko rolę wyzwalającą proces. Foton emitowany przez atom ma częstotliwość (a więc również energię), fazę i polaryzację taką samą jak foton wywołujący emisję. Kierunek ruchu obu fotonów również jest ten sam. Światło złożone z takich identycznych fotonów nazywa się światłem spójnym. Zjawisko to jest podstawą działania laserów.

40.Zasada działania lasera

Laser jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego. Od klasycznego źródła światła różni się on zasadą działania i wynikającymi z niej właściwościami emitowanego promieniowania.

Nazwa LASER jest akronimem zdania w języku angielskim: Light Amplification by Stimulation Emision of Radiation, czyli wzmocnienie światła wskutek zjawiska emisji wymuszonej. Emisja wymuszona jest jednym z trzech procesów oddziaływania światła z materią, w wyniku których zmienia się stan kwantowy atomu, jonu czy cząsteczki. Dwa pozostałe procesy to absorpcja i emisja spontaniczna. Wszystkie te procesy są schematycznie przedstawione na rys. 1.

0x08 graphic
Rys.1 Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią, reprezentowaną przez atom dwupoziomowy: a) absorpcja promieniowania, b) emisja spontaniczna i c) emisja wymuszona.

W wyniku absorpcji fotonu (rys.1a) o częstości ν spełniającej równanie

E2-E1=hν

w którym E2 oznacza energię stanu wzbudzonego atomu, E1 - energię jego stanu podstawowego, a h - stałą Plancka, atom przechodzi ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. W procesie emisji spontanicznej (rys.1b) atom emituje foton o częstości ν spełniającej równanie (1) i przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. W procesie emisji wymuszonej (rys.1c) foton o częstości ν spełniającej równanie (1) nie ulega absorpcji (atom już jest w stanie wzbudzonym), lecz wymusza emisję fotonu. Wymuszony foton jest spójny z fotonem wymuszającym. Oznacza to, że mają one tę samą częstość, fazę i kierunek rozchodzenia się. W wyniku emisji wymuszonej atom przechodzi do stanu podstawowego.

Laser składa się z trzech zasadniczych elementów, którymi są:

1) Ośrodek aktywny, czyli zespół atomów, jonów czy cząsteczek.

2) Rezonator, czyli układ optyczny, który sprzęga promieniowanie charakterystyczne dla danego ośrodka z tym ośrodkiem. W najprostszym przypadku rezonator stanowią 2 płaskie, doskonale odbijające zwierciadła, które są ustawione idealnie równolegle do siebie w odległości0x01 graphic
, (n jest liczbą całkowitą, λ jest długością fali światła laserowego) umożliwiającej powstanie w nim fal stojących. Częstości tych fal są częstościami modów podłużnych lasera. Liczba modów zależy od szerokości dopplerowskiej 0x01 graphic
linii widmowej, dla której zachodzi przejście laserowe w ośrodku aktywnym. Odległość w skali częstości między sąsiednimi modami wynosi 0x01 graphic
, gdzie c jest prędkością światła w próżni. Zatem wzmocnieniu mogą ulec tylko te mody (drgania o określonej częstości), które mieszczą się w profilu linii emisyjnej - jest ich tyle, ile wynika z podzielenia 0x01 graphic
/0x01 graphic

  1. Układ pompujący, czyli układ, który wytwarza inwersję obsadzeń między stanami zaangażowanymi w przejście laserowe. Inwersja obsadzeń tych stanów jest warunkiem koniecznym do uzyskania wzmocnienia promieniowania.

41.Kryteria podziału atmosfery

Budowa atmosfery jest warstwowa. Kryterium podziału: ciśnienie, gęstość i temperatura gazów zmieniające się wraz z wysokością.

42.Składniki główne i drugorzędne atmosfery Ziemi.

składniki główne to: azot (N2) - 78% masy suchego powietrza, tlen (O2) - 21%, argon (Ar) - 0,9%, dwutlenek węgla (CO2)

składniki drugorzędne to m.in. neon (Ne), hel (He), krypton (Kr), wodór (H2), metan (CH4) - występują w ilościach śladowych. Ważnym składnikiem powietrza jest para wodna, która może stanowić 0-5% objętości powietrza, ilość zależy od warunków klimatycznych i pogodowych.

43.Zjawiska fizyczne powodujące efekt cieplarniamy.

zjawiska fizyczne wpływające na efekt cieplarniany, ze szczególnym

uwzględnieniem rezonansów cząsteczkowych gazów cieplarnianych. Wskazano, że

decydujący udział w wydzielaniu ciepła w atmosferze ma H2O.

