paraciaga 97, fizyka wykład


  1. Objaśnić zdanie „ładunek elektryczny jest skwantowany”

oznacza to że każdy ładunek jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego, za który uznaje się ładunek elektronu. Rozróżnia się dwa rodzaje ładunków, ładunek elektronu określa się jako ujemny (-1), a protonu dodatni (+1).

Ładunku nie można dzielić na dowolnie małe części. Cząstki elementarne (elektron, proton) mają ładunki równe0x01 graphic
, natomiast wszystkie ciała makroskopowe mogą mieć ładunek równy wielokrotności 0x01 graphic
. Mówi się, że ładunek elektryczny jest kwantowany.

  1. Na czym polega generowanie ładunku przez indukcję

Przez indukcję, elektrony są przepędzane w jeden koniec przedmiotu. To miejsce gdzie się gromadzą w nadmiarze zostaje naładowane ujemnie, inne miejsca stają się naładowane dodatnio (metale, półprzewodniki). Jeżeli z jednego z tych końców usuniemy nadmiar ładunku to cały przedmiot będzie miał nadmiar ładunku jednego rodzaju - zostanie naładowany,

  1. Podać i objaśnić możliwie ogólną postać prawa Coulomba

Już dość dawno temu ustalono na drodze doświadczalnej, że siłę oddziaływania między dwoma ładunkami elektrycznymi można opisać wzorem

0x01 graphic

Litery q oraz Q oznaczają wielkości ładunków, r odległość między środkami małych (punktowych) naładowanych przedmiotów a k jest stałą wielkością o wartości 0x01 graphic
w próżni, powietrzu. Powyższy wzór jest matematycznym sformułowaniem prawa Coulomba. Podaje on tylko liczbową wartość siły oddziaływania. Później okazało się, że współczynnik proporcjonalności 0x01 graphic
jest związany z ważną właściwością próżni i ciał materialnych jaką jest ich stała dielektryczna, oznaczana literą 0x01 graphic

  1. Jak wykryć obecność pola elektrycznego?

O obecności pola elektrycznego informuje nas siła działająca na ładunek elektryczny (pełni on rolę kamyka w polu grawitacyjnym).

  1. Opisz na czym polega elementarny pomiar natężenia pola elektrycznego

Po naładowaniu przewodnika np. przez wprowadzenie do niego dodatkowych elektronów, ten dodatkowy ładunek wskutek odpychania między elektronami będzie się starał rozmieścić elektrony tak aby znalazły się jak najdalej od siebie. Zgromadzą się więc na powierzchni przewodnika przy czym ich liczba na jednostkę powierzchni będzie największa w miejscach wypukłości, wypustek na powierzchni, a mniejsza tam gdzie powierzchnia jest wklęsła.

Natężenie pola elektrycznego wewnątrz przewodnika jest równe zeru. Gdyby było inaczej na każdy elektron działałaby siła 0x01 graphic
tak długo dopóki elektrony w nowym położeniu nie wytworzą wewnątrz przewodnika pola o zerowym natężeniu. Natężenie pola elektrycznego na powierzchni przewodnika jest prostopadłe do powierzchni. Uzasadnienie tej własności jest podobne jak powyżej. Mianowicie gdyby pole miało składową styczną do powierzchni to działałoby na elektrony siłą powodującą ich przemieszczenie wzdłuż powierzchni tak długo dopóki składowa styczna będzie różna od zera.

  1. Uzasadnij stwierdzenie, że źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne

Natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunki maleje podczas oddalania się od nich i w nieskończoności jest równe zeru. Zatem siła działająca na ładunek próbny w nieskończoności też jest równa zeru, podobnie jego energia potencjalna.

