1.

Pojęcie ruchu i wielkości opisujące ruch; układy odniesienia

Ruch jest

to zmiana położenia ciała względem wybranego układu odniesienia w czasie.

Położenie punktu materialnego względem układu odniesienia opisywane jest za pomocą
podania, co najmniej 3 w

spółrzędnych. Torem ruchu jest krzywa lub prosta utworzona przez

punkty

określające kolejne położenia ciała w przestrzeni natomiast długość toru nazywamy

drogą.
Wielkościami opisującymi ruch jest prędkość i przyspieszenie. Mamy prędkość chwilową v=

;

średnią v

śr1

q=

, podobnie jest z przyspieszeniem a=

; a

śr

=

Układ odniesienia zależy tylko od nas, jaki wybierzemy, jest to układ współrzędnych związany
z ciałem względem, którego opisujemy ruch.

2.Wielkości skalarne, wektorowe i działania na tych wielkościach. Podać
przykłady wielkości fizycznych o charakterze skalarnym i wektorowym.

Skalar

– wielkość niezależąca od kierunku: np. temp. Praca, czas, ładunek

Wielkość wektorowa: wielkość, która zależy od kierunku. Posiadają oprócz wartości kierunek
zwrot i punkt

przyłożenia np. prędkość, przyspieszenie, siła, natężenie pola elektrycznego

Działania na wektorach: dodawanie, mnożenie przez skalar, mnożenie przez wektor
a◦b=|a||b| cosα

mnożenie skalarne

a×b=|a||b| sinα

mnożenie wektorowe

3. Pojęcia prędkości liniowej i kątowej, przyspieszenia - liniowego i
kątowego, składowe prędkości i przyspieszenia w układach kartezjańskim
i biegunowym.

Liniowe:

zależność:

kątowe:

V=

v=ω×v

ω=

[rad/s]

a=

a=

ε×v

ε=

[rad/s

2

]

Przyspieszenie dośrodkowe : a

d

=

=

ω

2

r normalne, prostopadle do ruchu

Przyspieszenie styczne: a

s

=

- nie zmienia kierunku ruchu

4.

Klasyfikacja ruchów punktu materialnego i bryły sztywnej

Punkt materialny- to pun

kt obdarzony masą, którego rozmiary i kształt możemy pominąć. Bryła

sztywna to zbiór punktów materialnych, które nie zmieniają odległości miedzy sobą.
Ruchy bryły sztywnej:

a)

Ruch postępowy – 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).

b) Ruch obrotowy- to

ruch, w którym punkty materialne poruszają się po okręgach,

których środki leżą na jednej prostej zwanej osią obrotu, a ta oś jest prostopadła do
płaszczyzny okręgów. Podstawowym prawem opisującym ruch bryły sztywnej jest
druga zasada dynamiki ruchu obrotowego:

gdzie

gdzie M jest momentem siły względem obranego punktu odniesienia, a L - krętem (momentem
pędu) względem tego samego punktu odniesienia.

5. Pojęcie środka masy i jego rola w opisie ruchu bryły sztywnej

Środek masy – może być uważany, jako punkt materialny, który porusza się tak jakby
skupiona była w nim cala masa bryły
Cechy środka masy:

-gdy na

bryłę nie działają siły zewnętrzne wtedy środek pozostaje w spoczynku

lub porusza się ruchem jednostajnie prostoliniowym
-

gdy bryła jest jednorodna to środek jest w środku symetrii wektor położenia

Rola w opisie

– całą masę bryły możemy skupić w jeden punkt, co znacznie ułatwi

nam pracę w zadaniach z bryłami

W środku ciężkości przyłożona jest wypadkowa siła ciężkości danego ciała.

6. Podać przykłady składania ruchów punktu materialnego i bryły
sztywnej

-

dwa pociągi poruszają się, wybieramy układ odniesienia, którym jest ziemia

- Ziemia. Rotacja kuli

wokół własnej osi i ruch punktu materialnego dookoła słońca.

-

łódź płynie po rzece z prądem, układem jest brzeg

-

człowiek porusza się po ziemi

- z

acznijmy od ruchu koła w samochodzie - bryła sztywna to koła, ruch punktu materialnego to

ruch środka koła względem ziemi a ruch obrotowy to obrót koła.

7. Transformacje Galileusza między różnymi układami odniesienia.

Transformacje Galileusza

– to transformacje współrzędnych przestrzennych i czasu z jednego

układu odniesienia do innego poruszającego się ruchem jednostajnym prostoliniowym
względem pierwszego. W transformacjach tych czas i odległości pozostają równe i nie ulegają
zmianie.

Gdy wektory poruszają się w przeciwne strony to je dodajemy

Gdy wektory przemieszczenia poruszają się w te same strony to je odejmujemy od siebie.

8. Trzy prawa dynamiki Newtona dla punktu materialnego i bryły sztywnej.
Rola siły i momentu siły, masy i momentu bezwładności.

1) ciało, na które nie działa żadna siła lub wypadkowa jest równa 0 pozostaje w spoczynku lub
porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym
2) jeśli siły działające na ciało nie równoważą się to ciało porusza się z przyspieszeniem
wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała

3)

Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają

takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda
działa na inne ciało).

Wielkości dynamiczne ruchu obrotowego:

a) M-

moment siły, to ona nadaje ruch ciału, kierunek, za pomocą śruby prawoskrętnej

M=vxF

b) I-

moment bezwładności wpływa na przyspieszenie kątowe

I=∫r

2

ds

c) L-

moment pędu

L= rxp = mrxv L=p

Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego:

1) Bryła nie obraca się lub obraca się ruchem jednostajnym, gdy nie działają na nią żadne
momenty sił lub gdy się równoważą

2)

Mówi ona, że jeśli na pewne ciało, które posiada pewien swój moment bezwładności I

zadziałają zewnętrzne siły, które wywrą na to ciało pewien wypadkowy moment siły M, to w
wyniku tego działania ciało będzie obracać się z przyspieszeniem kątowym takim, że

3) taka sama jak III zasada dynamiki Newtona

9. Pojęcie pędu i prawo zachowania pędu dla punktu materialnego i
układów punktów materialnych. Rola środka masy w ruchu układu.

Wektor pędu to iloczyn masy i wektorów prędkości ciała p= m x V. Wektor p i V mają zawsze
taki sam kierunek.

Pęd układu cząstek jest równy iloczynowi całkowitej masy układu i

prędkości, jego środka masy.

Układ ciał nazywamy odosobnionym, jeżeli dla każdego ciała tego układu wszystkie siły
działające na niepochodzących od ciał zewnętrznych równoważną się dF/dt=0

Zasada zachowania

pędu: wektor pędu zamkniętego układu ciał nie zmienia się z upływem

czasu:

F=

Smrodek masy

porusza się jak punkt materialny, w którym skupiana jest cała masa układu i

na

który działa siła równa wypadkowej sil zewnętrznych przyłożonych to układu.

10.

Pojęcie momentu pędu i prawo zachowania momentu pędu dla punktu

materialnego i bryły sztywnej.

