1. Zasada zachowania energii - w układzie izolowanym suma składników wszystkich rodzajów energii całości (suma energii wszystkich jego części) układu jest stała (nie zmienia się w czasie).

Energia- podstawowa wielkość fizyczna wyrażająca zdolność do wykonywania pracy, jest skalarną wielkością fizyczną opisującą stan materii. Jest wielkością addytywną (można ją wyrazić jako sumę wielkości fizycznych odpowiadających składowym częściom układu fizycznego) i zachowawczą (zasada zachowania energii).

Jednostka- 1 dżul [1 J]= [1N · m] lub [
]

Rodzaje energii:

1. Mechaniczna- Jest postacią energii związaną z ruchem i położeniem obiektu fizycznego, jest sumą energii kinetycznej i potencjalnej

• Kinetyczna- energia ciała, związana z jego ruchem. Dla ciała o masie m i prędkości v<c, gdzie c jest prędkością światła w próżni, energia kinetyczna wynosi:

W ruchu obrotowym:

I- moment obrotowy

- prędkość kątowa

• Potencjalna- energia jaką posiada element umieszczony w polu potencjalnym (to takie, dla którego ilość energii koniecznej do przemieszczenia ciała z jednego punktu do drugiego nie zależy od drogi). Energię potencjalną zawsze definiuje się względem jakiegoś poziomu zerowego. Energia potencjalna ciała zależy od jego położenia względem drugiego ciała, z którym oddziałuje. Gdy położenie to ulega zmianie, zmienia się również energia potencjalna ciała.

Energia potencjalna grawitacji- przez zmianę położenia ciała rozumiemy zmianę jego wysokości nad ziemią . Im wyżej jest ciało, tym większa jego energia potencjalna.

E= mgh g- stała grawitacyjna

Energia potencjalna sprężystości- jest określana dla ciała zamocowanego na sprężynie.

k- stała sprężystości

x- odległość od stanu spoczynkowego

2. Wewnętrzna- część energii układu zależna tylko od jego stanu wewnętrznego, stanowi ona sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych układu oraz energii ruchu cieplnego cząsteczek. Energia wewnętrzna ciał jest rosnącą funkcją ich temperatury

U= Q + W Q- ciepło (energia przekazywana w skali mikro)

W- praca (energia przekazywana w skali makro)

3. Cieplna (termiczna)- to ta część energii wewnętrznej układu, która może być przekazywana innemu układowi w formie ciepła. Symbol: Q

4. Elektryczna

5. Jądrowa- energia uzyskiwana na drodze kontrolowanych przemian jądrowych.

2. Zasada zachowania pędu- Jeżeli na ciało bądź układ ciał nie działają żadne siły zewnętrzne, to pęd ciała (układu ciał) pozostaje stały. [ruch postępowy]

F=0

p=0 i p= const

Zmiana pędu następuje w wyniku działania na ciało siły przez pewien czas. Iloczyn siły i czasu jej działania nazywany jest popędem siły (I).

Jeżeli w układzie inercjalnym na ciało (układ ciał) nie działa siła, lub działające siły równoważą się:

,

to całkowity pęd ciała (układu ciał) nie zmienia się:

Pęd- podstawowa wielkość fizyczna w mechanice opisująca ruch ciała. Pęd mają wszystkie formy materii, np. ciała obdarzone masą, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.

Pęd punktu materialnego jest równy iloczynowi masy [m] i prędkości [v] punktu. Pęd jest wielkością wektorową; kierunek i zwrot pędu jest zgodny z kierunkiem i zwrotem prędkości.

[p]= [N x m]

3. Zasada zachowania momentu pędu - [ruch obrotowy] Jeżeli na ciało bądź układ ciał nie działają żadne momenty sił zewnętrznych, to moment pędu ciała (układu ciał) pozostaje stały.

M=0

K=0 i K=const

Zmiana momentu pędu jest równa momentowi popędu obrotowego.

Mt=
K M- moment popędu obrotowego, K- moment pędu

Moment pędu-

K= I
I- moment bezwładności ciała,

ω- prędkość kątowa.

Ruchem drgającym harmonicznym nazywamy taki ruch periodyczny, w którym położenie ciała zmienia się w funkcji czasu sinusoidalnie.

Cecha ruchu: działa jedna siła sprężystości, która go powoduje i jest wprost proporcjonalna do wychylenia ciała z położenia równowagi

Wielkości charakteryzujące:

• Wychylenie z położenia równowagi x = Acos(
  [równanie ruchu]

• prędkość
  
  

• przyspieszenie
  
  

• siła sprężystości F= -kx

• okres T = 2pi[m/k]

• amplituda

Wychylenie zmienia się okresowo ( sinusoidalnie lub cosinusoidalnie)

Energia całkowita

Na energię całkowitą składa się energia kinetyczna i energia potencjalna sprężystości.