  1. Wyprowadź wzór na natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy

0x01 graphic
Spróbujmy znaleźć nieznaną funkcję 0x01 graphic
. W tym celu w polu elektrycznym wytworzonym przez ładunek Q umieścimy w odległości r drugi znacznie mniejszy od Q ładunek q i z prawa Coulomba obliczymy siłę działającą na niego

0x01 graphic
. Następnie korzystając z definicji wyliczymy natężenie pola wytworzonego przez ładunek Q0x01 graphic

  1. Opisz i uzasadnij właściwości pola elektrostatycznego wewnątrz i na powierzchni przewodnika

że linie sił pola elektrycznego są prostopadłe do powierzchni ekwipotencjalnych, gdyby było inaczej mielibyśmy sprzeczność. Z jednej strony różnica potencjałów między punktami na powierzchni ekwipotencjalnej jest równa zeru , a zatem ładunki próbne nie mają powodu się po niej przemieszczać. Z drugiej, gdyby pole miało różną od zera składową styczną do powierzchni ekwipotencjalnej to ładunki próbne musiały by się przemieszczać wzdłuż powierzchni ekwipotencjalnej. Z powyższych dwóch wzorów wynika, że energia potencjalna ładunku q w polu wytworzonym przez ładunek Q ma postać

0x01 graphic
.

Ten wzór jest poprawny w każdym polu elektrycznym. W życiu codziennym częściej spotykamy się z napięciem czyli różnicą potencjałów. Powyższy potencjał jest równocześnie napięciem między punktem o wektorze wodzącym 0x01 graphic
a punktem w nieskończoności.

  1. Czy różni się strumień pola elektrycznego od strumienia powietrza w przewodzie wentylacyjnym?

  2. Objaśnij prawo Gaussa

Przy pomocy prawa Gaussa można obliczyć natężenie pola elektrycznego między okładkami kondensatora, wynosi ono w przybliżeniu0x01 graphic
stąd 0x01 graphic
. Zauważmy, że natężenie pola elektrycznego nie zależy od współrzędnych punktu (z dala od brzegu okładek), o takim polu mówimy, że jest jednorodne. Różnica potencjałów między okładkami kondensatora płaskiego (z dala od brzegu okładek) zależy wtedy od natężenia pola następująco 0x01 graphic
. Podstawiając powyższe dwa wzory do definicji pojemności otrzymamy0x01 graphic
, a stąd wzór na pojemność kondensatora płaskiego

0x01 graphic
.

Jednostką pojemności elektrycznej jest farad 0x01 graphic
.

  1. Jaki jest związek między energią ładunku w polu a potencjałem pola?

  1. Naszkicuj linie sił pola i powierzchnie ekwipotencjalne między okładkami płaskiego kondensatora

0x01 graphic

  1. Podaj i uzasadnij wyrażenie na energię zawartą w polu naładowanego kondensatora

Energię zgromadzoną w kondensatorze kulistym znaleźliśmy powyżej, jej wielkość podaje wzór

0x01 graphic
,

który można przepisać za pomocą pojemności

0x01 graphic
.

Korzystając z zależności między ładunkiem na okładce a różnicą potencjałów U między okładkami 0x01 graphic
można energię kondensatora wyrazić bardziej praktycznym wzorem

0x01 graphic
.

Kondensatory są dobrym magazynem energii, którą chcemy wykorzystać w krótkim czasie, na przykład w lampach błyskowych lub do uzyskiwania krótkich impulsów silnego pola magnetycznego. Bardziej powszechne jest wykorzystanie kondensatorów w obwodach prądu zmiennego do redukcji fluktuacji napięcia oraz jako elementy generatorów lub odbiorników drgań elektromagnetycznych.

  1. Podaj istotne różnice między przepływem wody w rurze i elektronów w drucie

Różnicę potencjałów można sobie wyobrażać jako różnicę ciśnienia wymuszającą ruch elektronów przewodnictwa wewnątrz drutu wbrew oporowi, którego głównym źródłem są drgania cieplne atomów. Analogia formalna do przepływu cieczy w instalacji centralnego ogrzewania jest bardzo bliska. Odpowiednikiem ilości cieczy przepływającej przez przekrój rury jest ładunek a zatem liczba elektronów przepływający przez przekrój przewodzącego drutu, jest to natężenie prądu I.

