fizyka
Przemiany energii w zjawiskach cieplnych
Zobacz Film
Energia wewnętrzna
Każde ciało posiada pewną energię wewnętrzną.
Na tę formę energii składa się głównie energia kinetyczna poszczególnych cząsteczek związaną z
ich chaotycznym ruchem i energia potencjalnego oddziaływania cząsteczek.
Wzrost temperatury ciała jest związany ze wzrostem średniej energii kinetycznej cząsteczek.
Zobacz Film
zasada termodynamiki
Energię wewnętrzną możemy zmienić przez wykonanie nad ciałem
pracy lub przekazanie ciepła.
ΔEw=W+Q
ΔEw – zmiana energii wewnętrznej
W – praca
Q – ciepło
Cieplny przepływ energii
Cieplny przepływ energii (ciepło) polega na przekazywaniu sobie
energii między cząsteczkami ciała o wyższej temperaturze, a cząsteczkami ciała o niższej temperaturze.
Przekazywanie ciepła trwa do chwili wyrównania temperatur.
Ciepło właściwe
Ciepłem właściwym nazywamy ilość energii potrzebnej do ogrzania 1 kg substancji o 1°C.
Energię potrzebną do ogrzania ciała o masie m obliczmy ze wzoru:
Q=m⋅c⋅Δt
Q – ciepło
m – masa
c – ciepło właściwe
Δt – zmiana temperatury
Ciepło właściwe wody wynosi około 4200 J/kg×°C.
Topnienie ciał krystalicznych
Topnienie ciał krystalicznych zachodzi w stałej temperaturze.
Temperatura topnienia jest równa temperaturze krzepnięcia.
Ciało podczas topnienia pobiera, a podczas krzepnięcia oddaje energię do otoczenia.
Ciepło topnienia jest to ilość energii jaką należy dostarczyć do 1 kg substancji, aby stopić go w temperaturze topnienia.
Energię (ciepło) pobrane w czasie topnienia (lub oddana w czasie krzepnięcia) obliczmy ze wzoru:
Q=m⋅ct
Q – energia (ciepło)
m – masa
ct – ciepło topnienia
Parowanie i skraplanie
Podczas parowania ciecz pobiera energię z otoczenia.
Podczas skraplania para oddaje energie pobraną czasie parowania.
Ciepło parowania w temperaturze wrzenia jest to ilość energii jaką należy dostarczyć do1 kg cieczy aby zamienić ją na parę w temperaturze wrzenia.
Energia pobrana podczas parowania cieczy w temperaturze wrzenia
(lub oddana podczas skraplania pary) wyraża się wzorem:
Q=m⋅cp
Q – energia (ciepło)
m – masa
ct – ciepło parowania
Zasada bilansu cieplnego:
Jeżeli dwa ciała są izolowane cieplnie od otoczenia, to energia oddana przez ciało o wyższej
temperaturze jest równa energii pobranej przez ciało o niższej temperaturze.
Zobacz Film
prąd elektryczny
Prąd elektryczny w metalu polega na uporządkowanym ruchu elektronów, od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego pod wpływem pola elektrycznego.
Umowny kierunek prądu przyjmujemy od bieguna dodatniego do bieguna ujemnego.
Natężenie prądu określa ładunek przepływający przez poprzeczny przekrój przewodnika w ciągu jednostki czasu.
I=q/t
I – natężenie prądu
q – ładunek elektryczny
t – czas
Jednostką natężenia prądu jest amper (A).
Związek między jednostką ładunku i natężenia prądu
1C=1A⋅1s
Używamy również jednostki ładunku 1 amperogodziny (1 Ah ): 1 Ah = 3 600 C
Do pomiaru natężenia prądu służy amperomierz.
Zobacz Film
Prawo Ohma
Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do jego końców.
Stosunek napięcia do natężenia prądu dla danego przewodnika jest stały i nosi nazwę oporu elektrycznego.
R=U/I
R – opór elektryczny
U – napięcie
I – natężenie prądu
Jednostką oporu elektrycznego jest 1 om (1 Ω)
1Ω=1V/1A
Opornik ma opór 1 oma jeżeli przyłożone napięcie 1 wolta wywołuje przepływ prądu o natężeniu 1 ampera
Zależność oporu elektrycznego od rozmiarów przewodnika:
R=ρ⋅l/S
R – opór elektryczny
ρ – opór właściwy
I – długość przewodnika
S – pole przekroju poprzecznego
Opór właściwy
Opór właściwy jest wielkością charakterystyczną dla danego materiału.
Opór właściwy jest to opór drutu o długości 1 metr i polu przekroju 1 m² lub 1 mm².
Połączenie szeregowe odbiorników
Natężenia prądów płynących przez poszczególne oporniki są takie same.
Napięcie całkowite jest równe sumie napięć na poszczególnych opornikach.
Opór zastępczy R jest równy sumie oporów poszczególnych oporników.
R=r1+r2+r3
Połączenie równoległe odbiorników
Napięcie na poszczególnych opornikach jest takie, jak napięcie zasilające.