Bryła M

e

=

*Pęd – wielkość wektorowa definiowana, jako iloczyn masy i prędkości [kg*m/s].
*Moment pędu – wielkość fizyczna opisująca ruch ciała.
Jeżeli wypadkowy moment sił zewnętrznych względem ustalonej osi obrotu jest równy 0, to
moment pędu bryły tej osi obrotu nie zmienia się podczas ruchu. M

z

=0, to

, to l

z

=const.

W przypadku punktów materialnych:

Jeżeli wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na układ jest równy 0, to całkowity
moment pędu układu pozostaje stały. Oznacza to, że momenty pędu poszczególnych punktów
mogą się zmieniać, gdy M

z

=0.

11.

Druga zasada dynamiki, jako równanie ruchu. Podać przykłady.

Druga zasada dynamiki jest pods

tawowym prawem dynamiki ruchu postępowego. Na jego

podstawie

można, bowiem wyznaczyć przyspieszenia ciała, jako skutek sił działających na

ciało. Znając przyspieszenia można obliczyć zarówno wartości początkowe prędkości jak i
wektor położenia ciała w dowolnej chwili. Przykładem może być zestaw bloczków - ? a=

12.

Opisać ruch drgający harmoniczny. Podać przykłady.

Ruch harmoniczny to ruch niejednostajnie zmienny, który jest drgający, okresowy i określony
jest przez funkcję sinusoidalną:

x=A*sin

(Ωt+φ)

A - Amplituda, maksymalne wychylenie

Ωt+φ – faza ruchu harmonicznego, określa położenie w danej chwili

φ – faza początkowa

Ω - częstość (?) kołowa – określa prędkość zmiany fazy w czasie.

F=-kx

E

p

=

kx

2

Ω=

√

E

k

=

mV

2

Siła tłumiąca: md

2

x/dt

2

+ Adx/dt +kx=0

dx/dt -

siła tłumiąca

kx

– siła sprężysta

13.

Definicja pracy, związek między pracą i energią.

Praca

jest wielkością skalarną, jej jednostką jest [J]=[N*m]=[(kg*m

2

)/s

2

]

W=F*l=|F|*|l|*cos α gdzie l- to długość np. drogi lub wysokość

W=

∫

- praca wynosi

pole powierzchni pod krzywą

Moc

– wielkość skalarna, jednostką jest wat [W] = [J/s]=[N*m/s]

P=

Energia

– wielkość skalarna będąca miarą zdolności ciała do wykonania (pracy?). Praca

wykonana przez siłę wypadkową działającą na jakieś ciała jest równe przyrostowi energii
kinetycznej.

Praca w rzeczywistości odbywa się kosztem jakiejś energii, albo dodając czemuś energie.
Dlatego są one od siebie uwarunkowane. Na przykład woda poprzez swoją pracę (spadek z
wysokości) daje energię w elektrowni wodnej poprzez napędzanie turbin

14.

Pojęcie energii kinetycznej i potencjalnej, prawo zachowania masy

energii mechanicznej dla punktu materialnego i bryły sztywnej.

Energia kinetyczna

– różnica między energią całkowitą i energią spoczynkową

E

k

= E-E

0

(m-m

0

)c

2

E

k

= mV

2

/2

Energia potencjalna

– o tej energii możemy mówić tylko wtedy, gdy na układ działają siły

zachowawcze. Siły zachowawcze to siły, których praca wykonana przy przemieszczaniu po
torze zamkniętym jest równa 0, a więc praca zależy od odległości między dwoma punktami, a
nie od

drogi, która zostanie pokonana oraz prędkości, z jaką zostanie pokonana.

Energia potencjalna to energia oddziaływań układu ciał, gdyż oddziaływania te wiążą się, z co
najmniej dwoma siłami. ΔE

p

= -W= -

∫

Zasada zachowania energii

Energia układu zamkniętego, w którym działają siły zachowawcze równa jest sumie jego
energii potencjalnej i kinetycznej, ma tę samą wartość na początku i na końcu jakiegoś
procesu mechanicznego.

E = E

p

+E

k

=const

15.

Zderzenia sprężyste i niesprężyste

Przy zderzeniach kul siły zderzeń są znacznie większe niż pozostałe siły i dlatego można
uznać to za układ zamknięty i stosować zachowanie pędu.

Zderzenia

sprężyste

zarówno pęd jak i energia kinetyczna układu
kul

pozostają stałe

niesprężyste

energia kinetyczna zostaje zmieniona (jest
mniejsza niż wcześniej); pęd pozostaje bez
zmian

centralne

niecentralne

16.

Różne rodzaje sił – siły fizyczne i pozorne, zachowawcze i

niezachowawcze. Podać przykłady.

Siły:
Zachowawcze

– wykonana praca przy przemieszczeniu ciała po torze zamkniętym jest równa

zero (np. oddziaływania elektrostatyczne, grawitacja, siły centralne);
Niezachowawcze

– praca wykonana przez tę siłę nad punktem materialnym po drodze

zamkniętej nie jest równa zero (siła, tarcie);
Fizyczne

– (oddziaływania fizyczne)



grawitacyjne



elektromagnetyczne



silne oddziaływanie – odpowiada za łączenie się kwantów oraz nukleonów, posiada
ograniczony zasięg



słabe oddziaływanie – występuje pomiędzy wszystkimi podstawowymi fermionami, ma
ograniczony zasięg

Pozorne

– (siły, których efekty obserwujemy w układach nieinercjalnych) – inaczej

bezwładności
-

siła bezwładności w hamowaniu lub przyspieszaniu

-

siła odśrodkowa

-

siła Coriolisa

Cechy siły bezwładności:

a)

siła nie jest wywoływana przez oddziaływania między ciałami lecz od przyspieszenia;

b)

działają tylko w układach nieinercjalnych

c)

zależą od masy

d)

siły bezwładności są siłami zewnętrznymi

17.

Pojęcie pola sił i wielkości opisujące to pole, porównać pole

grawitacyjne z polem ele

ktrostatycznym. Porównać pole magnetyczne z

elektrycznym.

Pole sił to rodzaj pola wektorowego, w każdym jego punkcie na próbne ciało działa siłą F.
Jeśli F tylko zależy od czasu (t) to pole jest niestacjonarne, a gdy nie zależy to pole nazywamy
stacjonarne.

Wielkości opisujące pole grawitacyjne:

a)

natężenie pola sił – jest równy liczbowo sile, jaką pole działa na punkt materialny o
masie jednostkowej

E = - GMr/r

3

b)

potencjał pola – jest to stosunek pracy, jaką wykonuje siła grawitacji przenosząc ciało z
punk

tu A do C do wartości masy m

V = -GM/r

c) grawitacyjna energia potencjalna

– to praca potrzebna do rozsunięcia dwóch ciał

U=W

Porównać pole magnetyczne z elektrycznym w zad 19.

18. Prawo Gaussa dla pól: grawitacyjnego, elektrycznego i
magnetycznego.

Dla p

ól elektrycznych:

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 dowolna powierzchnie

zamkniętą w jednorodnym środowisku o bezwzględnej przenikalności dielektrycznej ε, jest
równy stosunkowi całkowitego ładunku znajdującego się wewnątrz tej powierzchni do wartości
tejże przenikalności.

