RÓWNANIA MAXWELLA

Prawo Faradaya: zmienne w czasie pole elektryczne wytwarza wirowe pole elektryczne

Prawo Amperea przepływający prąd oraz zmienne p. elektryczne wytwarzają wirowe p. magnetyczne

Prawo Gaussa dla elektryczności: Źródłem pola elektrycznego są ładunki.

Prawo Gaussa dla magnetyzmu: pole magnetyczne jest bezźródłowe, linie pola magnetycznego są zamknięte.

D-indukcja elektryczna

B- indukcja magnetyczna

E- natęż. pola elektrycznego

H- natęż. pola magnetycznego

strumień indukcji magnetycznej

strumień indukcji elektrycznej

j- gęstość prądu

p- gęstość ładunku

operator Nabla

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE- to przenoszenie zaburzeń pola magnetycznego i elektrycznego, drgających w stosunku do siebie pod kątem prostym i z tą samą częstotliwością. Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi tzn. w każdym punkcie pola wektor natężenia pola elektrycznego E i wektor indukcji magnetycznej B są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się. Rozchodzą się wolniej w ośrodkach gęstszych. Podlegają prawom fizyki tj. załamania, odbicia, dyfrakcji i interferencji. Zalicza się do nich fale świetlne widzialne, podczerwone, nadfioletowe, radiowe, mikrofale i promienie X.

Prędkość fali elektromagnetycznej w próżni

C=299792458

ŚWIATŁO NIE I SPOLARYZOWANE

FALA NIEspolaryzowana: w poprzecznej fali oscylacje rozchodzącego się zaburzenia zachodzą z jednakową amplitudą we wszystkich kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się fali. Może być traktowana jako złożenie bardzo wielu fal spolaryzowanych.

Fala spolaryzowana: drgania tylko w jednej płaszczyźnie.

PRAWO ODBICIA I ZAŁAMANIA

Prawo odbicia: kąt odbicia równy jest kątowi padania, promień padający, odbity i normalna leżą na jednej płaszczyźnie.

dowód prawa odbicia

prawo załamania: stosunek sin kąta padania do sin kąta załamania jest dla dwóch danych ośrodków wartością stałą, równą stosunkowi szybkości światła w tych ośrodkach i zwaną względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka drugiego wzgl. pierwszego.

DYFRAKCJA I INTERFERENCJA

Dyfrakcja zmiana kierunku rozchodzenia się fali gdy przechodzi przez szczelinę lun napotyka krawędź przeszkody. Zachodzi dla każdej wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest widoczne dla przeszkód o rozm. Porównywalnych z długością fali

Maxima fali

d- stała siatki

Θ kąt od osi światła

λ dł. fali

n- rząd widma

Interferencja: powstawanie nowego układu fali w wyniku nakładania się dwóch lub więcej fal.

Wzmóc. Fali:

Wygasz. Fali:

METODY POLARYZACJI ŚWIATŁA

Płytki polaryzujące: gdy światło niespolaryzowane pada na płytkę fale, dla których kierunki drgań wektora elektrycznego są równoległe do kierunku polaryzacji są przepuszczane, pochłaniane- fale w których są one prostopadłe

Polaryzacja przez odbicie:

Stwierdzono, że dla szkła (i innych materiałów dielektrycznych) istnieje pewien kąt padania- kąt całkowitej polaryzacji α, dla którego współczynnik odbicia składowej Π leżącej na płaszczyżnie padania jest równy zero.

DWÓJŁOMNOŚĆ zdolność ośrodków optycznych do podwójnego załamywania światła.

