Fizyka

Cykle termodynamiczne

Cykl termodynamiczny jest procesem, w którym gaz poddawany jest zbiorowi przemian gazowych, po których gaz zawsze wraca do tego samego stanu (tych samych wartości ciśnienia, objętości i temperatury, a co za tym idzie do tej samej energii wewnętrznej). W oparciu o cykle termodynamiczne działają silniki cieplne i chłodziarki. Ponieważ w całym cyklu ΔU = 0 , to Q+W=0 , a stąd Q= −W . Tutaj Q oznacza różnicę między ciepłem pobranym i oddanym do chłodnicy, zaś W to efektywna praca, która...

Procesy odwracalne i nieodwracalne

Proces jest odwracalny , jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stanu wyjściowego również otoczenie, z którym oddziaływał gaz, powraca do stanu początkowego. Proces nieodwracalny to proces, który tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie (czyli bez ingerencji z zewnątrz). W kierunku przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego. W przyrodzie wszystkie procesy, które...

Prąd elektryczny

Ciepło właściwe przy stałej objętości i przy stałym ciśnieniu

Ciepło właściwe c V , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałej objętości gazu. Ciepło właściwe c p , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałym ciśnieniu. Różnicę między nimi wyraża wzór:

Pole magnetyczne

Wydobywana z ziemi ruda żelaza, którą nazywamy magnetytem, jest trwałym magnesem. W jego otoczeniu na substancje posiadające właściwości magnetyczne działają siły magnetyczne. Siły magnetyczne działają również na ładunki elektryczne, które są w ruchu. Takie oddziaływanie na odległość jest możliwe za pośrednictwem pola magnetycznego, wytwarzanego przez każdy magnes. Pole magnetyczne to otoczenie magnesu, w którym na inne magnesy oraz na poruszające się, naładowane cząstki działają siły...

Współczesny obraz atomów

Wielkości fizyczne służące do opisu zjawisk zachodzących w atomach nie zmieniają się w sposób ciągły, lecz mogą przyjmować jedynie ściśle określone wartości zmieniające się w sposób skokowy. Dlatego mówimy, że zjawiska fizyczne mikroświata mają charakter kwantowy, a dziedzina fizyki służąca do ich opisu nazwana została mechaniką kwantową. Mechanika kwantowa w opisie atomów uwzględnia falowy charakter elektronów i do ich opisu posługuje się funkcjami falowymi. Podstawowym równaniem służącym...

Prawa Kirchoffa

Poziom natężenia fali akustycznej

Poziom natężenia fali akustycznej wyrażamy w belach [B] lub decybelach [dB] i definiujemy za pomocą wzoru: I – natężenie fali, której poziom natężenia obliczamy. I 0 = 10 -12 W/m 2 , to minimalne natężenie fali akustycznej o częstotliwości 1000 Hz, słyszalnej dla człowieka. Maksymalne natężenie fali akustycznej jakie nie prowadzi do uszkodzenia błony bębenkowej jest równe 1,07 W/m 2 . Przykład:

Efekt Dopplera

Efekt Dopplera występuje wtedy, gdy źródło fali jest w ruchu względem obserwatora. Polega on na tym, że w zależności od tego, czy źródło fali zbliża się do obserwatora czy oddala, rejestruje on większą lub mniejszą częstotliwość fal niż mają fale wysyłane ze źródła. Jeżeli obserwator zbliża się do źródła fal akustycznych z prędkością v 0 , a źródło fal akustycznych o częstotliwości f dodatkowo zbliża się do obserwatora z prędkością v z , to częstotliwość jaką zarejestruje obserwator...

Właściwości mechaniczne ciał stałych

Ciała stałe dzielimy na krystaliczne i amorficzne. Drobiny w ciałach krystalicznych tworzą uporządkowany układ, który nazywamy siecią krystaliczną. W ciałach amorficznych drobiny są ułożone przypadkowo i przypominają układ drobin charakterystyczny dla cieczy, który został nagle zamrożony i utrwalony w postaci ciała stałego. Budowa wewnętrzna ciał stałych ma wpływ na ich właściwości fizyczne.