Strumień Φ natężenia pola elektrycznego E, przenikający przez zamkniętą

powierzchnię S, ograniczającą obszar o objętości V, jest proporcjonalny do ładunku
elektrycznego Q zawartego w tym obszarze (objętości).

Gdzie:
wektor ds jest wektorem powierzchni,
współczynnikiem proporcjonalności jest przenikalność elektryczna próżni ε

0

Dla pól magnetycznych:

Całkowity strumień indukcji magnetycznej przechodzący przez powierzchnie zamkniętą

równa się zeru. Fakt ten wynika stąd, iż pole magnetyczne jest bezźródłowe – nie istnieją
ładunki magnetyczne, dywergencja pola jest wszędzie równa zero.

Dla pól grawitacyjnych:

Gdzie:
wektor g

– natężenie pola grawitacyjnego

G

– stała grawitacji

Strumień natężenia pola przez powierzchnię zamkniętą S równy jest całkowitej masie M
zamkniętej przez tę powierzchnię pomnożonej przez − 4πG.

19

. Porównać pole magnetyczne z polem elektrycznym.

Wielkości opisujące pola:

a)

Natężenie – to stosunek siły, jaka działa na dodatni (próbny) ładunek umieszczony w
pun

kcie do wartości ładunku

E=

b)

Potencjał – to stosunek energii potencjalnej ładunku próbnego umieszczonego w tym
pun

kcie do wartości tego ładunku

Pole grawitacyjne:

Siła: F=-G

r

Źródło: obiekty mające masę
Rodzaj: pole ce

ntralne(linie pola przecinają się w jednym punkcie) lub jednorodne (linie są

równoległe)
Ruch: występuje ruch niejednostajnie przyspieszony
Skutki: powoduje ruch planet, przyciąga wszystko, co ma masę

Pole elektrostatyczne:

Siła: F=k

prawo Kulomba

Źródło: ładunki elektryczne
Oddziaływanie: przyciąganie lub odpychanie
Rodzaj: tak samo jak w grawitacyjnym
Ruch: występują ruchy jednostajnie lub niejednostajnie przyspieszone, ładunek porusza się
równolegle do linii pola
Skutki: powoduje przepływ prądu indukcyjnego, zmienne pole elektryczne powoduje
powstanie zmiennego pola magnetycznego, silne pole wpływa na układ nerwowy powodując
opóźnienie czasu reakcji

Pole magnetyczne:
Siła: F=qv×B v-prędkość ładunku B-indukcja magnetyczna
Źródło: stałe pole magnetyczne wytwarzane jest przez ładunki elektryczne znajdujące się w
ruchu jednostajnym
-wytwarzane przez zmienne pole elektryczne
-magnes
Pole jest

bezźródłowe, czyli linie pola są zamknięte

Ruch: Siła nie ma wpływu na wartość ruchu, lecz tylko na kierunek ruchu, bo prędkość i
indukcja magnetyczna jest zawsze prostopadła do siły. Cząsteczka porusza się po spirali.
Skutki: działa na przewodniki z siła równa F=Il×B (I-natężenie, l-długość B-indukcja
magnetyczna) Linie indukcji B są zawsze liniami zamkniętymi, co jest główna różnica miedzy
pole elektrycznym, bo tam linie

zaczynają się i kończą w ładunkach

Wielkości opisujące to pole:

a) Indukcja magnetyczna B

– nie określa się jej, wprost lecz na podstawie siły Lorenza

(

F=qv×B), to siła działająca na poruszający ładunek

b)

Natężenie pola H – wielkość wektorowa charakteryzująca pole magnetyczne, w
ogólnym przypadku określana z użyciem prawa Ampera

I

–prąd przepływający

Zależność:
B=μH μ-przenikalność magnetyczna H=[amper/metr] B=[tesla]=[N/A*m]

2

0. Kondensator, pojemność kondensatora, pole kondensatora płaskiego

z dielektrykiem i bez dielektryka.

Kondensator to układ dwóch przewodników, który może gromadzić ładunek
elektryczny przy

dużej różnicy potencjałów. Okładki mogą być dowolnych kształtów i

rozmiarów, a ładuje się je równymi ładunkami o przeciwnych znakach. Pojemnością
elektryczną nazywamy stosunek ładunku do różnicy potencjałów (napięcia) między
okładkami.
C=

C=[farad]

O pojemności nie decyduje ładunek lub napięcie, lecz kształt i wymiar okładek.
Dielektryki są ciałami, które nie przenoszą ładunków elektrycznych. Umieszczenie
dielektryka w polu elektrycznym kondensatora powoduje oddziaływanie pola z
ładunkami dielektryka, zmiany natężenia tego pola, różnicy potencjałów i pojemności
kondensatora. Do opisu zjawisk nie wystarczy jeden wektor, lecz

trzeba użyć:

natężenie pola E, indukcję elektrostatyczną D i polaryzacje P.
D=ε

0

E+P

Jeżeli dielektryk umieszczony jest w polu elektrycznym to pojawią się ładunki
indukowane powierzchniowe, kt

óre osłabią pole wewnątrz dielektryka, spowoduje to

zmniejszenie różnicy potencjałów.
Łączenie kondensatorów: Szeregowo

U=const.

Q=ΣQi

Równolegle

C=

U=ΣUi

Q=const.

21. Pojęcie prądu elektrycznego i wielkości opisujące prąd elektryczny,
prawa Ohma i Kirchhoffa.

Prąd to uporządkowany i ustalony ruch ładunków. Nośnikami ładunków w przewodnikach
mogą być ładunki dodatnie i ujemne. Wielkości opisujące prąd:

a)

Natężenie prądu: I=dq/dt –zmienny I=q/t – stały I=[A]=[C/s]

b)

Gęstość prądu: j=I/A A-powierzchnia prostopadła do ruchu ładunków j=Di/Da

c)

Napięcie U

d)

Prędkość unoszenia: V

u

– przy zderzeniach elektronów tracona jest cześć energii

kinetycznej, lecz potem pole

znów rozpędzi elektrony powodując ze średnią prędkość

jest taka sama. Jest ona

równoległa do natężeń pola i ma zwrot przeciwny do

natężenia

Prawo Ohma: stosunek

napięcia do przyłożonego do przewodnika do natężenia prądu

przewodnika jest stały.
R=U/I R=pl/s l-

długość s-przekrój p-opor właściwy

Prawo Kirchhoffa:
1) suma

natężeń wpływających do węzła jest równa sumie natężeń wypływających z węzła

2) suma

spadków i wzrostów napiec oraz SEM w oczku wynosi 0.

SEM- jest to

różnica potencjałów (napięcia) na biegunach źródła prądu, kiedy przez ogniwo

nie płynie prąd

SEM=

SEM=I(R

w

+R

z

)

Łączenie oporników:

szeregowo: R=

ΣRi

r

ównolegle:

22. Przepływ prądu przez elektrolity - prawa Faradaya, przepływ prądu
przez gazy.

Przepływ prądu przez elektrolity jest możliwy dzięki istnieniu jonów obu znaków, które
powstają w wyniku dysocjacji. Jony przenosza ładunki.

