CIAŁA STAŁE

Jak już każdemu z nas wiadomo, ponieważ z ciałami stałymi spotykamy się każdego dnia, posiadają one określony kształt oraz objętość. Najczęściej spotykane rodzaje ciał stałych to:

• ciała krystaliczne - cząsteczki w nich występujące tworzą regularną strukturę. Należy do nich większość metali, a także niektóre izolatory;

• ciała amorficzne - których struktura wewnętrzna przypomina strukturę cieczy. Wymienić tu należy np.: szkło i wosk;

• polimery - które można podzielić na naturalne ( np. kauczuk, wełna) i sztuczne (tworzywa sztuczne).

ODKSZTAŁCENIE SPRĘŻYSTE I PLASTYCZNE - odkształcenia powstają wtedy gdy na ciało stałe działamy siłą, przy czym w przypadku odkształcenia sprężystego, po ustaniu działania siły, ciało wraca do swojego pierwotnego kształtu, a z kolei w przypadku odkształcenia plastycznego nie następuje powrót do wcześniejszej postaci.

PRAWO HOOKE'A - prawo to utworzył angielski uczony Robert Hooke, stwierdzając że przyrost długości pręta ∆l jest wprost proporcjonalny do wartości działającej siły F i początkowej długości pręta l ₀ , a odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju poprzecznego S pręta (lub sprężyny). Możemy to wyrazić wzorem:

∆l ~ F l ₀ / S .

NAPRĘŻENIE WEWNĘTRZNE - to iloraz F/S i oznaczamy je litera p. Zatem powyższy wzór przyjmuje postać ∆l ~ pl ₀ lub p ~ ∆l / l ₀. Współczynnikiem proporcjonalności jest moduł Younga, oznaczany litera E (zależy on od rodzaju materiału). Z tego wynika, że prawo Hooke'a możemy zapisać również w innej postaci:

p = E ∆l / l ₀ .

Wykres poniżej przedstawia zależność naprężenia wewnętrznego od względnego wydłużenia pręta. Punkt A oznacza granicę sprężystości, tzn. takie naprężenie, powyżej którego odkształcenie przestaje być sprężyste. Między punktami B i C zachodzi odkształcenie plastyczne. Duże wydłużenie może być spowodowane małym wzrostem działającej siły. W tym obszarze metal jest ciągliwy. Punkt C odpowiada wydłużeniu, przy którym pręt zostaje zerwany. Naprężenie p przy tym wydłużeniu to tzw. wytrzymałość na zerwanie.

p

B C

A

l/l_o

odkształcenie odkształcenie

sprężyste plastyczne

WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE CIAŁ STAŁYCH

Wiadomo już, że niektóre ciała są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego a inne złymi, czyli izolatorami. Przypomnijmy sobie zatem pojęcie oporu elektrycznego przewodnika. Jest to mianowicie stosunek napięcia U przyłożonego między końce przewodnika do natężenia prądu I, który płynie przez przewodnik w wyniku przyłożenia napięcia:

R = U / I .

Jednostka oporu to jeden om ( 1Ω ). Jeden om to opór przewodnika, w którym po przyłożeniu napięcia jednego wolta płynie prąd o natężeniu jednego ampera.

Opór jest wprost proporcjonalny do długości l przewodnika, a odwrotnie proporcjonalny do powierzchni jego przekroju poprzecznego S

R = ρ
.

Współczynnik proporcjonalności ρ w tym wzorze nazywamy oporem właściwym.

PÓŁPRZEWODNIKI - są to ciała, które zajmują pośrednie miejsce miedzy przewodnikami i izolatorami. Są to substancje takie jak krzem, german, i tlenki różnych pierwiastków. Ich opór właściwy jest w zwykłych warunkach znacznie większy niż przewodników, ale mniejszy niż izolatorów. Jednak opór ten zmienia się bardzo gwałtownie pod wpływem dodania nawet małej domieszki atomów innego pierwiastka. Podobnie jak dla izolatorów, dla półprzewodników wzrost temperatury zwiększa liczbę swobodnych ładunków, więc zmniejsza ich opór.