Następnie prze-analizowano

możliwości asymilacji CO2

przez roślinność i wykazano, że zwiększenie powierzchni

zalesionej w Polsce o ok.10 procent wystarczyłoby do asymilacji całego limitu emisji, czyli

208 mln ton CO

44.Wyjaśnić antropogeniczny wzrost efektu cieplarnianego.

efekt cieplarniany, zwany również szklarniowym, jest spowodowany przez nadmierną emisję tzw. gazów cieplarnianych, do których zaliczamy: dwutlenek węgla, metan, tlenek węgla, pare wodną itp. Gazy szklarniowe tworzą powłokę, która przepuszcza krótkofalowe promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni ziemi natomiast nie pozwala na wysyłanie ciepła ziemskiego w przestrzeń kosmiczną w postaci długofalowej

45.Znaczenie ozonu w stratosferze

Istnienie ozonosfery ma niezwykle ważne znaczenie dla życia organicznego na Ziemi. Ozon jest odpowiedzialny za pochłanianie nadfioletowego promieniowania Słońca, dzięki czemu zapobiega jego szkodliwemu wpływowi na życie biologiczne. Promieniowanie to powoduje poparzenia słoneczne u ludzi, które w konsekwencji mogą zakończyć się rakiem skóry (czerniak). Ponadto jest ono niebezpieczne dla oczu, gdyż jego zbyt silna dawka może prowadzić do zaćmy. Silne promieniowanie ultrafioletowe powoduje ponadto uszkodzenia łańcuchów DNA u wszystkich organizmów, a w komórkach prowadzi do mutacji.

46.Budowa jądra atomowego.

Każdy atom składa zbudowany jest z jądra oraz z krążących wokół niego elektronów. Jądro atomowe składa się z dodatnio naładowanych protonów i elektrycznie obojętnych neutronów. Ponieważ masa elektronu jest ok. 1830 razy mniejsza od masy protonu czy neutronu (Mp=1,0073 u, Mn=1,00866 u), dlatego też jądro skupia niemal całą masę atomu.

Liczba protonów jąder jądrze i zarazem liczba elektronów na orbicie nazywana jest liczbą atomową Z. Decyduje ona jąder własnościach fizycznych i chemicznych pierwiastka.

47.Energia wiązania.

Energia wiązania - energia potrzebna do rozdzielenia układu na jego elementy składowe.

48.Rozpad a i b, prawo przesunięć Soddy'ego Fajansa.

Prawo przesunięć, inaczej prawo lub reguła Soddy'ego i Fajansa, określa w jaki sposób określony typ przemiany pierwiastka promieniotwórczego wpływa na rodzaj wytworzonego nuklidu:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

49.Promieniotwórczość naturalna, szeregi promieniotwórcze.

Promieniotwórczość naturalna - to zjawisko samorzutnego rozpadu jąder połączone z emisją cząstek beta, cząstek alfa, promieniowania gamma. Na przemianę jądra nie mają wpływu czynniki zewnętrzne takie jak: temperatura, pole magnetyczne czy skupienie materiału promieniotwórczego.

Promieniotwórczość naturalna (towarzysząca przemianom jądrowym izotopów występujących w przyrodzie) Najkrócej i najprościej mówiąc promieniowanie jest to wysyłanie i przekazywanie energii na odległość. Trzy główne rodzaje promieniowania: elektromagnetyczne, jądrowe, energii fal sprężystych.

Szereg promieniotwórczy - zespół pierwiastków promieniotwórczych powstający w wyniku następujących po sobie rozpadów promieniotwórczych. Kolejne produkty rozpadów promieniotwórczych tworzą szereg, który rozpoczyna się izotopem promieniotwórczym o długim okresie półtrwania, a kończy izotopem trwałym (niepromieniotwórczym).

50.Promieniotwórczość sztuczna

Promieniotwórczość sztuczna jest to promieniotwórczość izotopów uzyskanych sztucznie, przez człowieka. Proces uzyskiwania wybranych izotopów jest bardzo skomplikowany. Polega on na umieszczeniu wybranego atomu w reaktorze atomowym, pomiędzy dwoma izotopami (najczęściej uranu) i, za pomocą specjalistycznej aparatury, kontrolowaniu przepływu promieniotwórczości przez ten atom.

51.Zjawiska zachodzące w wyniku oddziaływania promieniowania jonizującego z materią.

52.Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe

53.Dawka pochłonięta

Dawka pochłonięta, D, energia promieniowania przenikliwego pochłonięta w jednostce masy danego ciała. Dawkę pochłoniętą wyraża się w grejach (Gy) lub radach (rad).