Elektroliza-

to wytwarzanie się substancji na elektrodach podczas przepływu prądu,

warunkiem elektrolizy. Jest to, że elektrody nie rozpuszczają się w elektrolicie.
Dodatnia-anoda, ujemna-katoda.

I Prawo Faradaya- Masa wydzielonej substancji jest proporcjonalna do

ładunku, jaki przepływa

przez elektrolity.

M=k*q, k-

równoważnik elektrochemiczny q - ładunek [C]

II Prawo Faradaya-

równoważniki elektrochemiczne pierwiastków są proporcjonalne do ich

równoważników chemicznych.

=

=

, gdzie równoważnik chemiczny jest stosunkiem masy atomowej A danego

pierwiastka do jego wartości.

k=

-

to można podstawić do I Prawa Faradaya i wyjdzie położenie

Przepływ prądu przez gazy: Gazy są przeważnie dielektrykami i nie przewodzą prądu,

stają się one przewodnikami dopiero, gdy działa czynnik powodujący jonizacje gazu. Są to np.;
promieniowanie nadfioletowe, rentgenowskie, promieniowanie kosmiczne- Przewodnictwo
gazów spowodowane jest, więc działaniem jonizatora, a nie pola elektrycznego, nazywa się to
przewodzeniem niesamowitym. Łączenie się jonów w gazach nazywa się …………….
Występuje, gdy liczba jonów wytwarzanych jest większa niż liczba jonów rekombinujących ze
sobą.

Plazma-

gazy silnie zjonizowane, w których koncentracja jonów i elektronów jest bardzo silna.

23.Pole magnesu stałego przewodnika z prądem, cewki.

Magnes stały (trwały) -jest najbardziej znanym urządzeniem wytwarzającym pole
magnetyczne. Magnes ten posiada dwa bieguny N i S. W polu magnetycznym wytworzonym
przez magnesy stałe istnieją punkty maksymalnego zagęszczenia. Linie pola mają kierunek od
N do S. Magnes ten zbudowany jest z materiału ferromagnetycznego. Gdy podzielimy go na 2
części powstaną dwa nowe magnesy, co oznacza, że nie da się rozdzielić biegunów.

Przewodnik

prostoliniowy, przez który płynie prąd wytwarza pole magnetyczne, jego linie

tworzą okręgi, które są prostopadłe do przewodnika i środkach leżących na przewodniku.
Zwr

ot wyznacza się przy pomocy reguły prawej dłoni: jeśli kciuk prawej dłoni ustawimy w ten

sposób, by pokazywał kierunek płynącego prądu, to pozostałe palce pokażą zwrot linii pola
magnetycznego.
Wartość natężenia magnetycznego wytworzonego przez nieskończenie długi przewodnik jest
proporcjonalne do natężenia prądu i odwrotnie proporcjonalne do długości od przewodnika.

Cewka

– składa się z pewnej liczby zwojów.

ɸ=li

C =

SEM-

siła elektromotoryczna

ɸ - strumień indukcji pola
i

– natężenie prądu

C

– stała cewki

H

– natężenie pola magnetycznego

J

– natężenie prądu

Solenoid

– cewka indukcyjna, w środku pole wytworzone jest stosunkowo duże a na zewnątrz

maleje.

24. Oddziaływanie wzajemne pola magnetycznego i prądu. Siła
elektrodynamiczna, indukcja pola magnetycznego B, prawo Ampera,
oddziaływanie dwóch przewodników z prądem.

Siła działająca na przewodnik z prądem

⃗ =I x ⃗ =qv x B

I

– natężanie

B-indukcja

Prawo Ampera

– prawo wiążące indukcję magnetyczną wokół przewodnika z prądem z

natężeniem prądu elektrycznego przepływającego w tym przewodniku. W fizyce jest to
magnetyczny odpowiednik prawa Gaussa i należy do praw fizycznych wynikających z
matematycznego twierdzenia Stokesa.

∮

I

- przenikalność magnetyczna próżni (w henrach na metr),

I-

natężenie prądu objętego krzywą C,

25. Działanie silników elektrycznych i akceleratorów

Silnik elektryczny

prądu stałego zawiera wirnik, w którym znajduje się uzwojenie i komutator.

Wirnik obraca się w polu magnesu stałego. Na każdy ze zwojów wirnika działa moment siły
wprow

adzający ją w ruch. W silnikach prądu stałego istnieje potrzeba zmiany kierunku prądu

w uzwojeniu po obrocie o pewien kąt (np. 180st.) bo kierunek momentu siły zmienił się na
przeciwny, do tego właśnie służy komutator. Prąd płynący w uzwojeniu wykonuje pracę, która
odbierana jest w postaci energii kinetycznej ruchu obrotowego

Bilans energetyczny:

UI=I

2

R+P

– moc mechaniczna

W wyniku pracy tego silnika powstaje SEM

W silniku elektrycznym

prądu stałego wektor indukcji B zmienia się wraz ze zmianami wartości

na

tężenia prądu w uzwojeniu.

Akcelerator

– to urządzenie służące do przyspieszania cząstek elementarnych lub jonów.

Najprostszymi urządzeniami są dzieła elektronowe, które stosuje się w kineskopach
telewizorów i monitorów. Cząstki przyspieszone są polem elektrycznym, pole magnetyczne
stosuje się do nadania cząstkom odpowiedniego toru. Pole elektryczne tworzone jest przez
układy generatorów o bardzo wysokim napięciu, następnie przekazywane na elektrody. Pole
magnetyczne jest tworzone przy pomocy elektromagnesów.

26. Zmienne pola elektryczne i magnetyczne - prawo indukcji Faradaya,
uogólnione prawo Ampera. Prądnica

Prawo indukcji Faradaya: SEM indukowana w obwodzie jest

równa szybkości ubytku

strumienia magnetycznego przenikającego obwód

SEM= -

[V]=

minus ma znaczenie formalne i ma znaczenie dopiero przy

dodatkowych umowach (reguła Lenza)

SEM=

ɸEdl

ɸ=∫ -strumień magnetyczny

Uogólnione prawo Ampera :∮

H

– natężenie pola

I

– natężenie prądu

27. Równanie Maxwella i jego zastosowanie

Lp.

Postać różniczkowa

Postać całkowa

Nazwa

Zjawisko fizyczne

opisywane przez

równanie

1.

prawo
Faradaya

Zmienne w czasie
pole magnetyczne
wytwarza wirowe pole
elektryczne.

2.

prawo Ampera
rozszerzone
przez Maxwella

Przepływający prąd
oraz zmienne pole
elektryczne
wytwarzają wirowe
pole magnetyczne.

3.

prawo Gaussa
dla
elektryczności

Źródłem pola
elektrycznego są
ładunki.

4.

prawo Gaussa
dla
magnetyzmu

Pole magnetyczne jest
bezźródłowe, linie pola
magnetycznego są
zamknięte.

gdzie:



D

– indukcja elektryczna [ C / m²]



B

– indukcja magnetyczna [ T ]



E

– natężenie pola elektrycznego [ V / m ]



H

– natężenie pola magnetycznego [ A / m ]



Φ

D

– strumień indukcji elektrycznej [ C = A·s]



Φ

B

– strumień indukcji magnetycznej [ Wb ]



j

– gęstość prądu [A/m²]



ρ – gęstość ładunku [ C / m

3

]



– operator dywergencji [1/m],



– operator rotacji [1/m].