Fale akustyczne

Fale akustyczne są podłużnymi falami mechanicznymi, które mogą rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zaburzenie będące falą akustyczną polega na chwilowych zmianach gęstości ośrodka w skutek czego powstają chwilowe różnice ciśnień. Ze względu na częstotliwość fale akustyczne dzielimy na następujące rodzaje: Fale dźwiękowe, to fale które działając na ludzkie ucho i mózg wywołują wrażenie słyszenia. Zakres częstotliwości tych fal to od 16Hz do 20kHz. Fale...

Strumień indukcji magnetycznej

Strumieniem indukcji magnetycznej przechodzącym przez płaską powierzchnię o polu S znajdującą się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B nazywamy wielkość określoną wzorem: gdzie: B – wektor indukcji pola magnetycznego, S – wektor prostopadły do powierzchnio wartości równej polu tej powierzchni, α – kąt pomiędzy wektorami S i B . Jednostką strumienia indukcji magnetycznej jest weber [Wb]. Strumień indukcji magnetycznej ma wartość jednego webera, jeśli...

Prawo załamania światła

Gdy światło przechodzi z ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n 1 do ośrodka o bezwzględnym współczynniku załamania n 2 , to stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania światła w obu ośrodkach, zgodnie ze wzorem w którym n 2/1 oznacza współczynnik załamania drugiego ośrodka względem pierwszego.

Odkształcanie sprężyste

Odwracalne odkształcenie ciał stałych nazywamy odkształceniem sprężystym , dla którego słuszne jest prawo Hooke’a: gdzie Δl=l−l 0 jest wydłużeniem spowodowanym siłą F . Współczynnik sprężystości k zależy od pola powierzchni przekroju poprzecznego pręta S i od jego długości początkowej l 0 , zgodnie ze wzorem: w którym E to współczynnik proporcjonalności nazywany modułem Younga , zależny wyłącznie od rodzaju materiału, z którego wykonany jest pręt. Prawo Hooke’a...

Napięcie skuteczne prądu przemiennego

Napięcie skuteczne na zaciskach określonego odcinka obwodu, przez który płynie prąd przemienny, jest równe wartości napięcia na zaciskach tego samego odcinka obwodu, gdy płynie przez niego prąd stały, który powoduje wydzielenie się tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym czasie. Dla napięcia sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem:

Silniki cieplne

Gaz roboczy w silniku poddawany jest różnym przemianom, których celem jest przekształcenie energii cieplnej pochodzącej ze źródła ciepła w pracę mechaniczną.Tylko część pobranego ciepła może zostać zamieniona na pracę. Pozostała część oddawana jest do chłodnicy. Gdy T 1 oznacza temperaturę źródła ciepła, a T 2 temperaturę chłodnicy, to T 2 < T 1 .

Transformator

Transformator jest urządzeniem umożliwiającym zmianę napięcia przemiennego z wyższego na niższe lub odwrotnie. Transformator składa się z: uzwojenia pierwotnego podłączonego do źródła napięcia,którego wartość chcemy zmienić, uzwojenia wtórnego, na którym napięcie ma zmienioną wartość, rdzenia ferromagnetycznego, w którym powstaje okresowo zmienny strumień indukcji magnetycznej na skutek przepływu prądu zmiennego przez uzwojenie pierwotne. Napięcia i prądy w uzwojeniu...

Zasada superpozycji pól

Gdy pole grawitacyjne jest wytwarzane przez kilka mas, to wypadkowe natężenie pola w danym punkcie jest wektorową sumą natężeń pochodzących od wszystkich mas: W ten sam sposób wyznaczyć można potencjał pola w danym punkcie pochodzący od wielu źródeł:

Chłodziarki

Gaz roboczy w chłodziarce poddawany jest różnym przemianom,których celem jest transport ciepła od układu o temperaturze niższej do układu o temperaturze wyższej.Taki proces może być realizowany tylko dzięki wykonywanej nad gazem roboczym pracy. Skutkiem działania chłodziarki jest oziębienie jednego z układów do pożądanej przez nas temperatury.

Prawo Jule’a-Lenza

Prawo Jule’a-Lenza mówi, że ciepło wydzielone na odcinku przewodnika o oporze R , przez który płynie prąd o natężeniu I w czasie t , jest równe pracy prądu elektrycznego wykonanej w tym samym czasie na tym odcinku przewodnika: Q = W . Jeżeli U jest napięciem na końcach odcinka przewodnika, to wzór na ciepło ma następującą postać: Q = U ⋅ I⋅ t .

