Karta wzorów do kursu Fizyka 2

Elektrostatyka

Stały prąd elektryczny c.d.

Prawo

F = q q

(

2

4πε ε r ) = q q (

2

4πε r

1 2

r

0

1 2

)

Siła elektromotoryczna

ε = d W d q

Coulomba

SEM

Prawo Ohma dla obwodu

Natężenie pola

E = F q

I = ε

R+ r

SEM

(

)

0

zamkniętego

Wektor indukcji pola

D = ε ε Ε = εΕ

Opór układu oporników

= ∑

elektrycznego

r

0

R

R

połączonych szeregowo

i

Moment siły działającej

τ = p × E

Ładowanie

 t 

na dipol

q( t) =

p = qd

Cε



− 

1

 − exp



kondensatora

SEM



 RC 

Energia potencjalna

E = −p ⋅ E

 − 

dipola

p

Rozładowywanie

q( t)

t

=

q exp

0





Prawo

ε ε ∫

kondensatora

 RC 

E

⋅ dS = Q

Gaussa

r

0

wew

Związek pracy

k o ń c o w a

p o c z ą tk o w a

∆ E = E

− E

=

z energią

p

p

p

potencjalną

= −

W

Magnetostatyka

Energia

E

r = W

−

p (

)

potencjalna

∞→ r

Siła Lorentza

F

V B

L = Q ⋅

×

Różnica

∆ V = V

− V

= W

−

q

potencjału

konćowy

początkowy

Siła Lorentza

F

L × B

L = I ⋅

Potencjał

V r = W

−

q = E q

p ( )

w punkcie

∞→ r

p

Prawo Gaussa

∫ B

⋅ d S = 0

Związek energii z

Ε = −grad V

potencjałem

Magnetyczny moment

µ = I ⋅S

dipolowy

Pojemność elektryczna

C = Q U

Moment siły działającej na dipol

τ =

Pojemność płaskiego

µ × B

C = ε ε S d = ε S d

kondensatora

r

0

Energia potencjalna dipola

E = −µ ⋅ B

Energia potencjalna

2

magnetycznego

p

E = CU / 2

kondensatora płaskiego

p

Związek pracy z

E

∆ p = E końcowa

p

− E początkowa

p

=

Gęstość energii pola

2

energią

u = D ⋅ E / 2 = ε ε E / 2

elektrostatycznego

E

r

0

potencjalną

= W

−

Pojemność układu kondensatorów

C = ∑ C

połączonych równoległe

i

Źródła pola magnetycznego

Prawo Biota-

µ µ I ds ×r

µ I ds ×r

0

r

dB =

=

Savarta

3

3

4π

r

4π

r

Stały prąd elektryczny

Wektor natężenia pola

Natężenie

B = µ µ

I = d q d t

H

magnetycznego

r

0

prądu

Pole magnetycznego

µ µ I

Wektor gęstości prądu

j = nev

0

r

B =

d

prostoliniowego przewodnika

2π R

Prawo Ohma

R = U I

Pole magnetycznego przewodnika

µ µ Iφ

0

r

Różniczkowe prawo

B =

j = σ E

w kształcie łuku okręgu

4π R

Ohma

Opór prostoliniowego

Prawo Ampere’a

∫ B

⋅dL = µ µ I

R = ρ L S = L (σ S ) 0

r

p

przewodnika

Pole solenoidu

B = nµ µ I = µ µ IN L = µ IN L

Zależność oporu

0

r

0

r

właściwego od

ρ ( T ) = ρ 1+α( T − T ) Pole toroidu

B = µ µ IN 2π r = µ IN 2π r 0

r

( )

( )

0 [

0 ]

temperatury

Moc elektryczna

P = U ⋅ I

1

Karta wzorów do kursu Fizyka 2

Indukcja elektromagnetyczna, magnetyzm materii

Fale elektromagnetyczne c.d.

Strumień

Φ

= ∫ B

⋅dS

magnetyczny

mag.