Równania Maxwella – cztery podstawowe równania elektrodynamiki klasycznej
sformułowane przez Jamesa Clerka Maxwella. Opisują one właściwości pola elektrycznego i
magnetycznego

oraz zależności między tymi polami. Równań Maxwella nie należy mylić z

termodynamicznymi relacjami Maxwella.

28.

Pojęcie fali i parametry charakteryzujące falę. Fale mechaniczne i fale

elektromagnetyczne.

Fala to zaburzenie rozprzestrzeniaj

ące się w ośrodku lub przestrzeni. Fale przenoszą energię

z jednego miejsca do drugiego bez transportu materii,

charakterystycznymi własnościami są:

odbicie, załamanie, dyfrakcja, interferencja, dudnienie
Parametrami charakteryzującymi fale są:

a) Okres (T)

– czas pełnego jednego drgania

b)

Częstotliwość – f. Drgań w czasie [Hz]

c) Amplituda

– maksymalne wychylenie od położenia równowagi

d)

Długość – odległość miedzy dwoma grzbietami

e)

Prędkość rozchodzenia się fali

f)

Promień fali – kierunek rozchodzenia się fali

Fale mechaniczne

– fale rozchodzące się w ośrodkach sprężystych poprzez

rozprzestrzenianie się drgań tego ośrodka. Przykładami fal mechanicznych są: fale morskie,
fale dźwiękowe, fale sejsmiczne. Fale mechaniczne mogą być falami podłużnymi (np. fala
dźwiękowa) lub poprzecznymi (np. fala powstała na linie). W procesie rozchodzenia się fali
zasadnicze znaczenie ma proces odwracalnych przemian potencjalnej energii mechanicznej
(energii ciśnienia bądź naprężenia) w energię kinetyczną.

Fale elektromagnetyczne

– można traktować ją, jako przenoszenie drgań pole

elektromagnetycznego od jednego punkt

do drugiego. Nie wymagają obecności ośrodka i

dlatego mogą rozchodzić się w próżni. Zaburzenia falowe mają charakter fali poprzecznej np.
fale radiowe, mikrofale, podcze

rwień, ultrafiolet, promieniowanie gamma

29. Dyfrakcja, interferencja i polaryzacja fal. Zastosowania

Dyfrakcja (

ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na

krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Najlepiej widać to zjawisko, gdy rozmiary
niejednorodności ośrodka są porównywalne z długością fali. Zgodnie z zasadą Huygensa fala
rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt fali staje się nowym źródłem fali kulistej. Po
minięciu przeszkody fale zaczynają się na siebie nakładać.

Interferencja

– zjawisko powstawania nowego, przestrzennego układu fali w wyniku

nakładania się (superpozycji) dwóch lub więcej fal.

Interferencja zachodzi dla wszystkich ośrodkach i dla wszystkich rodzajów fal. Aby
zaobserwować maksima i minima interferencyjne konieczne jest, aby źródła fal były konkretne,
czyli miałby taką samą fazę, częstotliwość i długość.

Polaryzacja

– to własność fali poprzecznej. Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym

wybranym kierunku. Natomiast fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach
jednakowo. Polaryzacje można otrzymać np. przez odbicie od ośrodka przezroczystego,
podwójnie załamanego.

Zastosowanie:
a) dyfrakcji

– badanie fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach w tym i kształtów,

rentgenowskie zdjęcia
b) interferencja -

Interferencja pozwala na bardzo precyzyjny pomiar długości drogi od źródła

do detektora fali. Długość fali może stać się wzorcem odległości, np. metra, co wykorzystuje
interferometr laserowy.
c) polaryzacja

– filtry polaryzujące (np. w dziurach słonecznych), wyświetlacz LCD, projektory

obrazu trójwymiarowego, radary, anteny nadawcze i odbiorcze

30. Fale stojące, dudnienia (akustyka, różne instrumenty muzyczne i ich
strojenie)

Fala stojąca charakteryzuje się tym, że wzdłuż prostej określającej kierunek rozchodzenia się
fali nakładających się na siebie występują punkty całkowitego wygaszenia drgań ( węzły) i
punkt

, w których drgania odbywają się z maksymalna amplituda równa 2A. Odległości

poszczególnych węzłów fali stojącej od źródła określone są zależnością: Z

w

=(Z

n

+1)

n=0,1,2… Odległości strzałek od źródła fali: Z

w

=n

Fala stojąca nie przenosi przez ośrodek żadnej energii, energia każdej cząstki jest stała

Dudnienia- to okresowe zmiany amplitudy

dźwięku wypadkowej wywołujące specyficzne

wrażenia dźwiękowe polegające na słyszeniu tego dźwięku raz głośnie a raz ciszej. Dudnienie
obserwuje się dla wszystkich rodzajów drgań w tym i wywołanych falami. Równanie dudnień:

Zastosowanie dudnień:

a) strojenie

instrumentów muzycznych, ponieważ im dwie częstotliwości są sobie bliższe tym

dudnienie jest wyraźniejsze a znika przy idealnym dobraniu częstotliwości

b) zmiana

odbieranych częstotliwości w odbiornikach fal radiowych

c)

określanie częstotliwości drgań lub fal poprzez sumowanie fali odebranej i wzorcowe (radia

dopplerowski)

zjawiska związane z efektami akustycznymi i efekt Dopplera

31. Efekt Dopplera.

Polega na względnej zmianie częstotliwości fali odbieranej np. przez ucho w stosunku do
częstotliwości fali wysyłanej ze źródła, gdy źródło i przyrząd odbierający poruszają się
względem siebie
Przypadki:

a)

Źródło jest nieruchome a przyrząd zbliża się z przedmościa v, źródło wysyła fale o
częstotliwości f=

Częstotliwość fali odbieranej jest równa f’=

=(

)f=(1+

)f

–wynika z tego ze, gdy

przyrząd zbliża się do ciała to otrzymana częstotliwość jest większa niż rzeczywista
natomiast, gdy

się oddala to częstotliwość jest mniejsza

b)

Zbliża się do źródła z prędkością v, a przyrząd stoi
Gdy źródło zbliża się częstotliwość jest większą niż w rzeczywistości jest tak, bo zanim
przyjdzie 1

odległość się zmniejszy i drgania są częstsze. Gdy źródło się oddala to

częstotliwość jest mniejsza

c)

Źródło i przyrząd poruszają się – łączy dwa powyższe przypadki

32.

Światło, jako fala elektromagnetyczna.

Drgające ładunki elektryczne wytwarzają w przestrzeni zmienne pole elektryczne, które
zgodnie z prawem Maxwella indukuje zmienne pole magnetyczne, a to z kolei indukuje
zmienne pole elektryczne itd.

Tak, więc drgania pola elektrycznego wzbudzają drgania pola

magnetycznego i odwrotnie.

Drgające pola, które wzajemnie się wzbudzają, nazywamy

promieniowaniem elektromagnetycznym.