Zjawisko dyfrakcji

Dyfrakcja fali, inaczej nazywana ugięciem fali, jest zjawiskiem polegającym na zmianie kształtu powierzchni falowej (zmianie kierunku promieni fali) na skutek pokonania przez falę przeszkody. Gdy fala płaska napotka na swej drodze przegrodę ze szczeliną, to czoło fali odbije się od przegrody, a punkty szczeliny staną się źródłami fal kulistych. Fale te, nakładając się na siebie, utworzą falę wypadkową, której powierzchnia falowa ma inny kształt, niż miała fala przed dojściem do przeszkody....

Wysokość dźwięku

Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości. Im częstotliwość większa, tym dźwięk jest wyższy.

Napięcie sinusoidalnie zmienne

Napięcie sinusoidalnie zmienne jest sinusoidalną funkcją czasu w postaci: Napięcie na końcach opornika, przez który płynie prąd sinusoidalnie zmienny, będzie również sinusoidalnie zmienne i będzie miało tę samą częstotliwość oraz fazę początkową co natężenie.

Ciecze i gazy

Ciśnienie

Ciśnienie jest spowodowane przez siłę F naciskającą na jakąś powierzchnię o polu S . Wartość tej siły przypadająca na jednostkową powierzchnię nazwana została ciśnieniem: Jednostką ciśnienia jest paskal – Pa. Ciśnienie w gazach jest spowodowane zderzeniami cząsteczek gazu ze ściankami naczynia i ze wszystkimi przedmiotami, które znajdują się w gazie.

Ruch jednostajny prostoliniowy

Nazwa tego ruchu wskazuje na prostoliniowy kształt toru i na niezmienność wektora prędkości: V=const. Oznacza to, że wektor prędkości w czasie takiego ruchu ma stały kierunek, zwrot i wartość. Zatem ruch musi odbywać się po linii prostej bez zmiany zwrotu. Ponieważ w takim ruchu wartość przemieszczenia AB jest równa drodze s, to wartość prędkości jest równa szybkości i możemy wyrazić ją wzorem: przy założeniu, że czas początkowy t 0 , w którym zaczynamy obserwować ruch,...

II zasada dynamiki w postaci uogólnionej:

Powyższy wzór prowadzi do wniosku, że gdy układ jest odizolowany od otoczenia, czyli F w = 0 , to Δp = 0 , a to oznacza, że p=const . Jest to zasada zachowania pędu, którą można wyrazić słowami w następujący sposób: Jeśli na ciało lub na układ ciał nie działają żadne siły zewnętrzne, lub działające siły równoważą się, to pęd ciała (układu ciał) pozostaje stały. Pęd układu ciał jest wektorową sumą pędów poszczególnych ciał p = p 1 + p 2 + ... + p n . Zgodnie z zasadą...

Kinematyka

Kinematyka to nauka o ruchu. Ruch jest naturalnym i powszechnym zjawiskiem występującym w przyrodzie. Opisujemy go za pomocą pojęć wprowadzonych w XVII wieku przez Galileusza.

Ruch jednostajnie przyspieszony

Ruch jednostajnie przyspieszony to ruch, w którym wartość, kierunek i zwrot wektora przyspieszenia są stałe: a=const. Stały kierunek i zwrot wektora przyspieszenia jest możliwy tylko w ruchu prostoliniowym. Wobec tego ruch jednostajnie przyspieszony musi być ruchem prostoliniowym , czyli ruchem, w którym wartość prędkości jest równa szybkości. Stała wartość przyspieszenia oznacza, że w ciągu każdej sekundy szybkość (wartość prędkości) wzrasta o tyle samo: We wzorze v 0...

Ton

Ton odnosi się do fali dźwiękowej sinusoidalnej o ściśle określonej amplitudzie i częstotliwości oraz długości. Źródłem takiej fali jest drgający kamerton.

Natężenie skuteczne prądu przemiennego

Natężenie skuteczne prądu przemiennego jest równe wartości natężenia prądu stałego, który spowodowałby wydzielenie tej samej ilości energii, co prąd przemienny w tym samym obwodzie i w tym samym czasie. Dla prądu sinusoidalnie zmiennego wielkość ta wyraża się wzorem: gdzie I 0 – amplituda prądu sinusoidalnie zmiennego.