Energia potencjalna sprężystości:

Energia kinetyczna

Ruchami tłumionymi są ruchy drgające rzeczywiste, bo w rzeczywistości oprócz siły sprężystości działają siły oporu. Rozpraszają one energię drgań, przez co amplituda jest coraz mniejsza, aż do momentu zaniknięcia drgań.

Siła oporu:

f- współczynnik oporu ośrodka, V-prędkość

Siła oporu jest wprost proporcjonalna do prędkości.

Częstość drgań swobodnych:
k- współczynnik sprężystości
-częstość kołowa drgań własnych

Współczynnik tłumienia:

Równanie drgań tłumionych, jeżeli

Amplituda maleje wykładniczo w funkcji czasu

Logarytmiczny dekrement tłumienia

Jest to logarytm stosunku dwóch kolejnych amplitud. Jego pomiary służą do praktycznego wyznaczania współczynnika oporu ośrodka f.

Ruch drgający wymuszony zachodzi pod wpływem zewnętrznej siły, będącej źródłem energii podtrzymującej drgania. Siła wymuszająca jest siłą okresowo zmienną.

- amplituda siły wymuszającej

Amplituda drgań wymuszonych nie jest stała i zależy od częstości siły wymuszającej ω.

Amplituda drgań wymuszonych wyraża się wzorem:

Drgania wymuszone opóźniają się względem siły wymuszającej.

Rezonans

Rezonans - zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.

Rezonans mechaniczny zachodzi wówczas, gdy częstość siły wymuszającej ω jest równa częstości własnej układu ω₀ (czyli dla częstotliwości f = f₀). W warunkach rezonansu wzrasta gwałtownie amplituda drgań układu oraz jego energia.




Częstotliwość f₀ nosi nazwę częstotliwości rezonansowej.(
)

- współczynnik tłumienia

Ruch falowy polega na przekazywaniu drgań w ośrodkach materialnych od cząsteczki do cząsteczki; takie rozchodzące się drganie nazywamy falą.

Długość fali- odległość, na jaką dociera fala w czasie jednego okresu.

Rodzaje fal:

• Fala poprzeczna jest to fala, w której kierunek drgań cząstek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali.

Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi.

• Fala podłużna to fala, której drgania odbywają się w kierunku równoległym do kierunku jej rozchodzenia się. Przykładem fali podłużnej jest fala dźwiękowa.

Równanie fali płaskiej:

częstość drgań cząsteczki

1. amplituda

Interferencja to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. (inaczej: powstawanie fali wypadkowej w wyniku nałożenia się na siebie dwóch fal)

Amplituda fali wypadkowej w każdym punkcie dana jest wzorem:

gdzie: A₁, A₂ - amplitudy fal cząstkowych, φ - różnica faz obu fal.

Wzmocnienie fali: w miejscach, gdzie nakładające się fale są w fazach zgodnych (A = A₁+A₂ dla φ=2k)

Osłabienie fali: w miejscach, gdzie nakładające się fale są w fazach przeciwnych (A=A₁-A₂ dla φ=(2k+1))

Wygaszenie fali: gdy amplitudy fal w fazach przeciwnych są jednakowe.

[Faza fali - faza drgań punktu ośrodka w którym rozchodzi się fala. Faza określa w której części okresu fali znajduje się punkt fali.]

Różnica faz wynika z różnicy dróg.

Jeżeli różnica faz fal składowych jest równa 0 lub jest wielokrotnością
, to amplituda fali wypadkowej ma wartość maksymalną równą sumie amplitud fal składowych (wzmocnienie)

Maksymalna amplituda fali wypadkowej występuje w tych punktach, gdzie różnica dróg promieni dochodzących jest równa 0 lub jest wielokrotnością długości fal.

Fala stojąca:

Fala stojąca powstaje w wyniku interferencji dwóch fal przeciwbieżnych o tej samej częstotliwości i amplitudzie. Jej pozycja w przestrzeni pozostaje niezmienna.

Fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi. Ośrodki w których mogą się poruszać, to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz, gaz). Zaburzenia te polegają na przenoszeniu energii mechanicznej przez drgające cząstki ośrodka (zgęszczenia i rozrzedzenia) bez zmiany ich średniego położenia. Drgania mają kierunek oscylacji zgodny z kierunkiem ruchu fali (fala podłużna).

