Uga buga fizyka puka!!!!!

7. Termodynamika- jest działem fizyki, który zajmuje się energią termiczną ( często nazywaną też energią wewnętrzną) układu. Głównym pojęciem wiążącym się z termodynamiką jest temperatura. Jest ona podstawową wielkością układu SI, związaną z odczuwaniem przez nas ciepła i zimna. Jest mierzona za pomocą termometru zawierającego substancję roboczą obdarzoną pewną mierzalna właściwością, jak np. długość lub ciśnienie, która zmienia się jednoznacznie pod wpływem ochłodzenia lub ocieplenia. W zależności od rodzaju funkcji stanu takich jak: ciśnienie gazu, napięcie, objętość, wyróżniamy odpowiednio dane rodzaje termometrów: t. Gazowy, termopara, t. rtęciowy. ( Można coś dodać o skalach Kalwina, Celsjusza, Fahrenheita)

Zerowa zasada termodynamiki Kiedy termometr i pewne inne ciało znajdą się w kontakcie cieplnym ze sobą, po pewnym czasie osiągną stan równowagi termodynamicznej (czyli stan w którym funkcje stanu mają tę samą wartość w każdym miejscu układu i nie zmieniają się w czasie). Temperaturę, którą wskazuje wtedy termometr, uznajemy za temperaturę ciała. Procedura taka, która umożliwia przeprowadzenie spójnych i użytecznych pomiarów temperatury, jest oparta na zerowej zasadzie termodynamiki: Jeżeli dwa ciała A i B znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej z trzecim ciałem C (termometrem), to ciała A i B znajdują się także w stanie równowagi termodynamicznej ze sobą.

Pierwsza zasada termodynamiki Zasada zachowania energii dla procesów termodyna-micznych przybiera postać pierwszej zasady termodynamiki, którą można zależnie od potrzeb zapisać za pomocą równania:

gdzie Ew oznacza energię wewnętrzną substancji zależną jedynie od stanu substancji (temperatury, ciśnienia i objętości). Q oznacza energię wymienianą między układem a otoczeniem w postaci ciepła; Q ma wartość dodatnią, jeżeli układ pobiera ciepło,

i ujemną, jeżeli układ oddaje ciepło. W oznacza pracę wykonywaną przez układ; W ma wartość dodatnią, jeżeli układ zwiększa swą objętość, działając przeciw pewnej sile zewnętrznej, a wartość ujemną, jeżeli układ zmniejsza swą objętość z powodu działania

siły zewnętrznej. Treść: Dla dowolnego procesu, w którym dostarczono ciepło Q i układ wykonał pracę W, energia netto, która przepłynęła Q-W jest równa zmianie energii wew. układu. ( wyklucza istnienie perpetuum mobile )

Zastosowania pierwszej zasady termodynamiki Pierwsza zasada termodynamiki przybiera w niektórych procesach szczególną postać:

przemiana adiabatyczna: Q=0; ΔEw= -W

przemiana przy stałej objętości: W=0; ΔEw= Q

proces cykliczny : ΔEw= 0; Q=W

rozprężanie swobodne : Q=W=ΔEw=0

Druga zasada termodynamiki - Zgodnie z tą zasadą ciepło nigdy nie przepływa spontanicznie od ciała zimnego do ciepłego. Albo inaczej: Niemożliwy jest taki proces, którego jedynym rezultatem byłoby pobranie ciepła ze źródła o T wyższej i zamiana tego ciepła w całości na pracę.

Entropia- Jeśli w stałej temperaturze do układu przepłynęło ciepło ΔQ to jego entropia wzrosła o ΔQ/T (np. topnienie lodu, swobodne rozprężanie gazu). Wzrost entropii oznacza ewolucję układu w stronę makrostanów bardziej prawdopodobnych, czyli każdy układ naturalny przechodzi do stanu coraz bardziej nieuporządkowanego ( o większym prawdopodobieństwie). (Nawet kosmos)

*Boże co za pytanie! Można się przy nim nieźle rozgadać!

8. Można wymienić trzy mechanizmy odpowiedzialne za przepływ ciepła: przewodnictwo,

konwekcja i promieniowanie.