Załamanie światła

Załamanie światła jest spowodowane różną prędkością światła w różnych ośrodkach. Jeśli światło przechodzi z ośrodka rzadszego do gęstszego, gdzie jego prędkość jest mniejsza, to skraca sobie drogę załamując się do normalnej. Z kolei, gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego do rzadszego to załamuje się od normalnej. Bieg promieni świetlnych jest odwracalny i dlatego w przeciwnym kierunku światło biegnie po tej samej drodze. Stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w...

Przemiany stanu gazu doskonałego

Przemiana izotermiczna charakteryzuje się tym, że T=const i ΔU = 0 . Na podstawie I zasady termodynamiki: Q+W=0 , czyli: Q= −W . Wniosek: W stałej temperaturze energia wewnętrzna gazu nie zmienia się. Z zasady termodynamiki wynika, że aby to było możliwe, całe dostarczone do gazu ciepło musi być zużyte przez gaz na wykonanie pracy podczas rozprężania się. Z kolei, jeśli gaz jest sprężany (praca jest wykonana nad gazem), to musi całą energię przekazaną mu w ten sposób oddać...

Dynamika

Dynamika to nauka o siłach i ich skutkach. Siła jest miarą wzajemnych oddziaływań między ciałami. Jednostką siły jest 1N – niuton .

Energia kinetyczna

Energia kinetyczna ciała poruszającego się z prędkością v , po wprowadzeniu poprawek wynikających ze szczególnej teoria względności, wyraża się wzorem:

Energia potencjalna w centralnym polu elektrycznym

Energia potencjalna w polu centralnym wynika z oddziaływań między ładunkami punktowymi. Zakładamy, że gdy ładunki Q i q są w nieskończenie dużej odległości od siebie, to prawie w ogóle ze sobą nie oddziałują i dlatego w nieskończoności energia potencjalna ładunku q jest równa zeru. Energia potencjalna w dowolnym punkcie pola jest równa pracy jaka musi być wykonana, aby sprowadzić ładunek q z nieskończoności do danego punktu pola. Dla pola centralnego energię potencjalną wyraża...

Indukcja magnetyczna

Indukcja magnetyczna B jest wektorem, którego wartość jest równa wartości siły F działającej na dodatni ładunek elektryczny q wpadający do pola magnetycznego prostopadle do linii tego pola z prędkością v : Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla – T. W polu magnetycznym o indukcji 1T na ładunek 1C poruszający się prostopadle do linii pola z szybkością 1 m/s działa siła o wartości 1N.

Energia potencjalna grawitacyjna

Energia potencjalna grawitacyjna związana jest z położeniem masy w polu grawitacyjnym. Wartość energii potencjalnej, jaką posiada ciało o masie m w polu grawitacyjnym ziemskim względem wybranego poziomu odniesienia, jest równa pracy, jaką musiała wykonać siła przemieszczając to ciało z poziomu odniesienia na wysokość h . Obliczamy ją ze wzoru: Uwaga: Wzór ten stosuje się dla wysokości małych w porównaniu z promieniem Ziemi. Dla takich wysokości pole grawitacyjne Ziemi jest polem...

Ruch cząstki naładowanej w jednorodnym polu elektrycznym

Ruch naładowanej cząstki (np. elektronu) wpadającej do jednorodnego pola elektrycznego z prędkością skierowaną prostopadle do linii tego pola jest taki sam, jak rzut poziomy w jednorodnym polu grawitacyjnym. Pod wpływem siły pola elektrycznego ( F=q⋅E ) cząstka odchyla się od pierwotnego kierunku ruchu o pewien kąt, którego wielkość zależy wprost proporcjonalnie od napięcia między okładkami kondensatora. Daje to możliwość sterowania wielkością tego odchylenia, co wykorzystywane...

Zasada zachowania energii

Zasada zachowania energii mówi, że w układzie zamkniętym (odizolowanym od otoczenia) energia może ulegać przemianom z jednej postaci w inną (np. energia kinetyczna może przekształcić się w energię potencjalną grawitacji), ale całkowita ilość energii pozostaje stała. Zasada zachowania energii jest słuszna dla wszystkich rodzajów energii, nie tylko dla energii mechanicznej.