Zakres: 20 Hz- 20 tys. Hz

Cechy dźwięku:

• Natężenie dźwięku (zależy od amplitudy)

I - natężenie dźwięku - jednostką jest "wat na metr kwadrat" [W/m²].
t - czas w sekundach [s]
S - pole powierzchni, na którą pada energia dźwiękowa wyrażone w "metrach kwadratowych" [m²].
P - moc fali dźwiękowej w watach [W]

Próg słyszalności- minimalne natężenie dźwięku, przy którym dźwięk jest słyszalny (10^-12 W/m² )

Próg bólu- minimalne natężenie dźwięku, przy którym odczuwalny jest ból ucha (ok. 1 W/m² )

• Wysokość dźwięku :

jest nierozerwalnie związana z częstotliwością drgań. Dźwięk, który nazywamy wysokim, to dźwięk o dużej częstotliwości drgań. Dźwięk niski- to dźwięk o małej częstotliwości drgań.

• Barwa dźwięku:

Uzależniona jest od ilości, rodzaju i natężenia tonów składowych. Barwa zmienia się m.in. wraz z wysokością dźwięku. Zależy od ilości tonów harmonicznych (drgania towarzyszące tonowi podstawowemu, których częstość jest wielokrotnością częstości drgań podstawowych) towarzyszących tonowi podstawowemu (drganie określające rodzaj dźwięku o najniższej częstotliwości).

Poziom głośności dźwięku:

Prawo Webera-Fechnera:

Donośność dźwięku
(poziom głośności) jest proporcjonalna do logarytmu stosunku jego natężenia I do natężenia tego samego dźwięku na progu słyszalności.

[bel] [dB] =[ k=10 ,
=10log
]

Zmiana energii wewnętrznej ciała lub układu ciał jest równa sumie dostarczonego ciepła i/lub pracy wykonanej nad ciałem /układem ciał.

ΔU = ΔQ + W

ΔU- zmiana energii wewnętrznej

ΔQ - ciepło wymienione przez układ z otoczeniem, jeśli układ oddaje ciepło, jego energia wewnętrzna maleje

W - praca wykonana przez układ lub nad układem

Energia wewnętrzna ciała to suma energii kinetycznych
chaotycznego ruchu wszystkich jego cząsteczek oraz ich energii
potencjalnych wynikających z wzajemnego oddziaływania
międzycząsteczkowego.

Energia wewnętrzna jest funkcją temperatury.

Ciepło- energia przekazywana w skali mikro

Praca- energia przekazywana w skali makro

Temperatura numeruje poziomy energetyczne.

1. Przemiana izochoryczna

V= const

Proces termodynamiczny zachodzący przy stałej objętości właściwej (v=const). Oprócz objętości właściwej wszystkie pozostałe parametry termodynamiczne ulegają zmianie.

Podczas przemiany izochorycznej nie jest wykonywana praca, układ może wymieniać energię z otoczeniem tylko w wyniku cieplnego przepływu energii. Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że całe ciepło doprowadzone lub odprowadzone z gazu w procesie izochorycznym jest zużywane na powiększenie lub pomniejszenie jego energii wewnętrznej: δQ = dU.

dW=0

- ciepło właściwe w stałej objętości

Temperatura określa stan cieplny ciała.

T=237,16 + t t- temperatura w skali Celsjusza

2. Przemiana izotermiczna

T= const

w termodynamice przemiana, zachodząca przy określonej, stałej temperaturze.

Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że całe ciepło doprowadzone do gazu w procesie izotermicznym jest zużywane na wykonanie pracy przeciwko siłom zewnętrznym.

gdzie:

• W praca wykonana przez gaz

• Q ciepło doprowadzone

• Praca ciśnienia wywołującego zmianę objętości

Ciśnienie to siła działająca na jednostke powierzchni.

3. Przemiana izobaryczna

P=const

Przemiana izobaryczna to proces termodynamiczny, podczas którego ciśnienie układu nie ulega zmianie. Natomiast pozostałe parametry termodynamiczne czynnika mogą zmieniać się.

dW= -pdV

- ciepło właściwe gazu przy stałym ciśnieniu

Współczynnik Poissona jest stałą fizyczna równą stosunkowi ciepła molowego w przemianie izobarycznej do ciepła molowego w przemianie izochorycznej.

Gdzie:

• 
  - współczynnik Poissona

• C_p - ciepło molowe w przemianie izobarycznej

• C_v - ciepło molowe w przemianie izochorycznej

4. Przemiana adiabatyczna

Przemiana adiabatyczna (Proces adiabatyczny) - proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z niego jako praca.

