plik

2,6mm

Ćwiczenia 12

WChemii, semestr 1, 2009/10

1. Wybrane zagadnienia z elektromagnetyzmu. Fale elektromagnetyczne

Uważnie przeczytaj wykłady 8 i 9. Spróbuj samodzielnie zrobid przykłady z wykładu, a następnie przy-
stąp do rozwiązywania zadao.

1.Na nierozciągliwych i nieważkich niciach zawieszono dwie kuleczki, każda o masie ,

które naładowano jednakowymi ładunkami . Długośd nici wynosiła . a. Znajdź siły i

działające na każdą kuleczkę. b. Znajdź odległośd , na jaką rozsuną się kuleczki.

2. Oblicz strumieo

natężenia jednorodnego pola elektrycznego przez powierzchnię Gaussa

w postaci walca o promieniu i długości .

3. Przewodząca pętla, przedstawiona na rysunku, składa się
z półokręgu o promieniu

m i trzech odcinków.

Półokrąg znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym

o indukcji skierowanym przed płaszczyznę rysunku. War-
tośd indukcji

, gdzie wyrażone w

teslach, w sekundach. Do pętli dołączone jest źródło SEM

V i zaniedbywalnym oporze wewnętrznym. Opór

pętli wynosi 2,0 . a. Jaka jest wartośd i kierunek siły SEM

, indukowanej w pętli prze pole magnetyczne w chwili

s ? b. Ile wynosi natężenie prądu, płynącego w pętli

w chwili

4. Natężenie pola elektrycznego pewnej płaskiej fali elektromagnetycznej dane jest wyrażeniem:

a. W którym kierunku rozchodzi się fala? Oblicz

długośd fali. b. Podaj odpowiednie wyrażenie opisujące wektor indukcji magnetycznej. c. Czy fala ta jest spolary-
zowana? d. Oblicz natężenie fali.

5. Na rysunku wiązka laserowa o mocy 4,6W i średnicy 2,6mm oświetla od dołu pod-
stawę ( o średnicy d<2,6mm) doskonale odbijającego walca. Ciśnienie promieniowania
wiązki sprawia, że walec unosi się w powietrzu. Gęstośd walca równa się

g/cm

Ile wynosi jego wysokośd h?

6. Monochromatyczne światło zielone o długości fali 550 nm oświetla dwie, wąskie
równolegle szczeliny odległe od siebie o 7,7 m. Oblicz odchylenie kątowe (kąt ) jasnego prążka trzeciego rzędu.

7. W doświadczeniu interferencyjnym z dwiema szczelinami odległośd między szczelinami wynosi 5,0mm, a odle-
głośd szczelin od ekranu 1,00m, Na ekranie obserwuje się dwa obrazy interferencyjne: jeden dla światła o długości

fali 480nm, a drugi dla światła o długości fali 600nm. Ile wynosi na ekranie odległośd między jasnymi prążkami
trzeciego rzędu obu obrazów interferencyjnych?

Na następne zajęcia proszę zrobić powyższe zadania oraz nauczyć się materiału z wykładu 9 i
10.( Rozwiązania większości zadań w podanym niżej podręczniku)

Literatura

D.Halliday,R.Resnick,J.Walker: Podstawy fizyki, t.3 i 4
(podręcznik polecany – z niego są zaczerpnięte niektóre tematy zadao)

Pytania i zagadnienia, które mogą pojawić się na egzaminie pisemnym

1. a. Omów pole elektryczne: źródła, zdefiniuj wektor natężenia pola elektrycznego i strumień natężenia pola elek-
trycznego

, graficzny sposób przedstawiania pola. (3p) b. Podaj wyrażenie na siłę Coulomba i zastosuj go w

przykładzie z atomem wodoru w celu wyznaczenia promienia orbity elektronu. Czy takie podejście jest poprawne?
(3p) c. Sformułuj prawo Gaussa dla pola elektrycznego i sprawdź jego słuszność w przypadku ładunku punktowego
wewnątrz sfery. (4p)