Promień „o” oprzechodzi przez kryształ z jednakową prędkością we wszystkich kierunkach tzn ma jeden współczynnik załamania n_o tak jak izotropowe ciało stałe. Promień e ma prędkość w krysztale zależną od kierunku tzn. prędkość zmienia się od v_odo
a współczynnik załamania od n_o do

Dla kalcytu n_e= 1,658 n_o= 1,486

SKRĘCENIE PŁASZCZYZNY POLARYZACJI kąt skręcenia płaszczyzny drgań (α) jest proporcjonalny do stężenia roztworu (c) oraz do grubości warwstwy roztwru (h)
γ- zdolność skręcająca roztworu

CIŚNIENIE, PRAWO PASCALA

Ciśnienie: skalarna wielkość fizyczna, określa stosunek działającej prostopadle siły nacisku (parcia) do tej powierzchni. Jednostką w ukł. SI jest paskal

Prawo Pascala: jeżeli na ciecz lub gaz w zamkniętym zbiorniku wywierane jet ciśnienie zewnętne, to ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrzemu.

P₀-ciśnienie zewnętrzne przyłożone do górnej powierzchni

ρ-gęstość

h- odległość od górnej powierzchni

PRAWO ARCHIMEDESA Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu skierowana ku górze równa ciężarowi wypartej cieczy. F_W= ρgV_C ρ-gęstość cieczy, V_C-obj. wypartej cieczy, g-przyśp. Ziemskie

GAZ DOSKONAŁY- Drobiny gazu poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą. Pomiędzy nimi cząstki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zderzenia drobin są idealnie sprężyste. Objętość cząstek gazu jest o wiele mniejsza niż objętość zajmowana przez gaz dlatego traktujemy je jako punkty materialne.

Równanie CLAPEYRONA

pV= nRT p-ciśn. Gazu, V- obj. Gazu, R-stała gazowa 8,313 [J/mol*K], T- temp. w ^OK.

TEMPERATURA wielkość fizyczna pozwalająca określić stopień nagrzania ciał, jest ściśle powiązana ze średnią E_K zarówno ruchu jak i drgań wszelkich cząstek które wchodzą w skład danego układu.

E_K-średn. Energia kinet. Przypadaj. Na 1 cząsteczkę, 2/3k-współczynnik proporcjonaln. k-stała Boltzmana 1,38*10^-23 [J/K]

ZASADA EKWIPARTYCJI ENERGJI Średnia energia kinetyczna na każdy stopień swobody będzie taka sama dla wszystkich cząsteczek.

Liczba stopni swobody danego ciała równa się liczbie niezależnych współrzędnych potrzebnych do określenia jego położenia w przestrzeni

E-śr. Energia cząstki, f-liczba stopni swobody cząstki, k stała Boltzmana, T-temp układu w K

ZEROWA ZAS. TERMODYNAMIKI

Jeśli ciała A i B są w równowadze termicznej i ciała B i C są w równowadze termicznej, to ciała A i C są w tej samej równowadze termicznej, w której byłby będą ze sobą w kontakcje.

PRAWO PRZEWODNICTWA CIEPLNEG. Zjawisko przepływu energji cieplnej pomiedzy nierównomiernie ogrzanymi ciałami.
dQ/dt-szybk przepływ ciepła, dT/dx-gradient temperatury, k-przewodnictwo cieplne

Kierunek przepływu ciepła wybiera się w kierunku wzrastania, ponieważ ciepło przepływa w kierunku malejącej temperatury T, a więc

ENERGIA CIEPLNA A PRACA

Praca- skalarna wielkość fizyczna, jest miarą ilości energii przekazywanej między układami fizycznymi w procesach maechanicznych, elektrycznych, termodyn itp.

W-pole pow pod krzywą

Ciepło to energia, jaka przepływa od jednego ciała do drugiego z powodu różnic temperatur między nimi. Ponieważ energia cieplna przenosi się dzięki różnicy temperatur możemy rozróżnić prace i ciepło, definiując prace jako energię, która przenosi się z jednego układu do drugiego w taki sposób, że różnica temperatur bezpośrednio nie występuje. Ilość en cieplnej zależy od temp bezwzgl ciała T oraz liczby stopni swobody cząstek i E=ikt/2 k-stała Boltz.

PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI

Zmiana energii wew układu równa jest sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad układem. ΔU=Q+W ; ΔU-zmiana energii; Q-ciepło[J]; W-praca[J]

ENERGIA WEWNĘTRZNA suma wszystkich rodzajów energii cząstek i atomów tworzących dany układ.