Światło, jako fala elektromagnetyczna to

rozchodzące się zaburzenia natężenia pola elektrycznego i magnetycznego. Światło to fala
widzialna dla człowieka o zakresie 390-780nm. Światło o jednakowej długości nazywamy
monochromatycznym.

Światło podlega tym samym prawom, jakim podlegają fale

elektromagnetyczne. W danym

ośrodku wszystkie fale elektromagnetyczne rozchodzą się z

taka sama

prędkością, która wynosi w próżni 300tys. Km/s. Do tych praw należą: interferencja,

dyfrakcja, polaryzacja i efekty kwantowe. Dyfrakcja jest tutaj trudna do

zauważenia, bo światło

często nie jest monochromatyczne, co powoduje zacieranie się obrazu. Polaryzacja pokazuje
ze światło jest fala poprzeczna, najlepiej jednak można je zaobserwować na przykładzie
lasera

33.

Światło, jako strumień fotonów, efekt fotoelektryczny i dwoista natura

światła

Zgodnie z dualizmem korpuskularno-falow

ym światło postrzegane jest, jako fala

elektromagnetyczna oraz jako

strumień fotonów.

Foton-

to cząsteczka elementarna nieposiadająca ładunku elementarnego ani moment

magnetycznego o masie spoczynkowej

równej 0. Fotony są nośnikami oddziaływań

elektromagnetycznych. W fizyce foton jest kwantem pola elektromagnetycznego.
Zjawisko fotoelektryczne polega na:

a)

Emisji elektronów z powierzchni przedmiotu

b)

Przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi

Trzy cechy zjawiska fotoelektrycznego

na dadzą się wyjaśnić za pomocą teorii falowej, z której

wynik:

a)

Energia kinetyczna fotoelektronów powinna wzrastać z natężeniem a tak nie jest

b)

Efekt ten powinien występować dla dowolnej częstotliwości czy odpowiednio dużym
natężeniu, co nie zachodzi

c)

Gdy światło jest dostatecznie słabe elektrony wybijane z katody powinny wykazywać
charakterystyczne

opóźnienie w czasie, czego się nie obserwuje

Równanie Einsteina:
Jeżeli do wyrwania elektronu z metalu potrzebna jest energia W to wówczas

E- energia W-praca h-sta

ła Plancka v-częstotliwość padania fotonów

Innym efektem wskazującym na korpuskularną naturę światła jest zjawisko Comptona.

Jest to zjawisko rozproszenia promieniowania X i promieniowania gamma. W wyniku, czego
następuję zwiększenie długości fali promieniowania. Ze wzoru Comptona wynika ze zmiana
długości fali nie zależy od energii fotonu padającego, lecz od kąta rozproszenia.

D

ualizm falowo korpuskularny: nie da się opisać zachowania światła za pomocą jednej

teorii. W pewnych przypadkach promi

eniowanie elektromagnetyczne zachowuje się jak fala o

określonej częstotliwość v lub długości λ a w innych, jako zbiór fotonów o energii E=hv, pędzie

p=

i masie spoczynkowej rowniej 0.Im promieniowanie ma wieksza częstotliwość tym efekty

korpuskula

rne są silniejsze.

34. Dwoista natura materii, fale de’Broglie’a, dyfrakcja elektronów i
neutronów na kryształach

De’Broglie wysunął hipotezę, że cząstki materialne podobnie jak fale elektromagnetyczne
powinny wykazywać cechy falowe i cechy korpuskularne. Według de’Broglie’a cząstka
poruszająca się z pędem p i energią E odpowiada fala płaska o częstotliwości drgań v=

i

długości λ=

. Trzeba pamiętać ze masa spoczynkowa fotonu jest równa zero, a masa

spoczynkowa cząstki jest skończona i równa m

0cz

. Założeniem de’Broglie’a było, że cząstce

można przypisać falę płaską, lecz takie fale w rzeczywistości nie istnieją i raczej do opisu
wykorzystuje

grupę fal o różnych częstotliwościach, lecz określonej prędkości grupowej. Aby

zaobserwować interferencje dla fali de’Broglie’a należy użyć siatki dyfrakcyjnej o stałej
nieróżniącej się dużo od długości padającego promieniowania. Dyfrakcja fali na krysztale
polega na selektywnym wzmocnieniu fal odbitych w niektórych tylko kierunkach.

Każdy atom kryształu, na który pada fala sam staje się źródłem nowej fali o tej samej długości
(zasada Huygensa). Fale wtórne emitowane przez poszczególne atomy będą interferować ze
sobą. Warunkiem wzmocnienia fal jest to, aby różnica dróg optycznych była równa
wielokrotności długości fali.

Prawo Bragga Prawo to dotyczy tzw. dyfrakcji Bragga. Kiedy promieniowanie rentgenowskie
pada na kryształ, na każdym jego atomie dochodzi do dyfrakcji. Warunek Bragga zakłada
odbicie od

płaszczyzn, na których układają się atomy kryształu.

Zjawi

sko to można zaobserwować dla fal o długości porównywalnych z odległością miedzy

płaszczyznami międzyatomowymi, czyli d<0,1nm. Np. dla promieniowania rentgenowskiego

35. Model atomu Bohra:

Założenia Bohra:

a)

atom wodoru może znajdować się jedynie w ściśle określonych stanach, w których nie
promieniuje energii;

b)

warunkiem wyprowadzenia energii jest przejście atomu ze stanu o energii wyższej do
energii niższej, co opisuje równanie:

hv=E

k

-E

i

gdzie: h -

stała Plancka, E

n

i E

l

energie układu w obu stanach stacjonarnych.

Atomy wodoru Bohra:

Wokół jądra, które zajmuje niezwykle małą jego część, po orbitach kołowych porusza się
elektron, który jest przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Bohr przyjął regułę, że
moment pędu może przyjmować wartości skwantowane:

l = n

, n = 1, 2, 3, …

Promień orbity rośnie jak n

2

, a energia całkowita maleje, co do wartości bezwzględnej jak

;

promień atomu Bohra i energię można obliczyć przyrównując siły elektrostatyczne do siły
dośrodkowej. Elektron krąży po orbitach stabilnych, nieemitując promieniowania.
Promieniowanie pojawia się dopiero przy zmianie orbity. Częstotliwość emitowanego
promieniowania jest równa

:

v=

siła elektrostatyczna

siła dośrodkowa

36. S

tan elektronu w atomie określony przez 4 liczby kwantowe i zakaz

Pauliego. Budowa

atomów wieloelektronowych

a) powłoka elektronowa (wokół danego atomu) – zbiór orbitali atomowych mających tę samą
główną liczbę kwantową n. Liczba stanów kwantowych określa wzór: 2n

2

b)

pod powłoka elektronowa – zbiór stanów kwantowych o tych samych wartościach n i l

liczba stanów kwantowych dla l: k+2
l

decyduje o kształcie orbitalu

c) poziom orbitalny

– zbiór stanów kwantowych o tych samych liczbach n, l i m

Mag

netyczna liczba kwantowa określa ułożenie w przestrzeni, a liczba (2l+1) wartości

całkowitych (od -l do +l)

d) spin-

czyli własny moment pędu cząstek elementarnych, także jąder atomowych

e) rzut spinu

– to kierunek wymuszony przez pole elektryczne lub magnetyczne, może

przybierać 2 różne orientacje przestrzenne bez względu na pozostałe wartości liczb
kwantowych. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa przybiera wartości +/-

Zakaz Pauliego: w atomie stan określony przez 4 liczby kwantowe może być zajęty tylko przez
jeden elektron. W atomie nie mogą istnieć elektrony o takich samych liczbach kwantowych.
Zasada nieokreśloności Heisenberga: nie da się jednoznacznie określić położenia i pędu
elektronu, zawsze obliczymy go z błędem.