2. a. Zdefiniuj wektor indukcji pola magnetycznego , wymień źródła tego pola. Podaj równanie ruchu i scha-
rakteryzuj ruch cząstki w polu magnetycznym jednorodnym i niejednorodnym. (3p) b. Omów pole magnetyczne Ziemi
i jego znaczenie dla życia na Ziemi. Co to są pasy radiacyjne Van Allena? Jak wytłumaczysz powstawanie zorzy
polarnej? Co to są burze słoneczne i jakie niosą zagrożenia? (4p) c. Zdefiniuj strumień pola magnetycznego. Podaj
prawo Gaussa dla pola magnetycznego. (3p)

3. a. Zdefiniuj siłę elektromotoryczną i wymień jej źródła. (1p) b. Na czym polega przepływ prądu elektrycznego?
Definicja natężenia prądu elektrycznego. (1p) c. Podaj doświadczalne dowody na to, że prądy elektryczne są źró-
dłami pola magnetycznego. Sformułuj prawo Ampere’a. (3p) d. Zastosuj prawo Ampere’a do wyprowadzenia wzoru
na wartość indukcji magnetycznej wokół prostoliniowego przewodnika z prądem.(3p) Uogólnij prawo Ampere’a na
przypadek, gdy pole magnetyczne jest indukowane przez zmienne pole elektryczne. (2p)

4. a. Zdefiniuj siłę elektromotoryczną i wymień jej źródła. Zdefiniuj strumień pola magnetycznego

i krążenie (cyr-

kulację) wektora natężenia pola elektrycznego (2p) b. Podaj prawo Faraday’a, regułę Lenza. (3p) c. Wyprowadź
zależność między cyrkulacją

i zmianą strumienia pola magnetycznego. Jaka jest różnica między liniami pola

elektrycznego wytworzonego przez ładunki statyczne i liniami pola indukowanego? (3p) Znajdź wartość indukowanej
siły elektromotorycznej i natężenie prądu płynącego w pętli z przewodnika o polu powierzchni S umieszczonej w
jednorodnym polu magnetycznym o indukcji rosnącej w czasie:

. Opór obwodu z pętlą wynosi . (2p)

5. a. Napisz równania Maxwella dla przypadku, gdy nie nie występują materiały dielektryczne i magnetyczne. (3p) b.
Z jakimi zjawiskami fizycznymi są one związane? (3p) c. Wyjaśnij, na czym polega rozchodzenie się fali elektroma-
gnetycznej, podaj odpowiednie wyrażenia dla płaskiej, harmonicznej fali elektromagnetycznej. (3p) d. Narysuj wykres
takiej fali. (1p)

6. a. Objaśnij, na czym polega rozchodzenie się fal elektromagnetycznych. Podaj prawa, z których wynika równanie
fali elektromagnetycznej. (2p) b. Podaj wyrażenia na natężenie pola elektrycznego i indukcji magnetycznej dla pła-
skiej, harmonicznej fali elektromagnetycznej w próżni oraz jej równanie falowe. Narysuj wykres takiej fali. (3p) c. Scha-
rakteryzuj fale elektromagnetyczne (rodzaj fali, szybkość rozchodzenia się, zakresy widma elektromagnetycznego,

itp.). Omów poznane źródła fal radiowych, światła, promieniowania rentgenowskiego (3p) d. Wymień zjawiska świad-
czące o tym, że fala elektromagnetyczna przenosi pęd i energię. (2p)

7. a. Podaj równania płaskiej, harmonicznej fali elektromagnetycznej w próżni i wyrażenie na szybkość światła c.
Sporządź jej wykres. Czy fala ta jest spolaryzowana? Uzasadnij odpowiedź. (3p) b. Jak zmieni się szybkość światła
w ośrodku nieprzewodzącym (np. w szkle)? Omów zjawiska odbicia i załamania światła. (2p) c. Co to jest kąt gra-
niczny? Oblicz kąt graniczny dla diamentu, dla którego współczynnik załamania wynosi 2,44. (2p) d. Na czym polega
zjawisko dyspersji światła? Podaj jego przykłady. Wyjaśnij zjawisko rozszczepienia światła białego przez pryzmat i
powstawania tęczy. Wykonaj odpowiednie rysunki. (2p)