  1. Podaj źródła oporu elektrycznego metalu

Współczynnikiem proporcjonalności jest parametr ρ zwany oporem właściwym, zależny od rodzaju materiału, z którego jest wykonany drut. Powyższe można przedstawić wzorem

0x01 graphic
.

Jednostką oporu elektrycznego jest ohm (Ω). Równolegle do oporu właściwego używa się innej charakterystyki właściwości elektrycznych materiału a mianowicie przewodnictwa właściwego 0x01 graphic
.

Ponieważ częstość drgań cieplnych atomów przewodnika rośnie ze wzrostem temperatury więc rośnie również rozpraszanie elektronów, a zatem opór elektryczny. Na tej podstawie można przewidzieć, że opór właściwy będzie rosnącą funkcją temperatury, w przybliżeniu liniową

0x01 graphic
.

Oczywiście w ten sam sposób będzie zależał od temperatury opór elektryczny przewodnika.

  1. Podaj wszystkie znane ci wzory na moc prądu stałego

0x01 graphic

  1. Podaj wzór na moc prądu przemiennego oraz interpretację występujących w nim wielkości

0x01 graphic
.

Różni się o czynnik 1/2 od wzoru na moc prądu zmiennego, aby nie prowadzać zamieszania wprowadza się pojęcie skutecznego napięcia 0x01 graphic
dzięki czemu moc prądu zmiennego jest dana takim samym wzorem jak dla prądu stałego 0x01 graphic
.

  1. Uzasadnij, że I prawo Kirchoffa jest konsekwencją prawa zachowania ładunku

I prawo Kirchoffa, które jest konsekwencją prawa zachowania ładunku mówi o rozkładzie natężeń prądu w przewodach zbiegających się w węźle. Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z niego.

  1. Zastosuj II prawo Kirchoffa do obwodu zawierającego ogniwo oraz dwa połączone równolegle oporniki

  1. Objaśnij prawo indukcji Faraday'a, jakie urządzenie działa na jego podstawie

Z doświadczeń tych Faraday wywnioskował, że w zamkniętym obwodzie znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym, pojawia się siła elektromotoryczna indukcji równa prędkości zmian strumienia indukcji pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię rozpiętą na tym obwodzie. Prawo to można wyrazić wzorem

0x01 graphic

gdzie

0x01 graphic
- strumień indukcji magnetycznej,

0x01 graphic
- szybkość zmiany strumienia indukcji magnetycznej,



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Fizyka 0 wyklad organizacyjny Informatyka Wrzesien 30 2012
Fizyka wykład dajzeta 20 02 2011
temp krytyczna, TRANSPORT PWR, STUDIA, SEMESTR II, FIZYKA, fizyka-wyklad, zagadnienia opracowane, za
SiS strona tytulowa spr, Prz inf 2013, I Semestr Informatyka, Fizyka, Wykłady-Fizyka, Sygnały i Syst
fiza, BUDOWNICTWO PŁ, Semestr I, fizyka wykład
Tytuł, fizyka, wyklady
Fizyka 0 wyklad organizacyjny I Nieznany
Fizyka W 6 B, Fizyka wykłady i zagadnienia Czapla
Badaneie fizykalne - Wykłady
sprawozdanie 33a, fizyka 2 wykład i zagadnienia, 33
Fizyka wykłady ściaga
Kolokfium-fizyka, Wykłady i ćwiczenia
Opracowanie fizyka Wykład
Fizyka wykład 6
Fizyka wykłady doc
Pyt Ekz Fiz, Fizyka wykłady i zagadnienia Czapla
Zakres materiału, Technologia Chemiczna, Rok I, Fizyka, Wykłady fizyka
Zadania bryla sztywna, IŚ, Semestr 1, Fizyka, Wykłady

więcej podobnych podstron