Reguła Hunda: liczba niesparowanych elektronów musi być jak największa.

Na elektron wieloelektrodowy działa siła elektrostatycznego przyciągania przez jądro o
ładunku +2e i (2-1) e sił elektrostatycznego odpychania przez inne elektrony. Każdy
pierwiastek ma charakterystyczną konfigurację w stanie podstawowym, w stanie wzbudzonym
nie działają wszystkie reguły zapełniania powłok, lecz musi być zakaz Pauliego i reguła
Hunda.

37.Własności magnetyczne materiałów: diamagnetyki, paramagnetyki
(prawo Curie), ferromagnetyki (temperatura Curie, domeny magnetyczne,
pętla histerezy).

W każdym materiale nośnikami magnetycznymi są elektrony i jądra atomów. Większość
substancji występujących w ilościach makroskopijnych nie wskazuje własności
magnetycznych, dopiero pod

wpływem zewnętrznego pola magnetycznego ujawniają się w

nich te

własności ciała silnie przyciągane przez magnez nazywamy FERROMAGNETYKAMI,

ciało słabo przyciągane przez magnez nazywamy PARAMAGNETYKAMI np. aluminium i
szereg soli. Reszta metali i wszystkie niemetale są DIAMAGNETYKAMI, czyli ciałami słabo
odpychanymi przez

magnez. Związek między magnetyzacją I, a zewnętrznym polem

magnetycznym H; I=XH,
X

–podatność magnetyczna,

Diamagnetyzm

– zjawisko polegające na indukcji w ciele znajdującym się w zewnętrznym

polu magnetycznym

pola przeciwnego, osłabiającego działanie zewnętrznego pola. Zjawisko

odwrotne do diamagnetyzmu to paramagnetyzm.

Należy jednak zaznaczyć, że

paramagnetyzm jest zjawiskiem "odwrotnym" tylko w sensie makroskopowej obserwacji
zachowania się substancji w polu magnetycznym (diamagnetyk jest wypychany z pola
magnetycznego, a paramagnetyk

– wciągany). Stoją za tymi zachowaniami jednak całkowicie

inne zjawiska fizyczne: o di

amagnetyku czytaj niżej, a w paramagnetyku porządkują się

momenty magnetyczne elektronów.

Przyczyną diamagnetyzmu jest fakt, że zewnętrzne pole magnetyczne zmienia tor elektronów
na orbitach (jakby indukuje w układzie prąd elektryczny), który powoduje powstanie pola
magnetycznego skierowanego p

rzeciwnie do pola zewnętrznego.

Diamagnetyzm występuje we wszystkich substancjach, ale zwykle jest maskowany przez
silniejszy pa

ramagnetyzm. Wyjątkiem są przeważnie związki chemiczne posiadające wiązania

wielokrotne lub

układ aromatyczny.

Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują właściwości magnetycznych - nie są przyciągane
przez magnes. Umieszczenie dimagnetyka

w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje

powstanie w tym materiale pola magnetycznego skierowanego przeciwnie. Dla tych ciał
względna przenikalność magnetyczna μ ośrodka jest nieco mniejsza od jedności
(diamagnetyki nieznacznie osłabiają pole magnetyczne). Do diamagnetyków zalicza się: gazy
szlachetne, prawie wszystkie metale i metaloidy

niewykazujące własności para- lub

ferromagnetycznych (np: bizmut, krzem, cynk, magnez,

złoto, miedź) a także fosfor, grafit,

woda

oraz wiele związków chemicznych. Diamagnetyczne są też DNA i wiele białek.

Paramagnetyzm -

zjawisko magnesowania się makroskopowego ciała w zewnętrznym polu

magnetyczn

ym w kierunku zgodnym z kierunkiem pola zewnętrznego. Substancja wykazująca

takie własności to paramagnetyk, jest on przyciągany przez magnes, jednak znacznie słabiej
niż ferromagnetyk. W niezbyt niskich temperaturach oraz dla niezbyt silnych pól
magnetycznych paramagnetyki wykazują liniową zależność namagnesowania od pola
zewnętrznego, co wyraża wzór:

gdzie:



M - namagnesowanie (moment magnetyczny

jednostki objętości substancji)



χ - objętościowa podatność magnetyczna



H -

natężenie pola magnetycznego.

W niskich temperaturach lub dla bardzo silny

ch pól magnetycznych namagnesowanie traci

liniową zależność od pola zewnętrznego i wykazuje nasycenie.

Podatność magnetyczna zależy od temperatury, zjawisko to ujmuje prawo Curie. Niektóre
paramagnetyki w temperaturach niższych od pewnej charakterystycznej dla każdej substancji
wartości, nazywanej punktem Curie, stają się ferromagnetykami.

Przyczyną paramagnetyzmu jest porządkowanie się spinów elektronów ciała zgodnie z liniami
zewnętrznego pola magnetycznego, uporządkowaniu przeciwdziałają drgania cieplne
cząsteczek. W niskich temperaturach lub w silnych polach magnetycznych dochodzi do
uporządkowania niemal wszystkich dipoli magnetycznych elektronów w wyniku, czego
dochodzi do nasycenia. Właściwości paramagnetyczne posiadają substancje o
niesparowanych elektronach.

Paramagnetyki mają przenikalność magnetyczną μ niewiele większą od jedności. Dla
ferromagnetyków μ jest wielokrotnie większe od 1.

Przykłady paramagnetyków:

- tlen O

2

- aluminium
- S

ód

- hemoglobina krwi
- platyna Pt
- tlenek azotu (II) NO

Ferromagnetyzm

– zjawisko, w którym materia wykazuje własne, spontaniczne

namagnesowanie

. Jest jedną z najsilniejszych postaci magnetyzmu i jest odpowiedzialny za

większość magnetycznych zachowań spotykanych w życiu codziennym. Razem z
ferrimagnetyzmem

jest podstawą istnienia wszystkich magnesów trwałych (jak i zauważalnego

przyciągania innych ferromagnetycznych metali przez magnesy trwałe).

Temperatura Curie (oznaczana T

C

) - temperatura

, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie

traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem, zjawisko to wynika ze
zmiany fazy

ciała stałego. Nazwa pochodzi od nazwiska francuskiego fizyka Piotra Curie,

męża Marii Skłodowskiej-Curie.
W temperaturze niższej od temperatury Curie dipole magnetyczne atomów lub cząsteczek
ustawiane są przez wiązania chemiczne w jednym kierunku tworząc domeny
ferromagnetyczne. W temperaturze powyżej temperatury Curie drgania cieplne sieci
krystalicznej niszczą ustawienia dipoli magnetycznych, dipole wykonują drgania.
Poprzez analogię do ferromagnetyków, w ferroplastykach temperatura zaniku własności
ferroplastycznych też jest nazywana temperaturą Curie.