LICZBA AVOGARDA liczba cząstek w jednym molu dowolnej substancji.

N=PV/kT

POJEMNOŚĆ CIEPLNA CIAŁA: ilość ciepła jaką ciało wymienia z otoczeniem przy zmianie temp o 1K. Zależy od rodzaju ciała, temp w której wymieniane jest ciepło i warunków wymiany

CIEPŁO WŁAŚCIWE: ilość ciepła pobranego przez jednostkę masy danego układu powodująca wzrost temp o 1 K (poj. Cieplna /jednostka masy)

CIEPŁO WŁAŚCIWE przy:

Stałej odj.

Dla jednego mola jednoatomow gazu: C_V=3R/2 R-stała

Stałym ciśnieniu- jeśli 1 mol gazu utrzymujemy pod stałym ciśnieniem i pozwalamy ciepłu dopływać do gazu to nastąpi wzrost jego obj i pewna dodatkowa ilośc ciepła PdV zmieni się w pracę mechaniczną.

PROCESY ODWRACAL I NIEODWRACL

Proces jest odwracalny jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym jak i drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stany wyjść również otoczenie z którym oddziaływał gaz powraca do stany początkowego

Proces nieodwracalny: tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie, w kier przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego.

IZOTERMICZNE ROZPRĘŻENIE GAZU DOSKONAŁEGO: gaz pobiera ciepło i wykonuje pracę o wartości równej pobranemu ciepłu.

T-stała temp; V2- końcowe; V1- początkowe

ADIABATYCZNE ROZPRĘŻENIE GAZU DOSKONAŁ zachodzi bez dostarczania ciepła

P-ciśnienie, V-objętość, PV=const(izoterma) PV^γ=const(adiabata)

CYKL CARNOTA jest zamkniętym obiegiem termodynam złożonym z dwóch przemian izotermicz i dwóch przemian adiabatycz. Jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który może wyk prace i nad którym można wyk pracę, a także dwa nieogranicz źródła ciepła.

SPRAWNOŚĆ SILNIKA CARNOTA

W-wykonana praca, T1-ilośc ciepła pobranego ze źródła

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI:

*Nie można zbudować perpetum mobile II rodzaju

*Gdy dwa ciała o różnych temperaturach znajdują się w kontakcie termicznym, wówczas ciepło będzie przepływało z bardziej nagrzanego ciała do chłodniejszego.

*Żadna cykliczna maszyna cieplna pracująca między temperaturami: górną T₁ i dolną T₂ nie może mieć sprawności większej niż (T₁-T₂)/T₁

*W układzie zamkniętym entropia nie może maleć

PERPETUM MOBILE

I Rodzaju: hipotetyczna maszyna która wytwarza więcej energii niż sama zużywa, tj. wyk pracę bez pobier energii lub praca wyk przez nią jest większa od pobranej energii. Sprzeczne z zasadą zachow energii

II Rodzaju: cykliczna maszyna która zamienia energię cieplną na pracę mechaniczną bez wzrostu całkowitej entropii. Nie narusza zasady zachowania energii, ale niemożliwe do zbudow.

TERMODYNAM SKALA TEMPERATUR: przyjmuje 0 dla temp zera absolutnego. Jednostka 1 K, T_K=T_C+273,15

Stosunek temperatur, dwóch dowolnych zbiorników ciepła można zmierzyć mierząc przenoszenia ciepła podczas jednego cyklu Carnota

T1-źródło ciepła, T2-chłodnica, Q1-ciepło pobrane w T1, Q2-ciepło oddane T2

ENTROPIA Jest miarą nieuporządkowania układu czastek.

Im większy jest stan nieporządku położeń i prędkości cząstek w układzie, tym większe jest prawdopodobieństwo tego, że układ będzie w tym szczególnym stanie. Entropia jest funkcją stanu- czyli ma wartość zależną tylko od stanu układu niezależnie jak dany stan został osiągnięty
dQ-ciepło dostarcz do ukł podczas proc odwracalnego, T-temp bezwz, ds.-zmiana entropii

CIAŁO DOSKONALE CZARNE ciało o współczynniku absorpcji równym jedności, tzn niezależnie od temp całkowicie pochłania padające na nie promieniowanie posiadające dowolny skład widmowy.