Przewodnictwo cieplne jest sposobem przekazywania energii w różnych substancjach i zależy od współczynnika przewodnictwa ciepła, określającego zdolność substancji do przewodzenia ciepła (W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej). Przewodność cieplna materiału zależy od rodzaju substancji, dla substancji niejednorodnych od ich budowy, porowatości, stanu skupienia. Przewodność cieplna zależy również od temperatury. Dobrymi przewodnikami ciepła nazywamy materiały, przez które łatwo na drodze przewodnictwa przedostaje się energia; ich wartość k jest duża. Substancjami najlepiej przewodzącymi ciepło są metale, najsłabiej gazy.

Przewodnictwo cieplne określa się wzorem:

Konwekcja - proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii w objętości dowolnego płynu, np. powietrza, wody, piasku itp. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami w gęstości wywołanymi wzrostem lub spadkiem temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym. Przykłady konwekcji w przyrodzie: konwekcja w atmosferze istotna dla klimatu i codziennych zmian pogody, konwekcja we wnętrzu Ziemi odpowiedzialna za ciągły obieg materii skalnej, konwekcja w oceanach, k. na Słońcu przenosząca energię z „pieca jądrowego” na jego pow.

Konwekcja w płaszczu Ziemi odpowiedzialna jest za wulkanizm, dryf kontynentów, procesy geotermiczne itp.( Każdy chyba coś na ten temat powie?)

Promieniowanie cieplne- Promieniowanie to przepływ energii w wyniku promieniowania elektromagnetycznego. Moc promieniowania cieplnego ciała jest dana równaniem:

gdzie σ (= 5,6703 • 10~8 W/(m2 • K4)) jest stałą Stefana-Boltzmanna, ε — zdolnością emisyjną powierzchni ciała, S— polem powierzchni ciała, a T⁴  — jego temperaturą bezwzględną. Nie trzeba żadnego ośrodka, aby przekazywać ciepło za pośrednictwem promieniowania — rozchodzi się ono w próżni, na przykład pomiędzy Słońcem a Ziemią.

Odp. na kretyńskie pytanie: Kiedy podchodzimy do rozgrzanego przedmiotu, czujemy ciepło, ponieważ pochłaniamy promieniowanie cieplne pochodzące od tego przedmiotu. Oznacza to, że nasza energia wewnętrzna wzrasta, a maleje energia termiczna przedmiotu (i przez to czujemy „dyskomfort termiczny”).

9. Ciepło właściwe - energia termiczna potrzebna do podniesienia temperatury jednej jednostki masy ciała o jedną jednostkę temperatury. W układzie SI ciepło właściwe podaje się w dżulach na kilogram razy kelwin (J/(kg*K)).

Ciepłem topnienia ctop substancji nazywamy ilość energii, którą trzeba dostarczyć jednostkowej masie tej substancji w postaci ciała stałego, aby spowodować jej stopienie, lub odebrać od jednostkowej jej masy w postaci cieczy, aby spowodować je zestalenie.

Ciepło parowania cpar to ilość energii na jednostkę masy, która musi być dostarczona, aby zamienić ciecz w parę, lub pobrana, aby skroplić parę.

Teorię ciepła właściwego kryształów, w których występuje tylko oscylacja opracował A. Einstein (1907). Założył że kryształ można traktować jako zbiór oscylatorów harmonicznych, drgających niezależnie od siebie w trzech kierunkach przestrzeni,

wszystkie z tą samą częstością. Molową pojemność cieplną przedstawia jako sumę trzech

jednakowych wyrażeń, w których energia jest funkcją θosc/T , gdzie θosc=hv/k Według tej teorii molowa pojemność cieplna prostych substancji krystalicznych rośnie ze wzrostem temperatury od zera do wartości 3R. ( nie czaję tego ale nic lepszego nie znalazłem).

Odp1.: Opierając się na definicji ciepła właściwego można stwierdzić, że łatwiej ogrzać substancję o małym cieple właściwym!

Odp2.: Korzystamy ze wzoru Q=mL, gdzie m=masa, a L= ciepło topnienia lub parowania.