Prawo Poissona - prawo opisujące proces adiabatyczny gazu. Prawo ma postać matematyczną:

TV^{K − 1} = const (v maleje, T rośnie; V rośnie, T maleje)

gdzie K (współczynnik Poissona) to stała fizyczna równa stosunkowi ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego gazu w stałej objętości.

Wykresem prawa Poissona jest krzywa zwana adiabatą.

silniki gazowe, skraplanie gazów, deszcz

pV/T= constPraca gazu w przemianie adiabatycznej

Przemiana Wielkość		Q	W
izotermiczna	0	-W
adiabatyczna		0
izochoryczna			0
izobaryczna

Przemiana adiabatyczna (Proces adiabatyczny) - proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany ciepła, lecz całość energii jest dostarczana lub odbierana z niego jako praca.

Prawo Poissona - prawo opisujące proces adiabatyczny gazu. Prawo ma postać matematyczną:

TV^{K − 1} = const (v maleje, T rośnie; V rośnie, T maleje)

gdzie K (współczynnik Poissona) to stała fizyczna równa stosunkowi ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego gazu w stałej objętości.

Wykresem prawa Poissona jest krzywa zwana adiabatą.

silniki gazowe, skraplanie gazów, deszcz

pV/T= constPraca gazu w przemianie adiabatycznej

Obieg kołowy (cykl)- jeżeli układ po zajściu w nim szeregu zjawisk, podczas których stan jego ulega zmianom, wróci do stanu początkowego, to mówimy, że dokonał obiegu kołowego. Obieg kołowy jest odwracalny, jeżeli składa się z samych przebiegów odwracalnych.

Silnik termodynamiczny (cieplny)- układ, który, dzięki zjawiskom w nim zachodzącym, może zamieniać ciepło na pracę w nieograniczonej ilości.

Cykl Carnota

Cykl składa się z następujących procesów:

1. Sprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się z chłodnicą, ma temperaturę chłodnicy i zostaje poddany procesowi sprężania w tej temperaturze (T₂). Czynnik roboczy oddaje ciepło do chłodnicy.

2. Sprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem, jest poddawany sprężaniu aż uzyska temperaturę źródła ciepła (T₁).

3. Rozprężanie izotermiczne - czynnik roboczy styka się ze źródłem ciepła, ma jego temperaturę i poddawany jest rozprężaniu izotermicznemu w temperaturze T₁, podczas tego cyklu ciepło jest pobierane ze źródła ciepła.

4. Rozprężanie adiabatyczne - czynnik roboczy nie wymienia ciepła z otoczeniem i jest rozprężany aż czynnik roboczy uzyska temperaturę chłodnicy (T₂).

Dla układu tego definiuje się sprawność jako stosunek pracy wykonanej do ilości ciepła pobranego ze źródła ciepła.

Sprawność- skalarna wielkość fizyczna określająca w jakim stopniu urządzenie, organizm lub proces przekształca energię występującą jednej postaci w energię w innej postaci.

Tak określoną sprawność można wyznaczyć następująco:

gdzie:

η - sprawność,

E_u - energia przetworzona J,

E_d - energia dostarczona J.

Pole elektryczne jest to forma materii, dzięki której przekazywane jest oddziaływanie między ładunkami elektrycznymi.

Źródłem pola są ładunki elektryczne.

z + do -

Prawo Coulomba:

siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami.

,

w którym:

• F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,

• q₁ , q₂ - punktowe ładunki elektryczne,

• r - odległość między ładunkami,

• k - współczynnik proporcjonalności:

przy czym:

• 
  

gdzie:

• ε - przenikalność elektryczna ośrodka,

• ε_r - przenikalność elektryczna względna ośrodka (stała dielektryczna),

• ε₀ - przenikalność elektryczna próżni.

• Natężenie pola elektrycznego

Natężenie pola elektrycznego jest parametrem pola wektorowego
, definiowanym jako stosunek siły
działającej na ładunek elektryczny q znajdujący się w tymże polu elektrycznym do wartości tegoż ładunku elektrycznego q:

[N/C] [V/m]

Natężenie pola elektrycznego w danym jego punkcie jest równe liczbowo sile, która oddziałuje na ładunek jednostkowy umieszczony w tym punkcie pola.

• Potencjał pola elektrycznego

Potencjałem danego pola elektrycznego nazywamy energię potencjalną, jaką w tym punkcie pola ma ładunek jednostkowy.

Dany punkt pola ma potencjał 1V, jeżeli przeniesienie ładunku 1C z tego punktu pola do nieskończoności wymaga wykonania pracy 1J.