PRAWO STEFANA BOLTZMANA natężenie całkowitego promieniowania cieplnego ciała doskonale czarnego jest wprost proporcjonalne do czwartej potęgi jego temp bezwzględnej. R=σT⁴ gdzie: σ-stała Stef-Boltzm. 5,67*10^-8 [W/m²*K⁴]

PRAWO PLANCKA : atomy zachowują się jak oscylatory elektromagnetyczne drgające z określoną częstotliwością. Oscylatory emitują do wnęki i absorbują z niej energię elektromagnet. Oscylatory mają energię ściśle określoną E=nhv (v-częstot oscylat, h-stała Plancka 6,6253*10^-34[J/s], n- liczba całkowita) Emisja i absorpcja światła odbywa się w porcjach (kwantach)

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Jeden foton dostarcza energii (hv) która w części zostaje zużyta na pracę wyjściową, ewentualny nadmiar energii (hv-W) elektron otrzymuje w postaci Ek

Jeżeli hv₀=W to wtedy Ek_MAX=0 nie ma nadmiaru energii, jeżeli v<v₀ to fotony niezależnie od ich liczby nie mają dość energii do wywoł fotoemisji, zjawisko nie zachodzi.

E=hv=W+Ek_MAX

liniowa zależ napięcia hamowania a częstotliwością, h-stała Plancka, e-ładunek elektronu, W-praca wyjścia,

EFEKT COMPTONA polega na rozproszeniu promieniwania rentgenowskiego X na swobodnych elektronach, w wyniku czego promieniowanie rozproszone ma większą dł fali niż promieniow padające w czasie zderzenia, foton przekaz część swojej energii i pędu elektronowi, stąd wzrost długości fali rozproszon fotonu. Przesunięcie zależy od kąta rozproszenia.

Δλ=(λ'-λ)= h(1-cosφ)/m₀c m₀-masa spoczynkow elektr, λ'-dł fali rozproszo h-st Pla, λ- dł fali padającej, φ-kąt rozproszenia

ABSORBCJA proces pobier określon porcji energii kwantów z padającego promienia. Ener absorb kwantów hv musi być równa różnicy pomiędzy energiami dozwol stanów(linie widma absorb mają takie same częstot co linie widma emisyjnego)

EMISJA SPONTANICZA to proces oddawania nadmiaru energii przez atom i przejście ze stanu wzbudzon na poziom wyższy w wyniku oddziaływ atomu z polem elektromagnetycz.

EMISJA WYMUSZONA zjawisko przyśpieszonego wypromień energii przez oświetlenie atomów wzbudzonych odpowiedni promieniow.

ROZKŁAD BOLTZMANA , równanie określające sposób obsadzania stanów energetycznych przez atomy, cząsteczki w stanie równowagi termicznej.

n_i=exp(α+βε_i) n_i- śr liczb cząstek w stanie o energii ε_i, β=k^-1 k-stała Boltzmana, α-czynnik normalizacyjny

RODZAJE I ZASADA DZIAŁANIA LASERA Zasada działania: **lasery wykorzystują atomy do „zmagazynowania” energii a następnie emisji światła koherentnego

**elektrony w atomach materiały bazowego lasera są przenoszone do wyższych stanów energetycznych( „pompowane”) za pomocą zewnętrznego źródła energii-inwersja obsadzen

**następnie są „stymulowane” za pomocą zewnętrznych fotonów aby wyemitować zgromadzoną energię w formie fotonów

**emitowane fotony mają charakterystyczną( dla danych atomów) częstotliwość i rozprzestrzeniają się razem z fotonami, które proces wyzwalania zapoczątkowały

RODZAJE: krystaliczne, gazowe, półprzewodnikowe molekularne, jonowe barwnikowe, chemiczne

---