0x08 graphic

gdzie:

54.Równoważnik dawki pochłoniętej

Równoważnik dawki pochłoniętej, biologiczny równoważnik dawki, dawka rownoważna[1], HT - pojęcie pochodne od dawki pochłoniętej. Jest to ilość energii, którą deponuje cząstka w materii żywej (tkance, organie) przez którą przechodzi, z uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania. Jednostką równoważnika dawki pochłoniętej jest Siwert (Sv)[2]. Równoważnik dawki pochłoniętej otrzymuje się w wyniku przemnożenia dawki pochłoniętej przez współczynnik wagowy promieniowania[3]:

HT,R = wRDT,R

gdzie:

HT,R - równoważnik dawki dla promieniowania R

wR - współczynnik wagowy promieniowania R

DT,R - średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę T

55.Efektywny równoważnik dawki pochłoniętej

Efektywny równoważnik dawki HE = S WT x HT

WT-współczynnik wagowy wyrażający stosunek prawdopodobnych skutków stochastycznych w napromieniowanym narządzie T do prawdopodobnego

skutku stochastycznego, gdy jest napromienione całe ciało.

HT - średni równoważnik dawki w tkance lub narządzie.

Przy napromienieniu pojedyńczego narządu lub tkanki posługujemy się pojęciem równoważnika dawki

Przy napromienieniu całego ciała lub kilku narządów czy tkanek posługujemy się pojęciem efektywnego

56.Zasada działania reaktora jądrowego

Reaktor jądrowy, urządzenie, w którym zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się łańcuchowa reakcja rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich (jądrowe reakcje łańcuchowe) na dwa lżejsze. Reakcja rozczepiania jąder zachodzi pod wpływem powolnego neutronu. Neutron krążący z prędkością odpowiadającą prędkości ruchów cieplnych (2m/s), zwanym neutronem termicznym, łączy się z jądrem substancji rozszczepialnej, czyniąc je niestabilnym. Jądro deformuje się, przewęża, a w końcu rozpada na dwa jądra stabilne, emitując przy tym kilka neutronów(3) oraz porcje energii. Część powstałych neutronów jest wychwytywana przez substancję dobrze pochłaniającą neutrony, np. kadm lub bor. W wyniku reakcji rozszczepiania (jądra rozszczepienie) w rdzeniu reaktora jądrowego wytwarza się promieniowanie jądrowe oraz ciepło. Gdy liczba neutronów powstających w reaktorze jądrowym w jednostkowym czasie w wyniku rozszczepień jest równa liczbie neutronów traconych w tym samym czasie wskutek pochłaniania i ucieczki, wówczas reaktor pracuje w stanie ustalonym (tzw. stan krytyczny reaktora jądrowego); jest to normalny stan pracy reaktora jądrowego, który można osiągnąć przy różnym poziomie produkcji i strat neutronów. Jeśli intensywność reakcji narasta, to stan jest nadkrytyczny, gdy wygasa, to stan jest podkrytyczny. Nowe jądra powstające w trakcie rozszczepienia, zw. fragmentami rozszczepienia, dają początek łańcuchom rozpadów promieniotwórczych; elementy tych łańcuchów stanowią produkty rozszczepienia (olbrzymia większość z nich — kilkaset — to izotopy promieniotwórcze).

57.Podział reaktorów jądrowych

Podział według rodzaju reakcji jądrowej

Podział według chłodziwa:

wyjątkowymi reaktorami wodnymi, wrzącymi są reaktory RBMK (tego typu reaktory były między innymi w Czarnobylu oraz w innych elektrowniach na terenie byłego ZSRR), chłodzone są wodą wrzącą w kanałach paliwowych, a moderowane grafitem. Ten rodzaj reaktorów jest uznawany za jeden z najniebezpieczniejszych (elektrownia w Czarnobylu posiadała cztery reaktory typu RBMK).

Podział według generacji

Podział według przeznaczenia

58.Klasyfikacja odpadów promieniotwórczych w energetyce jądrowej

Klasyfikację odpadów promieniotwórczych można przeprowadzić na bardzo wiele sposobów, a mianowicie:

59.Zasady składowania odpadów promieniotwórczych

Podczas składowania i unieszkodliwiania odpadów promieniotwórczych obowiązują następujące zasady:

Generalnie odpady przechowujemy w taki sposób, by zapewnić ochronę ludzi i środowiska, zarówno w warunkach normalnych, jak i zdarzeń radiacyjnych. Podstawowym wymogiem jest zapewnienie segregacji odpadów według kategorii i podkategorii.

Odpady przechowujemy w specjalnie do tego celu zaprojektowanym (lub zmodernizowanym) pomieszczeniu zwanym magazynem odpadów promieniotwórczych.

60.Wzmacniacze energii

Wzmacniacz- urządzenie wzmacniające sygnały wejściowe kosztem energii pobieranej ze źródła zasilającego.



Wyszukiwarka