Oznaczenia:
V - potencjał;
e_P - energia potencjalna;
k - stała elektrostatyczna;
Q - ładunek źródłowy;
q - ładunek elementarny;
r - odległość punktu od źródła;

Zależność między natężeniem i potencjałem

Pole magnetyczne w fizyce jest stanem (własnością) przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. [przestrzeń, w której na poruszające się (tylko) ładunki elektryczne działa siła odchylająca je w bok kierunku ruchu (siła Lorenza)]

Siła Lorenza

Jest to siła działająca na ładunek umieszczony w polu magnetycznym:



Oznaczenia:
F - siła Lorentza;
B - natężenie pola elektromagnetycznego (indukcja);
V - prędkość ładunku;
Q - ładunek;

Indukcja pola magnetycznego

wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne

Jednostką jest tesla [1T]= [1N/Am]

Kąt alfa jest to kąt zawarty pomiędzy kierunkami pola, czyli pomiędzy wektorami B i V.

Indukcja pola magnetycznego jest równa sile, z jaka pole oddziałuje na ładunek 1C poruszający się z prędkością 1m/s prostopadle do kierunku pola.

Natężenie pola magnetycznego

Natężenie pola magnetycznego - to wielkość wektorowa charakteryzująca pole magnetyczne.

- przenikalność magnetyczna ośrodka, wyrażona w henrach na metr.

Jego jednostką w układzie SI jest A/m (amper na metr).

H=B/µ_o-I,

I - wektor namagnesowania

Natężenie i indukcja to to samo w próżni (indukcja jest wtedy natężeniem pola wypadkowego)

Fale elektromagnetyczne - to rozchodzące się w ośrodku materialnym lub w próżni zaburzenia pola elektromagnetycznego, wywołane zmianami rozkładu ładunków elektrycznych

Fala elektromagnetyczna to fala poprzeczna.

Rodzaje fal elektromagnetycznych

Fale radiowe długie długość= 10000m- 1000m

Fale radiowe średnie 1000 m- 1000m

Fale radiowe krótkie 100m- 10m

Fale ultrakrótkie (UKF) 10m- 1m

Mikrofale 1m- 0,3mm

Promieniowanie podczerwone 0,3mm- 0,8 mikrometra

Promieniowanie widzialne 0,8 mikrometra- 0,4 mikrometra

Promieniowanie nadfioletowe 0,4 mikrometra- 100A

Promieniowanie Roentgena i gamma 100A- 0,0001A

0,01 mikrometra= 100A

1A=
m

Fala elektromagnetyczna to energia promienista emitowana kwantami.

Kwant - (w mechanice kwantowej) porcja energii jaką może pochłonąć lub jaką może przekazać układ w pojedynczym akcie oddziaływania z innym układem (np. atom z fotonem).

Energia kwantu zależy od częstości promieniowania

gdzie ν oznacza częstość promieniowania, h stałą Plancka.

Kwant nie ma masy spoczynkowej, posiada masę tylko w ruchu.

Pęd kwantu:

Fotony

Poruszają się z prędkością światła (bo nim są), nie mają ładunku elektrycznego ani masy spoczynkowej.Foton jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero m₀ = 0, liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych i są postrzegane jako fala elektromagnetyczna.

W fizyce foton oznacza (φοτος, znaczy światło - gr.) kwant pola elektromagnetycznego, np. widzialnego światła. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne zachowuje się jak zbiór cząstek (fotonów). Światło jest z kwantowego punktu widzenia dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe instrumenty optyczne w astronomii potrafią rejestrować pojedyncze fotony.

Dualizm korpuskularno-falowy - Promieniowanie elektromagnetyczne ma naturę dwoistą. W pewnych zjawiskach, jak np. odbicie, załamanie, a szczególnie ugięcie, interferencja czy polaryzacja, ma naturę falową, zaś w zjawisku fotoelektrycznym zewnętrznym, czy też w zjawisku Comptona (dla promieni Rentgena), ma naturę korpuskularną (cząsteczkową).

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na wybijaniu elektronów z metalu pod wpływem światła lub promieniowania ultrafioletowego.

zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu.

Cechy:

- liczba elektronów wyzwalanych przez promieniowanie jest dokładnie proporcjonalna do natężenia promieniowania

- dla każdego metalu istnieje pewna częstotliwość graniczna, poniżej której zjawisko nie zachodzi

- energia wyzwalanych elektronów jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali promieniowania

Próg fotoelektryczny- minimalna częstość promieniowania, dla której to zjawisko zachodzi.

---