Zdolność skupiająca soczewki

Zdolność skupiająca soczewki jest odwrotnością jej ogniskowej wyrażonej w metrach: Gdy f > 0 , to Z > 0 i soczewka jest skupiająca, a gdy f < 0 , to Z < 0 i soczewka jest rozpraszająca. Zdolność skupiającą soczewki można wyrazić poprzez promienie jej krzywizn oraz współczynnik załamania materiału soczewki względem ośrodka, w którym jest soczewka Wykorzystując powyższy wzór należy uwzględnić, że jeśli powierzchnia ograniczająca soczewkę jest wypukła,...

Pojęcie gazu doskonałego i równanie Clayperona

Stan fizyczny pewnej porcji gazu określają parametry stanu gazu , którymi są: ciśnienie – p [Pa] , temperatura – T [K] , oraz objętość – V [m 3 ] .

Prąd przemienny

Prąd przemienny to taki prąd, który okresowo zmienia kierunek, a jego natężenie jest okresową funkcją czasu. Podstawowym przykładem prądu przemiennego jest prąd sinusoidalnie zmienny, dla którego zależność natężenia od czasu ma następującą postać: gdzie: I 0 to maksymalna wartość, jaką przyjmuje natężenie prądu (amplituda), ω to częstość kołowa równa częstotliwości zmian natężenia pomnożonej przez 2π (ω=2π⋅f ), ϕ to faza początkowa, w chwili t = 0 s.

Silniki cieplne i chłodziarki

Teoria Wielkiego Wybuchu

Zgodnie z dzisiejszym stanem wiedzy uważamy, że Wszechświat powstał około 15 miliardów lat temu, kiedy cała jego materia skupiona była w jednym punkcie. Poza nim nie było nic. Ponieważ w tej niezmiernie małej objętości panowała ekstremalnie wysoka temperatura i niewyobrażalnie duże ciśnienie, to doszło do wybuchu nazywanego Wielkim Wybuchem. W wyniku Wielkiego Wybuchu Wszechświat zaczął się rozszerzać i stygnąć. Ta eksplozja, która wtedy się zaczęła, ciągle jeszcze trwa, gdyż Wszechświat...

Siła Lorentza

Siła Lorentza jest to siła, która działa na naładowaną cząstkę wpadającą z pewną prędkością do pola magnetycznego. Wielkość tej siły zależy od wartości indukcji magnetycznej pola magnetycznego B , ładunku elektrycznego cząstki q , i prędkości z jaką cząstka wpada do pola v , według wzoru: F L =  qvB ⋅ sinα, w którym kąt α , to kąt zawarty między wektorem indukcji B i wektorem prędkości cząstki v . Kierunek i zwrot siły Lorentza określa reguła śruby prawoskrętnej. Siła...

Energia kinetyczna ruchu postępowego

Energia kinetyczna ruchu postępowego poruszającego się ciała o masie m jest równa pracy, jaką trzeba wykonać, aby rozpędzić to ciało od prędkości zerowej do prędkości v , posiadanej przez to ciało. Jest to wielkość wprost proporcjonalna do masy i do kwadratu prędkości ciała. Wyraża się ją wzorem:

Właściwości sprężyste

Ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły odkształcają się w sposób nietrwały (wyginają się – trampolina, wydłużają się – sprężyna, skręcają się – metalowe pręty itp.) mają właściwości sprężyste. Jeśli ciało ma właściwości sprężyste, to po usunięciu siły przyjmuje pierwotny kształt.

Właściwości plastyczne

Właściwości plastyczne mają te ciała stałe, które pod wpływem działającej na nie siły odkształcają się w sposób trwały. Są to np.: plastelina, folia aluminiowa, glina itp.

Praca w centralnym polu elektrycznym

Praca wykonana przez siłę zewnętrzną podczas przesunięciu ładunku próbnego q , w polu elektrycznym wytworzonym przez punktowy ładunek Q wyraża się wzorem: w którym r 1 i r 2 oznaczają początkowe i końcowe położenie punktów pola, między którymi przesunięty został ładunek q . Wartość pracy w polu elektrycznym nie zależy od kształtu i długości przebytej drogi między punktami pola, lecz od położenia tych punktów. Jest to cecha każdego pola zachowawczego , w którym praca...