Wektor

S = E × H = (E× B) / (µ µ

0

r )

Poyntinga

Natężenie średnie

Prawo Faradaya

ε = −dΦ

d t = ∫ E

⋅dL

I = S = ε ε c E

/ 2

0

r

( max )2

SEM

mag.

fali

Indukcyjność cewki

L = N Φ

/ I

Natężenie w odległości

mag.

I ( r ) = P

/ (

2

4π r

źródla

)

r od źródła fali

SEM samoindukcji

ε = − L d I d t

SEM

Ciśnienie fali – pełna absorpcja

p = I / c

(1)

Indukcyjność

ε

= − M I

d

t

d

SEM

2

Ciśnienie fali – pełne

wzajemna

(2)

ε

= −

=

M I

d

t

d

p

2 I / c

SEM

1

odbicie

Szeregowy obwód

ε 

Natężenie światła

 t

− ⋅ R 

I

= I

/ 2

RL – włączanie

I ( t)

SEM

=

1

 − exp



spolaryzowanego

spol.

niespol.

R 

 L 

prądu

(0)

2

I

= I

cos Θ

spol.

spol.

Szeregowy obwód RL

 − ⋅ 

Prawo Malusa

I ( )

t R

t = I ⋅exp



– wyłączanie prądu

0

 L 

n sin Θ = n sin Θ

Energia pola

2

E

= LI / 2

Prawe załamania

1

1

2

2

magnetycznego cewki

mag.

Gęstość energii

pola

2

u

= B⋅H / 2 = µ µ H / 2

Zwierciadła i soczewki. Interferencja. Dyfrakcja mag.

r

0

magnetycznego

1

1

1

2

Uogólnione

+ = =

∫

Zwierciadła sferyczne

B

⋅ L = µ µ ε ε Φ

+

,

prawo

d

d

d t

s

s

f

r

0

r

0

r

elektr.

Ampere’a-

+µ µ I = µε dΦ

d t + µ I

Cienkie





1

1

1

n

 1

1 

Maxwella

0

r

p

elektr.

p

soczew

soczewki

+ = = 

−1

−



,

Drgania elektromagnetyczne i prąd zmienny ki

s

s

f

 n

 R

R 

otoczenia

1

2





λ = λ

Obwód LC

q( t) = q ⋅cos t / LC +ϕ

/ n

Długość fali w ośrodku

max

{ ( ) }

0

Doświadczenie

 − 

q( )

Rt

t = q

⋅exp

cos

t

Ω +ϕ ;

Younga – interfere- -

d ⋅sin Θ = m ⋅ λ; m = 0, 1

± , 2

± ,....

max

(

)

Obwód

 2 L 

-ncja konstruktywna

RLC

Ω = (

1/ LC)2

2

−  R /(2 L) 2





Interferencja

ε

konstruktywna

λ

=ε ⋅

⋅

ε =ε

2 d = (2 m + )

1

; m = 0, 1

± , 2

± ,....

Obwód

( t)

sin ω

t ,

/ 2,

max

( wym. ) sk. max

w cienkich

2 n

RLC:

( )

R − R

warstwach

I t = I

⋅sin ω

⋅ t −ϕ ,tgϕ =

,

max

( wym.

)

L

C

wymu-

R

Dyfrakcja na

szone

⋅

Θ = ⋅λ

= ± ±

2

2

pojedynczej

a sin

m

; m

1, 2,....

I

= ε / Z = ε /  R



+ ( R − R ) ,



drgania

max

max

max

L

C

szczelinie - minima

elektry-

R = ω

⋅ ,

L R = 1/ ω

⋅ C , I = I / 2, Dyfrakcja na okrągłej

L

wym.

C

( wym. ) sk. max

sin Θ = 1, 22(λ / d )

czne

P = I ε cosϕ.

szczelinie - minima

sk. sk.

Dyfrakcja na siatce

Transfor-

d ⋅ sin Θ = m ⋅ λ; U = U N / N ; I = I N / N

matory

w

p

w

p

w

p

p

w

dyfrakcyjnej -

m = 0, 1

± , 2

± ,....

