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 współrzędnych. 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 vśr1 q= , podobnie jest z przyspieszeniem a= ; aśr= 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 ać%b=|a||b| cosą mnożenie skalarne ab=|a||b| siną 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=v = [rad/s] a= a=v = [rad/s2] Przyspieszenie dośrodkowe : ad= = 2r normalne, prostopadle do ruchu Przyspieszenie styczne: as= - nie zmienia kierunku ruchu 4. Klasyfikacja ruchów punktu materialnego i bryły sztywnej Punkt materialny- to punkt 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. - łódz płynie po rzece z prądem, układem jest brzeg - człowiek porusza się po ziemi - zacznijmy 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=+"r2ds 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 Me = *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. Mz=0, to , to lz=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 Mz=0. 11. Druga zasada dynamiki, jako równanie ruchu. Podać przykłady. Druga zasada dynamiki jest podstawowym 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(&!t+Ć) A - Amplituda, maksymalne wychylenie &!t+Ć faza ruchu harmonicznego, określa położenie w danej chwili Ć faza początkowa &! - częstość (?) kołowa określa prędkość zmiany fazy w czasie. F=-kx Ep= kx2 &!= Ek= mV2 " Siła tłumiąca: md2x/dt2 + 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*m2)/s2] W=F*l=|F|*|l|*cos ą 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 Ek = E-E0(m-m0)c2 Ek = mV2/2 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. "Ep = -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 = Ep+Ek=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 niesprężyste zarówno pęd jak i energia kinetyczna układu energia kinetyczna zostaje zmieniona (jest kul pozostają stałe 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 elektrostatycznym. 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/r3 b) potencjał pola jest to stosunek pracy, jaką wykonuje siła grawitacji przenosząc ciało z punktu 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 pól elektrycznych: Prawo Gaussa dla elektryczności w fizyce, zwane również twierdzeniem Gaussa, to prawo wiążące pole elektryczne z jego zródłem, 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 , jest równy stosunkowi całkowitego ładunku znajdującego się wewnątrz tej powierzchni do wartości tejże przenikalności. Strumień Ś 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 0 Dla pól magnetycznych: Całkowity strumień indukcji magnetycznej przechodzący przez powierzchnie zamkniętą równa się zeru. Fakt ten wynika stąd, iż pole magnetyczne jest bezzródłowe 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 - 4ĄG. 19. Porównać pole magnetyczne z polem elektrycznym. Wielkości opisujące pola: a) Natężenie to stosunek siły, jaka działa na dodatni (próbny) ładunek umieszczony w punkcie do wartości ładunku E= b) Potencjał to stosunek energii potencjalnej ładunku próbnego umieszczonego w tym punkcie do wartości tego ładunku Pole grawitacyjne: Siła: F=-G r yródło: obiekty mające masę Rodzaj: pole centralne(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 yródło: 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 opóznienie czasu reakcji Pole magnetyczne: Siła: F=qvB v-prędkość ładunku B-indukcja magnetyczna yródło: stałe pole magnetyczne wytwarzane jest przez ładunki elektryczne znajdujące się w ruchu jednostajnym -wytwarzane przez zmienne pole elektryczne -magnes Pole jest bezzródłowe, 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=IlB (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=qvB), 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=źH ź-przenikalność magnetyczna H=[amper/metr] B=[tesla]=[N/A*m] 20. 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=0E+P Jeżeli dielektryk umieszczony jest w polu elektrycznym to pojawią się ładunki indukowane powierzchniowe, które osłabią pole wewnątrz dielektryka, spowoduje to zmniejszenie różnicy potencjałów. Aączenie kondensatorów: Szeregowo U=const. Q=ŁQi Równolegle C= U=ŁUi 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: Vu 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 zródła prądu, kiedy przez ogniwo nie płynie prąd SEM= SEM=I(Rw+Rz) Aączenie oporników: szeregowo: R= ŁRi równolegle: 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. Aączenie 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. Zwrot 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. x=li C = SEM- siła elektromotoryczna x - 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 wprowadzający 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=I2R+P moc mechaniczna W wyniku pracy tego silnika powstaje SEM W silniku elektrycznym prądu stałego wektor indukcji B zmienia się wraz ze zmianami wartości natężenia 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=xEdl x= -strumień magnetyczny +" Uogólnione prawo Ampera : ." H natężenie pola I natężenie prądu 27. Równanie Maxwella i jego zastosowanie Zjawisko fizyczne Lp. Postać różniczkowa Postać całkowa Nazwa opisywane przez równanie Zmienne w czasie prawo pole magnetyczne 1. Faradaya wytwarza wirowe pole elektryczne. Przepływający prąd prawo Ampera oraz zmienne pole 2. rozszerzone elektryczne przez Maxwella wytwarzają wirowe pole magnetyczne. prawo Gaussa yródłem