Temperatury Curie wybranych substancji w kelwinach

Substancja Temperatura (K)

Fe

1043

Co

1388

Ni

627

Gd

292

Dy

88

MnAs

318

MnBi

670

Substancja Temperatura (K)

MnOFe

2

O

3

573

FeOFe

2

O

3

858

NiOFe

2

O

3

858

CuOFe

2

O

3

728

MgOFe

2

O

3

713

Y

3

Fe

5

O

12

560

CrO

2

386

Substancja Temperatura (K)

EuS

16.5

CrBr

3

37

Au

2

MnAl

200

Cu

2

MnAl

630

Cu

2

MnIn

500

GdCl

3

2,2

Fe

2

B

1015

38. Budowa jądra atomowego i izotopy, promieniotwórczość naturalna i
rodzaje promi

eniowania jądrowego.

J

ądro atomowe składa się z dodatnio naładowanych protonów i cząstek obojętnych. Obydwa

te rodzaje cząsteczek nazywamy nukleonami. Każda z tych cząstek jest wielokrotnie większa
od masy elektronu. Powoduje

to, że prawie cala masa okupione jest w jądrze. Kształt jądra

jest nieznany, ale

najczęściej przyjmuje się ze jest on kulisty. Protony i neutrony składają się z

kwantów. Kwanty wewnątrz tych cząstek oddziałują ze sobą. Oprócz tego kwanty mogą
sklejać się z kwantami innego protonu lub neutronu, co utrzymuje jądro w całości. Liczbę
nukleonów oznaczamy A i nazywamy liczbą masową. Liczbę protonów, elektronów
oznaczamy Z

i nazywamy liczbą atomową.

Izotopy

– mają identyczną liczbę porządkową Z, a różnią masą molową. Większość

pierwiastków składa się mieszaniny izotopów wodór

H deuter 0=

H tryt T=

H

Izobary-

mają identyczne liczby masowe A, a rożne liczby atomowe Z.

Promieniotwórczość naturalna pochodzi wyłącznie ze źródeł naturalnych, czyli z pierwiastków
radioaktywny

ch obecnych w glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Niektóre pierwiastki o dużej

liczbie Z samorzutnie wysyłają niewidzialne promienie. Ich promieniowanie składa się z trzech
rodzaji promieni:

-promieniowanie alfa-

są strumieniami jąder

He

-promieniowanie beta-

są elektronami poruszającymi się z prędkościami bliskimi to prędkości

światła

-promieniowanie gamma-

są przenikliwym promieniowaniem elektromagnetycznym, którego

długość fal w próżni leżą w zakresie 0,4* 10

-10

- 0,0005* 10

-10.

. Energią promieni alfa i beta

wyznaczamy z odchylenia toru tych cząstek polu elektrycznym i magnetycznym o znanym
natężeniu. Promieniowanie ciał radio aktywnych nie zależy od jakichkolwiek zewnętrznych
czynników fizycznych lub chemicznych. Nie da się tego ani przyspieszyć ani spowolnić.

Rozpad α: jądro traci dwa protony i dwa neutrony

X=

Y +

He

Rozpad β: a) βminus :

X =

Y +

e b) βplus :

X =

Y +

e

Rozpad gamma: jądro w stanie wzbudzonym może powrócić do stanu o niższej energii

X =

X + hr

39. Prawo rozpadu, czas połowicznego zaniku i średni czas życia jądra.
Szeregi promieniotwórcze.

Głosi, że prawdopodobieństwo rozpadu cząstek tworzące substancje jest dla każdej z nich
jednakowe i niezależne oraz nie zmienia się w czasie trwania procesu rozpadu, to ubytek
masy substancji w niewielkim odcinku czasu można wyrazić wzorem:

dm = -

ʎmdt

m

– masa substancji ulegającej rozpadowi

ʎ - stała rozpadu charakterystyczna dla danego izotopu, minus oznacza ubytek jąder, które
jeszcze nie rozpadły się

Średni czas życia jąder określa się ze wzoru t, = 1 / czyli jest to odwrotność stałej rozpadu.
Zarówno stała jak i średni czas życia zależą jedynie od indywidualnych właściwości jądra a
przede wszystkim od liczby masowej i atomowej.
Średni czas życia to okres, w którym ilość pierwiastka zmaleje do N

0

/e

N

0

– początkowa liczba jąder e - stała matematyczna

Zamiast stałej rozpadu częściej używa się okresu połowicznego rozpadu jest to czas w ciągu,
którego rozpadnie się połowa początkowej ilości jąder.

Szeregi promieniotwórcze – to pierwiastki powstające w procesie rozpadu
promieniotwórczego.
Naturalne pierwiastki promieniotwórcze tworzą 4 szeregi, które rozpoczynają się od uranu,
to

ru, aktynu i neptunu. Do naszych czasów dotrwały tylko te szeregi promieniotwórcze, których

okres połowicznego zaniku jest porównywalny z wiekiem ziemi.
Każdy szereg kończy się nie promieniotwórczym izotopem ołowiu.
Równanie równowagi promieniotwórczej N

1

ʎ = N

2

ʎ

40. Reakcje jądrowe, energia jądrowa, reaktory jądrowe.

Reakcje jądrowe – niektóre z nich są wynikiem działań laboratoryjnych, inne dokonały się
podczas powstawania

części wszechświata.( dostarczają wiele informacji: budowa jądra

atomu, pochodzenie

wszechświata, stanach energetycznych). Jądra nietrwałe nazywamy

promieniotwórczymi a rozpady są



promieniowaniem alfa-



Promieniowaniem beta

– elektrony



Promieniowaniem gama

– Fotony

Energia jądrowa – wydziela się podczas przemian jądrowych, uwalnianie się jej jest związane
z różnicami energii wiązania poszczególnych jąder atomowych.

Reakcja syntezy

jądrowej jest głównym źródłem energii emitowanej przez ciało niebieskie.

Jest źródłem promieniowania Słońca.

Reaktor jądrowy- urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje
rozszczepiania jąder atomowych. Reakcja rozszczepiania jader atomowych ma przebieg
lawinowy. W celu kontrolowania

szybkości reakcji tak by przebiegała z jednakowa prędkością

wprowadza

się do reaktora substancje pochłaniające wektory (np. bar), umieszczamy je w

prętach regulacyjnych.

Podział według reakcji jądrowych:



Rozszczepianie jądra atomu



Synteza termojądrowa



Rozpad promieniotwórczy

Podział ze wg przeznaczania



Energetyczne



Badawcze



Napędowe



Militarne

Podział ze wg chłodzenia:



Wodne



Gazowe



Solne



Ciężkowodne



Prędkie

Podział ze wg na generacje:



Pierwszej

– prototypowe



Drugiej



Trzeciej



Czwartej

– najnowsze (jeszcze w fazie badań)

Budowa reaktora:



Rdzeń



Reflektor neutronów



Osłony biologiczne

Rdzeń zawiera pręty paliwowe, regulacyjne, bezpieczeństwa, moderator, kanały chłodzenia i
badawcze