GRUPA A

1. Podaj fizyczną interpretacje liczby Reynoldsa oraz treść prawa z nią związanego.

Liczba Reynoldsa jest to stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Liczba Reynoldsa jest kryterium do wyznaczania charakterystyki przepływu.

Gdzie:

l - wymiar charakterystyczny (np. dla przepływu przez rurę będzie to jej średnica)

v - prędkość charakterystyczna płynu

ρ - gęstość

μ - lepkość dynamiczna

ν - lepkość kinematyczna

Liczba Reynoldsa charakteryzuje rodzaj przepływu (podane granice obszarów są umowne i zależą od cytowanych źródeł):

Re<2300 - przepływ laminarny (uporządkowany)

2300<Re<10000 - przepływ przejściowy (częściowo burzliwy)

Re>10000 - przepływ turbulentny (burzliwy)

Prawo przepływu

Gdy ruch różnych cieczy płynących z różnymi prędkościami w różnych przewodach jest scharakteryzowany jednakowymi wartościami liczby Reynoldsa to charakter ruchu tych cieczy jest jednakowy.

2. Wymień znane rodzaje tarcia opisz jedno z nich i podaj jego mechanizm.

To całość zjawisk fizycznych towarzyszących przemieszczaniu się względem siebie dwóch fizycznych ciał (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne). Tarcie wewnętrzne występuje przy przepływie płynów, pomiędzy obszarami o różnej prędkości przepływu. Siła występująca w zjawiskach tarcia nazywana jest siłą tarcia.

Wyróżnia się:

- tarcie spoczynkowe (tarcie statyczne)

- tarcie ruchowe (tarcie kinetyczne)

- tarcie ślizgowe - występuje przy danym ruchu względnym współpracujących elementów. Tarcie ślizgowe występuje w większości urządzeń mechanicznych. Siła tarcia ślizgowego:

T=μ N

gdzie: N — siła dociskająca μ — współczynnik tarcia

- tarcie toczne - Jest to opór występujący przy toczeniu jednego ciała po drugim, m.in. pomiędzy elementami łożyska tocznego, między oponą a nawierzchnią drogi.

- tarcie wewnętrzne - jest to opór powstający między elementami jednego ciała. W ciele stałym tarcie jest uzależnione od właściwości tłumiących, natomiast w płynach od lepkości. Opory tarcia wewnętrznego wynikają z istnienia sił kohezji i zależą od swobody przemieszczania się tych cząsteczek.

- tarcie zewnętrzne - występuje na styku dwu ciał stałych będących w ruchu lub wprawianych w ruch bez udziału smarowania. Jeśli powierzchnie styku są idealnie sztywne i pozbawione chropowatości to opory tarcia zewnętrznego są wynikiem oddziaływania sił powierzchniowych (aldhezji). Jeżeli tarciu podlegają części maszyn to między nimi występują nie tylko oddziaływania o charakterze aldhezyjnym ale również oddziaływania mechaniczne spowodowane nierównościami współpracujących powierzchni. Stąd opory tarcia zewnętrznego to pokonywanie zarówno sił aldhezyjnych jak i spójności.

4 Czy prędkość elektronów wybijanych przez światło z fotokatody zalęży od natężenia padającego światła.

Światło, składające się z fotonów o danej energii, padając na elektrodę wybija z niej elektrony. Elektrony absorbują po prostu fotony i przejmują całą ich energię. Jeżeli więc zwiększamy natężenie światła - ilość fotonów o danej energii wzrasta. Wybijają one większą liczbę elektronów, przekazując każdemu z nich taką samą energię jak przy mniejszym natężeniu światła. Jeśli natomiast zwiększy się częstotliwość światła, zwiększy się energia fotonów. Fotony przekazują elektronom większą niż poprzednio energię - nadają im większe prędkości.

5 Jaki jest związek pomiędzy energią fotonu a długością fali jaką on reprezentuje

De Broglie zauważył, ze fotony są cząstkami o masie równej zeru i ze ich energia i

pęd wiążą się ze sobą zależnością E=hn=pc. Korzystając z tego, ze nl=c, można uzyskać

związek pomiędzy pędem fotonu i długością fali: hc/l=pc, czyli

Traktując te relacje jako wskazówkę możliwego dualizmu natury cząstek, de Broglie

sugerował, że cząstki o pędzie p powinny również mięć związana z nimi fale o długości l,

określonej taka właśnie jak powyższa zależnością.

6 Czy i jaka relacja zachodzi pomiędzy współczynnikiem lepkości gazu, a prędkością ruchu jego cząstek.

Jeżeli cząsteczki gazu przemieszczają się względem siebie równolegle, ale z różnymi prędkościami warstwa gazu która porusza się szybciej działa siłą przyspieszającą na warstwę gazu która porusza się wolniej. Odwrotnie warstwa gazu o mniejszej prędkości hamuje ruch warstwy szybkiej. Przyczyną wzajemnego oddziaływania warstw jest ruch cieplny molekuł. Jeśli warstwy poruszają się prędkościami u₁ i u₂ to molekuły mające prędkość w ruchu uporządkowanym u₁ przechodząc z warstwy o prędkości u₁ do warstwy o prędkości u₂ zabierają z pierwszej warstwy pęd mu₁ i przekazują go warstwie drugiej poruszającej się z prędkością u2Natomiast molekuła przechodząca z warstwy o prędkości u₂ do warstwy o prędkośi u₁ przekazuje tej warstwie pęd mu₂. Zmiana pędu w wyniku wymiany między warstwami jednej molekuły będzie wynosiła:

P=m(u₁-u₂)

7 Co nazywamy próżnią. Sposby jej otrzymywania budowa i zasada działania pompy dyfuzyjnej.

Próżnia- jest to stan w którym, da się wyróżnić obszar przestrzeni w której nie ma cząstek obdarzonych masą. Stan ten nazywa się też czasem prożnią absolutną. Próżnia absolutna jest stanem czysto teoretycznym i praktycznie niemożliwym do uzyskania w praktyce. Najdoskonalsza próżnia to przestrzeń kosmiczna , gdzie poza obszarami w pobliżu ciał niebieskich przypada około 1 atom na centymetr sześcienny.