Natężenie prądu całkowitego jest sumą natężeń płynących przez poszczególne oporniki.
Odwrotność oporu zastępczego R jest równa sumie odwrotności poszczególnych oporników.
1R=1/r1+1/r2+1/r3
Praca prądu elektrycznego
Praca prądu elektrycznego wyraża się wzorem
W=U⋅I⋅t
W – praca prądu elektrycznego
U – napięcie prądu
I – natężenie prądu
t – czas
Moc prądu elektrycznego
Wzór na moc prądu elektrycznego
P=U⋅I
P – moc prądu elektrycznego
U – napięcie prądu
I – natężenie prądu
Jednostką mocy prądu jest jeden wat: 1 W = 1 V × 1 A
Zobacz Film
zjawiska magnetyczne
Pole magnetyczne
Przestrzeń, w której na umieszczoną igłę magnetyczną (magnes) działają siły magnetyczne nazywamy polem magnetycznym. Wokół Ziemi istnieje pole magnetyczne. Ten koniec igły magnetyczne, którym igła zwraca się na północ nazywamy biegunem magnetycznym północnym, a drugi koniec biegunem magnetycznym południowym.
Bieguny magnetyczne
Dwa bieguny magnetyczne jednoimienne (N i N lub S i S) odpychają się wzajemnie, a dwa bieguny różnoimienne (N i S) przyciągają się wzajemnie. Na biegunie geograficznym północnym istnieje biegun magnetyczny południowy, a na biegunie geograficznym południowym biegun magnetyczny północny.
Linie pola magnetycznego
Pole magnetyczne na rysunku przedstawiamy przy pomocy linii pola magnetycznego. Igła magnetyczna ustawia się zawsze stycznie do linii pola magnetycznego, a biegun północny igły magnetycznej określa zwrot linii. Linie na zewnątrz magnesu mają zwrot od bieguna magnetycznego północnego do bieguna magnetycznego południowego. Linie pola magnetycznego wokół prostoliniowego przewodnika z prądem mają kształt okręgów leżących w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika, a środki tych okręgów pokrywają się z przewodnikiem.
Reguła prawej dłoni
Zwrot tych linii określa reguła prawej dłoni: Jeżeli prawą dłoń obejmiemy przewodnik prostoliniowy w ten sposób, że odchylony kciuk będzie wskazywał kierunek prądu w przewodniku, to ugięte pozostałe palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego
Pole magnetyczne przewodnika kołowego
Jeżeli prąd w przewodniku kołowym płynie zgodnie z ruchem wskazówek zegara to po naszej stronie znajduje się biegun południowy, a po przeciwnej północny.
Aby określić bieguny magnetyczne zwojnicy możemy skorzystać z powyższej reguły lub przy pomocy prawej dłoni: Prawą dłonią obejmujemy zwojnicę tak, aby palce wskazywały kierunek prądu w poszczególnych zwojach, a odchylony kciuk wskaże wtedy biegun północny zwojnicy.
Reguła lewej dłoni
Na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła elektrodynamiczna. Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej określa reguła lewej dłoni
Lewą dłoń należy umieścić tak, aby linie sił pola wchodziły prostopadle od wnętrza dłoni, wyprostowane palce wskazywały kierunek prądu, a odchylony kciuk wskaże wtedy kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej.
Pole magnetyczne działa na przewodnik największą siłą wtedy, gdy jest on ustawiony prostopadle do linii pola magnetycznego. Gdy przewodnik jest ustawiony równolegle do linii pola, wtedy siła elektrodynamiczna jest równa zero.
Kierunek siły elektrodynamicznej jest zawsze prostopadły do linii pola magnetycznego i do kierunku przepływu prądu.
Zjawisko indukcji magnetycznej
Zjawisko indukcji magnetycznej polega na wytworzeniu prądu indukcyjnego w obwodzie, w którym zmienia się pole magnetyczne.
Zobacz Film
Optyka
Światło ma swoją prędkość, która wynosi 299 792 458 m/s w próżni. Jest ona nie zmienna, chyba że zmieni ośrodek. Oznacza to, że każdy widok jaki widzimy jest obrazem z przeszłości. Wyobraź sobie siebie dryfującego w prożni. Założmy, że masz wszystko co potrzebne ci jest do przeżycia w owej próżni. W odległości 299 792 458 metrów od ciebie znajduje się jakieś źródło światła np. Słońce. Patrząc na nie widzisz słońce z przed 1 sekundy. Dlaczego? Otóż światło odległe o 299 792 458 metrów potrzebuje tej jednej sekundy, żeby dotrzeć do twoich oczu. Ile czasu potrzebuje światło, by dotrzeć do nas z różnych miejsc?
księżyc - około 1,28 sekundy
słońce - około 8,5 minuty
Mars - (ze względu na zmieniającą się odległość)- najkrócej 3 minuty, a najdłużej 22 minuty, czyli średnio 12,5 minuty.
Proxima Centauri (jest najbliższą Słońca gwiazdą) - około 4 lata
Galaktyka Andromedy (jest najbliższą Drodze Mlecznej galaktyką) - 2,52 miliona lat