Ltop=334 kJ/kg; Lpar=2256 kJ/kg

Qtop= 1kg × 334 kJ/kg= 0,334 MJ

Qpar= 1 kg × 2256 kJ/kg= 2,256 MJ

Na podstawie wyników stwierdzamy, że więcej paliwa zużyjemy przy odparowywaniu 1kg wody.

10. Przemiana fazowa (przejście fazowe) to taka zmiana układu fizycznego lub chemicznego, której towarzyszy skokowa zmiana parametrów układu, np. zmiana stanu skupienia układu lub jego składowych.

Rodzaje przejść fazowych:

1. Faza stała→ Faza ciekła np. topnienie lodu

2. Faza ciekła→ Faza gazowa np. parowanie wody

3. Ferromagnetyk→ Paramagnetyk ( powyżej temperatury zwanej Temperaturą Curie ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne stając się paramagnetykiem, zjawisko to wynika ze zmiany fazy ciała stałego)

4. Przejście do stanu nadprzewodzącego- Określa się temperaturę krytyczną i krytyczne pole magnetyczne, które to parametry odpowiadają przejściu fazowemu pomiędzy stanem normalnym a stanem nadprzewodzącym. Oznacza to ,że normalny przewodnik przechodzi do stanu nadprzewodzącego jeśli obniżymy jego temperaturę poniżej temperatury krytycznej, T_c, Wartość temperatury krytycznej zależy od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego (H_c) i jest maksymalna w nieobecności pola. W stanie nadprzewodzącym substancja posiada następujące cechy:

1. Opór elektryczny równy jest zeru.

2. Materiał staje się doskonałym diamagnetykiem .

Podczas parowania i topnienia temperatura nie ulega zmianie- cała dostarczana energia jest zużywana na rozerwanie wiązań. Parowanie zachodzi także w temp. Poniżej Twrzenia. W danej T są cząsteczki, których energia jest większa od energii średniej. Takie cząsteczki mogą zrywać wiązania i opuszczać ciecz ( ciało stałe). Przy obniżaniu ciśnienia obniża się temperatura wrzenia.

11. Pole skalarne to przypisanie każdemu punktowi pewnego obszaru pewnej wielkości skalarnej (w fizyce zazwyczaj wielkości mianowanej). Jest jednym z rodzajów pola fizycznego.

Pole wektorowe - funkcja, która każdemu punktowi przestrzeni przyporządkowuje pewną wielkość wektorową.

Pole grawitacyjne to pole wytwarzane przez obiekty posiadające masę. Określa wielkość i kierunek siły grawitacyjnej działającej na znajdujące się w nim inne obiekty posiadające masę.

Kiedy znajdujemy się na powierzchni naszej planety, odległość od środka ciężkości Ziemi jest dużo większa niż wysokość, na której możemy się przemieszczać (bez rakiet). W takiej sytuacji można założyć, że pole grawitacyjne jest jednorodne. Korzystając z zależności na siłę grawitacyjną można obliczyć, że przedmiot o masie m na powierzchni naszej planety działa siła F_g:

_{gdzie Mz ≈ 5,9736×10}²⁴ _{kg - masa Ziemi, rz ≈ 6373,14 km , a zgodnie z drugą zasadą dynamiki:}

Ruch w znacznej odległości od pow. Ziemi jest bardziej skomplikowany. Nie możemy już siły przyciągania ziemskiego wyrażać wzorem F=mg, a ruchów pod jej działaniem traktować jako jednostajnie zmienne. Musimy uwzględnić zależność wartości siły grawitacji od odległości od środka Ziemi (r>R, Fg < mg). Dość łatwo można natomiast opisać przypadek ruchu ciała wokół Ziemi po orbicie kołowej. Aby ciało utrzymać na orbicie, musi na nie działać siła dośrodkowa o wartości Fr=mv²/r. Takie siły działają np. na poruszające się wokół Słońca planety lub Księżyc krążący wokół Ziemi. Rolę siły dośrodkowej odgrywa w tym przypadku siła grawitacji.