Jeszcze ciekawsze zjawisko zachodzi w temperaturach bliskich zeru w skali Kelvina. Niektóre substancje uzyskują wtedy opór elektryczny, który maleje nawet do zera. Takie zjawisko nazywamy nadprzewodnictwem.

WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNE SUBSTANCJI

Zacznijmy od krótkiego przypomnienia. Jak wiadomo atom składa się z jądra i chmury elektronów poruszających się wokół niego. Krążący elektron można traktować jako mały obwód elektryczny. Po obu stronach tego obwodu powstają bieguny magnetyczne. Krążącemu elektronowi można przypisać „igiełkę magnetyczną”. Ponadto każdy elektron wytwarza własne pole magnetyczne opisane przez tzw. spinowy moment magnetyczny.

ATOMY DIAMAGNETYCZNE - są to atomy, w których orbitalne i spinowe momenty magnetyczne wszystkich elektronów kompensują się wzajemnie; atomy te nie wytwarzają własnego pola magnetycznego.

ATOMY PARAMAGNETYCZNE - to atomy, w których powyżej omówiona kompensacja nie zachodzi.

DIAMAGNETYKI - są to substancje złożone z atomów diamagnetycznych. Należą do nich np.: cynk, miedź, ołów, wodór, chlor, kwarc, itd.

PODZIAŁ URZĄDZEŃ COODZIENNEGO UŻYTKU:

1. urządzenia mechaniczne

2. urządzenia elektryczne

3. urządzenia wykorzystujące własności magnetyczne ciał

WEKTORY cz. II

Siły działające na ciało w tym samym kierunku , o takim

samym lub przeciwnym zwrocie nazywamy siłami

składowymi (oznaczamy F₁ , F_{2, .... ).}

F₂

F₁

F₃

• Siły zbieżne są to siły przyłożone w jednym punkcie ciała, działające wzdłuż różnych prostych leżących w jednej płaszczyźnie.

Siły zbieżne działające na ciało

• 
  Siłę, która działając na ciało powoduje taki sam skutek jak siły składowe lub siły zbieżne nazywamy siłą wypadkową (oznaczamy F_w )

• Siłą równoważącą nazywamy siłę, która równoważy siłę wypadkową

Strzałki koloru czarnego - siły składowe.

Strzałki koloru brązowego - siły wypadkowe.

Strzałki koloru czerwonego - siły równoważące.

Strzałki koloru czarnego - siły zbieżne.

Strzałka koloru brązowego - siła wypadkowa.

Strzałka koloru czerwonego - siła równoważąca.

• Rozkładanie siły wypadkowej na dwie siły zbieżne składowe (kolor brązowy -siła wypadkowa, kolor czarny - siły składowe).

• Zasady konstruowania siły wypadkowej sił zbieżnych

• 
  
  Ustal skalę, np..: sile 1N odpowiada odcinek 2 cm;

• Narysuj wektory sił F₁ i F₂ ( zgodnie z przyjęta skalą), tak aby ich początki znajdowały się w jednym punkcie;

• Uzupełnij figurę tak, aby tworzyła równoległobok;

• 
  
  
  Narysuj przekątną równoległoboku wychodzącą z punktu przyłożenia jako strzałkę. Przedstawia ona siłę wypadkową F_w sił F₁ i F₂;

• Zmierz długość przekątnej i ustal, zgodnie ze skalą, wartość siły wypadkowej w niutonach.

Zadanie

1. Proszę przeczytać materiał w podręczniku str. 92 - 100.

2. Utrwalić wiadomości zawarte w prezentacji.

3. Wykonać ćwiczenie - program 11 (prawo Ohma).

http://www.zamkor.pl/

4. Przeanalizować zadania z rozdziału 4 (rozwiązane zadania zostaną opisane w następnej prezentacji).

5. FORUM - zagadnienia do przeanalizowania.

c

---