8. a. Objaśnij, na czym polega rozchodzenie się fal elektromagnetycznych. Podaj prawa, z których wynika równanie
fali elektromagnetycznej oraz równania płaskiej, harmonicznej fali elektromagnetycznej w próżni i wyrażenie na jej
szybkość. (3p) b. Wymień zjawiska świadczące o falowej naturze światła. Jak zmieni się szybkość światła w ośrodku
nieprzewodzącym (np. w szkle ) (1p) c. Omów zjawisko polaryzacji i sposoby polaryzacji światła oraz wykorzystanie
zjawiska polaryzacji. (2p) d. Podaj zasadę Huygensa i wytłumacz za jej pomocą zjawisko dyfrakcji. Jaka jest różnica
między ugięciem i załamaniem światła? (2p) e. Omów interferencję światła na dwóch szczelinach. Podaj warunki,
jakie muszą spełniać fale, aby zaszła interferencja. Przykłady interferencji światła, fal elektromagnetycznych. (2p)

a. Co to jest temperatura? Omów poznane skale temperatur. (2p) b. Wyjaśnij, co nazywamy równowagą termo-

dynamiczną. Podaj zerową zasadę termodynamiki i jej związek z temperaturą (2p) c. Omów rozszerzalność cieplną
ciał i zależność oporu metali od temperatury. (2p) d. Co to jest ciepło? Jak obliczyć ciepło potrzebne do zmiany tem-
peratury ciała o T, do zmiany stanu skupienia ciała?. Oblicz, ile ciepła należy dostarczyć, aby 100g wody o tempe-
raturze 90

C zamienić w parę wodną, jeśli ciepło właściwe wody wynosi 4,19J/(g

), ciepło parowania 2260J/g. (4p)

10. a. Co nazywamy przemianą termodynamiczną? (1p) b. Wyprowadź wzór na pracę wykonaną przez gaz doskona-
ły. (2p) c. Korzystając z równania gazu doskonałego

( - ilość moli), znajdź wyrażenie na pracę w

przemianach: izobarycznej, izochorycznej, izotermicznej. (3p) d. Podaj różnicę między ciepłem a pracą w termody-
namice. Napisz wyrażenie na ciepło pobrane (lub oddane) przez moli gazu doskonałego w przemianach: izoba-
rycznej, izochorycznej, izotermicznej. (4p)

11. a. Co nazywamy energią wewnętrzną ciała? Co to znaczy, że energia wewnętrzna jest funkcją stanu? (2p) b.
Podaj różnicę między ciepłem a pracą w termodynamice. Podaj wzór na pracę wykonaną przez gaz idealny. (2p) c.
Sformułuj pierwszą zasadę termodynamiki. Zastosuj pierwszą zasadę termodynamiki do przemiany: izobarycznej,
izochorycznej, izotermicznej, adiabatycznej gazu doskonałego. (6p)

12. a. Podaj definicję entropii. Co to znaczy, że entropia jest funkcją stanu? Jak zmienia się entropia w procesach
cyklicznych? Oblicz zmianę entropii podczas topnienia kawałka lodu. (2p) b. Scharakteryzuj procesy zachodzące
samorzutnie w przyrodzie. Podaj drugą zasadę termodynamiki sformułowaną za pomocą entropii. (2p) d. Omów
działanie silnika Carnota i wyprowadź wyrażenie na jego sprawność. Podaj inne sformułowanie drugiej zasady ter-
modynamiki. (3p) Omów zasadę działania chłodziarki i wykaż, że nie jest możliwe skonstruowanie chłodziarki ideal-
nej. (3p)

13. a. Zdefiniuj podstawowe pojęcia kinetycznej teorii gazu. Zdefiniuj gaz doskonały, podaj jego równanie. (2p) b.
Wyprowadź wyrażenie na ciśnienie gazu doskonałego. (3) c. Wyprowadź wyrażenie na energię kinetyczną i we-
wnętrzną gazu doskonałego. (3p) d. Omów rozkład Maxwella. (2p)

14. a. Zdefiniuj pojęcia: stanu makroskopowego i mikroskopowego układu, prawdopodobieństwa termodynamiczne-
go. (2p) b. Wytłumacz je posługując się przykładem balonika zawierającego 3 atomy gazu. (3p) c. Podaj mikrosko-
pową definicję entropii oraz drugą zasadę termodynamiki. Wytłumacz, co to znaczy, że entropia jest funkcją stanu.
(3p) Za pomocą entropii wykaż, że nie jest możliwe zbudowanie idealnej chłodziarki. (2p)