Pole elektryczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działa siła. Pole to opisuje się przez natężenie pola elektrycznego lub potencjał elektryczny. Natężenie pola elektrycznego jest parametrem pola wektorowego
, definiowanym jako stosunek siły
działającej na ładunek elektryczny q znajdujący się w tymże polu elektrycznym do wartości tegoż ładunku elektrycznego q:

Jednorodnym polem elektrycznym nazywamy pole o takiej samej wartości i takim samym kierunku natężenia w każdym punkcie. Z tego rodzaju polem mamy do czynienia w przypadku kondensatorów, gdzie w środkowej części pomiędzy dwiema okładkami posiadającymi ładunki +Q i -Q przebiegają linie pola elektrycznego o równoległych wektorach jednakowej dlugości. W celu powiększenia pojemności kondensatora pomiędzy okładkami umieszcza się dielektryki, które zmniejszają pole elektryczne między okładkami( nie zmieniając ładunku).

Pole ładunku punktowego. Wartość natężenia pola elektrycznego E, wytworzonego przez ładunek punktowy q, w odległości r od ładunku wynosi:

Wektor natężenia pola E jest skierowany od ładunku punktowego, jeśli ładunek jest dodatni i do ładunku punktowego, jeśli ładunek jest ujemny.

Podobieństwa:

• Proporcjonalność sił do iloczynu „ładunków”

• Taka sama zależność od odległości

• Taka sama symetria

• Każdemu punktowi przestrzeni możemy przypisać wektor E (x,y,z)

Różnice:

• Grawitacja- jeden rodzaj ładunków( tylko przyciąganie)

• Elektryczność- dwa rodzaje ładunków (przyciąganie dla różnoimiennych i odpychanie dla jednoimiennych)

• Wartość: Fe/Fg=2*10³⁹ dla elektronu i protonu

12. W przewodniku metalowym będącym elementem obwodu elektrycznego zaczyna płynąć prąd elektryczny wówczas, gdy obwód prądu elektrycznego jest zamknięty a do jego końców przyłożone jest źródło prądu elektrycznego (np. ogniwo, bateria lub akumulator).

Mikroskopowy model przepływu prądu elektrycznego.

Prąd elektryczny płynący w przewodniku jest strumieniem elektronów poruszających się od bieguna ujemnego do dodatniego.

Model Drudego

W metalu mamy nieruchome jony dodatnie i chaotycznie poruszające się elektrony. Bez pola elektrycznego elektrony zderzają się z jonami; sumaryczna prędkość takich ruchów=0, czyli nie ma przepływu ładunku netto. Po przyłożeniu pola elektrycznego na ruch chaotyczny nakłada się ruch w kierunku przyłożonego pola. Elektrony uzyskują prędkość netto w kierunku pola (prędkość dryfu). Mamy do czynienia z przepływem ładunku netto, czyli z niezerowym prądem.

Prędkość dryfu: ν_{D =} ν_D0 + at - ruch jednostajnie przyspieszony

W momencie zderzenia z jonem sieci kryształu elektron „zapomina” o ruchu jaki odbywał do tej pory i cały proces rozpędzania zachodzi od początku.

Średni czas między zderzeniami- czas relaksacji t=2τ, wynika z mikroskopowego mechanizmu rozpraszania elektronów.

Opór elektryczny jest wielkością charakteryzującą przewodnik i zależy od długości przewodnika, jego grubości i rodzaju materiału z jakiego go wykonano. Opór elektryczny NIE zależy ani od napięcia, ani od natężenia prądu. Opór elektryczny między dwoma dowolnymi punktami przewodnika określamy przez przyłożenie różnicy potencjałów

F między tymi punktami i pomiar natężenia I powstałego prądu. Opór elektryczny

R jest określony wzorem:

Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej. Prawo to jest prawem doświadczalnym i jest dość dokładnie spełnione dla ustalonych warunków przepływu prądu, szczególnie temperatury przewodnika. Materiały, które się do niego stosują, nazywamy przewodnikami omowymi lub "przewodnikami liniowymi" - w odróżnieniu od przewodników nieliniowych, w których opór jest funkcją natężenia płynącego przez nie prądu. Prawo to także nie jest spełnione gdy zmieniają się parametry przewodnika, szczególnie temperatura. Ze wszystkich materiałów przewodzących prawo Ohma najdokładniej jest spełnione w przypadku metali.

---