W fizyce doświadczalnej jest to stan, w którym w danym miejscu występuje bardzo niskie ciśnienie gazu. Pojęcie to jest bardzo nieostre. W tym sensie rozróżnia się próżnię:

niską (ok 100-10 mmHg) - średnia droga swobodna cząstki jest znacznie mniejsza od rozmiarów naczynia, w którym znajduje się gaz.

średnią (10-1 mmHg) - droga swobodna cząstki jest porównywalna z rozmiarami naczynia,

wysoką (1-0.01 mmHg) - droga swobodna cząstki znacznie większa od rozmiarów naczynia.

bardzo wysoką ( < 0.01 mmHg) - prawdopodobieństwo zderzenia dwóch cząstek jest pomijalnie małe

Pompa dyfuzyjna - rodzaj pompy próżniowej, w której strumień czynnika pompującego (specjalnego oleju lub rtęci) wskutek m.in. zjawiska dyfuzji porywa ze sobą cząsteczki gazu przenosząc je z obszaru próżni wysokiej (z obszaru pompowanego) do obszaru próżni wstępnej.

Zasada działania

Strumień par czynnika pompującego uzyskuje się wskutek ogrzania do wrzenia oleju lub rtęci. Służy do tego najczęściej grzejnik elektryczny, umieszczony na dnie pompy. Pary wrzącego czynnika za pomocą systemu dysz unoszą się do góry pompy i wylatują z nich pod kątem ostrym, porywajac gaz w dół pompy. U dołu znajduje się wylot do pompy próżni wstępnej. Pary czynnika skraplają się na ściankach pompy, które są chłodzone wodą lub powietrzem. Czynnik ścieka na dół pompy, gdzie znów podlega wrzeniu.

Zastosowanie

Za pomocą typowych pomp dyfuzyjnych można uzyskiwać ciśnienia 10^-5 - 10^-7 Tr a nawet niższe. Pogorszenie próżni wstępnej jest szkodliwe dla działania pompy dyfuzyjnej (zwłaszcza olejowej), gdyż olej ulega utlenieniu, co pogarsza parametry pompy.

Pewną wadą pomp dyfuzyjnych jest występowanie wstecznego strumienia par czynnika, który podąża do obszaru pompowanego, psując próżnię. Za pomocą odrzutników i wymrażarek można temu zjawisku w znacznym stopniu zapobiec.

8 Na czym polega wykorzystanie termopary do mierzenia temperatury.

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) to czujnik temperatury .Składa się z dwóch różnych metali (drucików), spojonych na jednym końcu (strona pomiarowa). Pod wpływem zmiany temperatury powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną na końcach niepołączonych (zimnych) proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy temperaturą spoiny pomiarowej, a temperaturą spoin odniesienia (zimnych, wolnych końców). Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie, którą następnie instalujemy w miejscu pomiaru temperatury. Termopary odznaczają się dużą niezawodnością, dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach.

9 Rozszerzalność termiczna ciał stałych.

Rozszerzalność cieplna, (rozszerzalność termiczna) - własność fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.

Wzór na rozszerzalność liniową i objętościową ma postać :

gdzie odopwiednio dla rozszerzalności liniowej(objętościowej) :

- długość(objętość) przedmiotu po zmianie temperatury,

- długość(objętość) pierwotna,

- współczynnik rozszerzalności liniowej(objętościowej).

Współczynniki rozszerzalności oznacza o ile zwiększa się długość/objętość jednostki długośći/objętośći po ogrzaniu o jednostkę temperatury (1 K). Wyraża się wzorem :

Rozszerzalność liniową opłaca się stosować tylko dla ciał stałych.

Rozszerzalność objętościowa w takiej postaci obejmuje jedynie ciała stałe i ciecze.

Dla gazów, współczynnik rozszerzalności objętościowej przy znanych parametrach ciśnienia można obliczyć z układu równań Clapeyrona

Rozszerzalność objętościowa i liniowa ciał stałych jest powiązana dokładną relacją λ_obj = 3λ_lin. Relacja ta wynika z tego że objętość odpowiada 3 wymiarom.

Większość ciał zwiększa swą objętość w wyniku wzrostu temperatury, znanych jest kilka wyjątków. Najbardziej znanym jest woda, która w zakresie od 0 °C do 4 °C rozszerza się nietypowo czyli objętość maleje przy wzroście temperatury, a rośnie przy spadku temperatury.

Wzór na liniową rozszerzalność cieplną jest prawdziwy jedynie dla ciał polikrystalicznych, ponieważ zawiera średni (co do kierunku) współczynnik rozszerzalności.

Większość monokryształów wykazuje anizotropowe właściwości rozszerzalności cieplnej, np. kryształ kalcytu przy zmianie temperatury w jednym kierunku kurczy się, a w drugim rozszerza.

---