Fale elektromagnetyczne

maksima

Dyfrakcja na siatce

E ( ,

x t ) = E

⋅sin( kx − t

ω ),

d ⋅

( o

cos 90 − Θ) = ⋅λ

max

m

,

Pole fali

krystalograficznej –

B( ,

x t ) =

B

⋅sin( kx − t

ω )

maksima, warunek

max

m = 1, 2,....

Bragga

c = E

/ B

=1/ µ µ ε ε = c / ,

n

max

max

0

r

0 r

0

Kryterium Rayleigha

Θ =1,22 λ / D

R

(

)

Prędkość

c = 1/ µ ε , n = µ ε

0

0 0

r

r

2

Karta wzorów do kursu Fizyka 2

Fotony i fale materii c.d.

Szczególna teoria względności

Transfor

,

x = γ ( x − Vt ) 2

,γ = 1/ 1 − β ,

Prawo Wiena

λ

⋅ T = const.

max .

-macje

Równanie Einsteina

kin

Lorentza

,

,

,

y = y, z = z, t = γ (

2

t − Vx / c ) hυ = E

+ W

fotoefektu

e

Dylatacja czasu

2

∆

h

t ⋅ 1 − β = ∆ t , β = V / c Przesunięcie Comptona

λ

∆ =

(1−cosφ)

0

mc

Skrócenie

2

⋅

− β =

Minimalna energii kreacji

długości

L

1

L

2

0

E

= 2 m c

cząstka-antycząstka

min

0

'

V + V

λ =

Transformacja prędkości

x

V =

Hipoteza de Broglie’a

h / p

x

'

2

1 + V V / c

x

Równanie

2

2

ℏ

d ψ ( x)

−

+ U x ψ x = Eψ x 2

( ) ( )

( )

Schrödingera

Relatywistyczny efekt

1− β

2m

dx

f = f

Dopplera – źródło oddala się

0

Funkcja falowa

1+ β

Ψ ( x) =ψ ( x)exp(− iEt / ℏ) stanu stacjonarnego

∆ ∆ ≥ ℏ

Pęd relatywistyczny

p = γ m V

Zasada nieoznaczoności

p

x

;

x

0

dla pojedynczego

∆ p ∆ y ≥ ;

ℏ

Całkowita energia

y

calk.

2

E

= γ m c

pomiaru

relatywistyczna

rel.

0

∆ p ∆ z ≥ ℏ

z

Relatywi

(

σ ( p )σ x ≥ ℏ

x

( ) / 4;

E

= pc + m c

,

rel.

)2 ( ) ( 0 )2

2

calk.

2

styczna

Zasada nieoznaczoności

σ ( p )σ y ≥ ℏ

y

( ) / 4;

energia i

(

dla serii pomiarów

pc ) = ( E

+

2 E

m c

rel.

)2

2

kinetyczna

kinetyczna

2

pęd

rel.

0

σ ( p )σ y ≥ ℏ

y

( ) / 4

Relatywistycz

kinetyczna

E

= (γ −1)

2

m c =

Zasada nieoznaczoności

rel.

0

∆ E∆ t ≥ ℏ

na energia

dla pojedynczego pomiaru

calk.

2

kinetyczna

= E

− m c

rel.

0

Zasada nieoznaczoności

σ ( E)σ ( t) ≥ ℏ / 4

dla serii pomiarów

T ≈ exp ( 2

− kL),

Fotony i fale materii

Tunelowanie

2 m ( U − E

0

)

kwantowe

k =

2

Promień n-

ℏ

tej orbity

Długości fal materii cząstki

λ = 2 L / ;

n

n

modelu

2

 ε h 

kwantowej w bardzo

2

0

2

−11

=

Bohra

r = n 

 = n ⋅5,3⋅10 m

n

1, 2,3,...

n

głębokiej studni potencjalnej

2

 πm e

atomu



e

Energia

wodoru

cząstki

E = p 2 m = h λ

m =

n

n

( / n )2

2

/ 2

kwantowej

Prędkość elektronu na

2

6

e

2,19 ⋅10

w bardzo

2

 h 

n-tej orbicie modelu

v =

=

m/s

2

2

= 

 n = E n , n = 1, 2,3,...