pola 3. dla elektrycznego są elektryczności ładunki. Pole magnetyczne jest prawo Gaussa bezzródłowe, linie pola 4. dla magnetycznego są magnetyzmu zamknięte. gdzie: D indukcja elektryczna [ C / m] B indukcja magnetyczna [ T ] E natężenie pola elektrycznego [ V / m ] H natężenie pola magnetycznego [ A / m ] ŚD strumień indukcji elektrycznej [ C = As] ŚB strumień indukcji magnetycznej [ Wb ] j gęstość prądu [A/m] gęstość ładunku [ C / m3] 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 rozprzestrzeniające 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 dzwiękowe, fale sejsmiczne. Fale mechaniczne mogą być falami podłużnymi (np. fala dzwiękowa) lub poprzecznymi (np. fala powstała na linie). W procesie rozchodzenia się fali zasadnicze znaczenie ma proces odwracalnych przemian potencjalnej energii mechanicznej (energii ciśnienia bądz 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, podczerwień, 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 zródłem 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 zródła 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 zródła 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 zródła określone są zależnością: Zw=(Zn+1) n=0,1,2& Odległości strzałek od zródła fali: Zw=n Fala stojąca nie przenosi przez ośrodek żadnej energii, energia każdej cząstki jest stała Dudnienia- to okresowe zmiany amplitudy dzwięku wypadkowej wywołujące specyficzne wrażenia dzwiękowe polegające na słyszeniu tego dzwięku 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 wyrazniejsze 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 zródła, gdy zródło i przyrząd odbierający poruszają się względem siebie Przypadki: a) yródło jest nieruchome a przyrząd zbliża się z przedmościa v, zródło 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 zródła z prędkością v, a przyrząd stoi Gdy zródło zbliża się częstotliwość jest większą niż w rzeczywistości jest tak, bo zanim przyjdzie 1 odległość się zmniejszy i drgania są częstsze. Gdy zródło się oddala to częstotliwość jest mniejsza c) yródło 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-falowym 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 opóznienie 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-stała 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. Dualizm falowo korpuskularny: nie da się opisać zachowania światła za pomocą jednej teorii. W pewnych przypadkach promieniowanie elektromagnetyczne zachowuje się jak fala o określonej częstotliwość v lub długości a w innych, jako zbiór fotonów o energii E=hv, pędzie p= i masie spoczynkowej rowniej 0.Im promieniowanie ma wieksza częstotliwość tym efekty korpuskularne 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 = . Trzeba pamiętać ze masa spoczynkowa fotonu jest równa zero, a masa spoczynkowa cząstki jest skończona i równa m0cz. 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 zródłem 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. Zjawisko 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=Ek-Ei gdzie: h - stała Plancka, En i El 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 n2, 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. Stan 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: 2n2 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 Magnetyczna 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 diamagnetyku 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 przeciwnie do pola zewnętrznego. Diamagnetyzm występuje we wszystkich substancjach, ale zwykle jest maskowany przez silniejszy paramagnetyzm. 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 ź 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, miedz) 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 magnetycznym 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) - objętościowa podatność magnetyczna H - natężenie pola magnetycznego. W niskich temperaturach lub dla bardzo silnych 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 ź niewiele większą od jedności. Dla ferromagnetyków ź jest wielokrotnie większe od 1. Przykłady paramagnetyków: - tlen O2 - aluminium - Sód - 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 TC) - 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) Substancja Temperatura (K) Substancja Temperatura (K) EuS 16.5 Fe 1043 MnOFe2O3 573 CrBr 37 3 Co 1388 FeOFe O 858 2 3 Au MnAl 200 2 Ni 627 NiOFe O 858 2 3 Cu MnAl 630 2 Gd 292 CuOFe O 728 2 3 Cu2MnIn 500 Dy 88 MgOFe2O3 713 GdCl 2,2 3 MnAs 318 Y Fe O 560 3 5 12 Fe B 1015 2 MnBi 670 CrO 386 2 38. Budowa jądra atomowego i izotopy, promieniotwórczość naturalna i rodzaje promieniowania jądrowego. Jądro 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 zródeł naturalnych, czyli z pierwiastków radioaktywnych 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 ą: jądro traci dwa protony i dwa neutrony X= Y + He Rozpad : a) minus : X = Y + e b) plus : 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 = -mdt m masa substancji ulegającej rozpadowi - 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 N0/e N0 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, toru, 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 N1 = N2 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 zródłem energii emitowanej przez ciało niebieskie. Jest zródłem 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