n

ε

głębokiej

n

n

2

1

Bohra atomu wodoru

2h 0

 8 mL 

studni

4





Poziomy

m e

E

potencjalnej

e

1

E = − 

 = −

=

n

energetyczne

2

2

2

2

 8 h ε n 

n

Funkcja falowa cząstki

0





elektronu w atomie

kwantowej w bardzo

n x

13, 6eV

ψ ( x) = ( L)

π

2

sin

n





wodoru

= −

, n = 1, 2,3,...

głębokiej studni

 L 

2

n

potencjalnej

Kwant energii (foton) ħ

E = hυ

4

 m e



E

Poziomy

e

1

E = − 

 = −

=

4

Prawo Stefana-

Φ = σ T ;

n

2

2

2

2

energetyczne

 8 h ε n 

n

0

Boltzmanna

8

−

2

4

σ ≈ 6⋅

10 W /(m K )

elektronu w

13, 6eV

atomie wodoru

= −

, n =

1, 2,3,...

Pęd fotonu

p = E / c = hυ / c = h / λ

2

n

3

Karta wzorów do kursu Fizyka 2

Atomy wieloelektrodowe

Kwantowanie

L

= l l +1 ℏ,

orb

(

)

orbitalnego moment

Fizyka jądrowa i energia jądrowa pędu L

l = 0,1,..., n − 1

o elektronu

Kwantowanie

Promień jądra

1 / 3

r = r A , r = 1, 2 fm przestrzenne orbi-Z

0

0

L

= m ℏ,

talnego moment pędu

orb

Z

Spin S protonu/neutronu

S =

s ( s +1)ℏ, s = 1/ 2

L elektro

m = − l, − l + 1,…, l −1, l Z

-nu - rzut L na dowolną

Kwantowanie spinu S

S = m ;

ℏ

m = 1

± / 2

oś OZ

protonu/neutronu

Z

S

S

e

Orbitalny moment

e

µ = −

⋅

µ =

L

Jądrowy magneton

J

2m

magnetyczny elektronu

orb.

orb.

2m

proton

e

Kwantowanie momentu

Z

µ = ±

µ

Kwantowanie

2, 7928

magnetycznego protonu

p

J

orbitalnego

e

eℏ

Z

Z

µ = −

⋅ L = −

m = −µ m ,

Kwantowanie momentu

orb

orb

Z

B

Z

Z

momentu

2m

2m

µ = 1

± ,9130µ

e

e

magnetycznego neutronu

n

J

magnetycznego

m = l

− , l

− +1,...−1,0,1,..., l −1, l z

Prawo rozpadu

=

elektronu

N ( t) N exp λ

− t

0

( )

promieniotwórczego

Spin S elektronu

S =

s ( s + )

1 ℏ, s = 1/ 2

R t = λ N t

Aktywność promieniotwórcza

( )

( )

Kwantowanie spinu S

S = m ;

ℏ

m = 1

± / 2

Energia

elektronu

Z

S

S

wiązania

A

E = Z ⋅ M + N ⋅ M − M c B

(

H

H

Z

) 2

jądra

Spinowy moment

e

µ = −

⋅S

atomowego

magnetyczny elektronu

s

m

e

Warunek kontrolowanej fuzji

20

3

Kwantowanie spinowego

izotopów wodoru

nτ > 10 s/m

e

momentu magnetycznego

Z

µ = −

⋅ S = 2

− m µ

S

Z

S

B

Energia wiązania jednego

m

E / A

elektronu

e

nukleon

B

Granica krótkofalowa

λ = hc / E

Defekt masy

∆ M = M

− M

promieniowania X

min

e

reakcji jądrowej

początkowa

końcowa

Prawo

f = (

⋅

)( Z − )2

15

2, 48 10 Hz

1

Energia reakcji jądrowej

= (∆ ) 2

Q

M c

Moseleya

Rozszerzający się Wszechświat

−

Prawo Hubble’a

18

-1

v = H r; H ≈~ 2, 3 ⋅10

s

0

0

Włodzimierz Salejda

Wrocław, 10 VI 2011

4