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.
Najważniejsze cechy odróżniające cząstki od fal
Cechy cząstek Cechy fal Cząstka jest zlokalizowana. Fala jest rozciągła. Cząstki nie mogą się nakładać na siebie tak jak fale. Fale mogą się wzmacniać lub wygaszać nakładając się na siebie. Na skutek ruchu cząstki następuje przemieszczenie materii skupionej w cząstce. Fala polega na przemieszczaniu się zaburzeń ośrodka materialnego lub zaburzeń pola elektromagnetycznego,podczas gdy ośrodek nie ulega przemieszczeniu. Właściwości...
Definicje wielkości opisujących ruch obrotowy bryły sztywnej
Ramię siły to wektor łączący środek obrotu z wektorem siły. Jego wartość wyrażamy w metrach, [r] = [m] . Moment siły to wektor , którego wartość obliczamy według wzoru: M=r⋅F⋅sinα [N⋅m] . Kierunek wektora momentu siły jest prostopadły do płaszczyzny, w której leży siła i jej ramię. Zwrot wektora momentu siły ma wpływ na kierunek obrotu bryły. Posługujemy się tutaj regułą śruby prawoskrętnej Moment bezwładności punktu materialnego o masie m...
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 .
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.
Izotopy
Liczba neutronów w jądrach danego pierwiastka może być różna. Atomy, które mają taką samą liczbę protonów w jądrze, lecz różnią się liczbą neutronów nazywamy izotopami .
Pole grawitacyjne i jego opis
Pole grawitacyjne to właściwość przestrzeni wokół każdego ciała posiadającego masę. W obszarze, w którym znajduje się pole grawitacyjne jakiegoś ciała, na każde inne ciało posiadające masę działają siły określone przez prawo powszechnego ciążenia. Linie, wzdłuż których te siły działają, nazywamy liniami pola grawitacyjnego. Pole, w którym linie pola przebiegają promieniście i przecinają się w środku masy ciała będącego źródłem pola, nazywamy polem centralnym .
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...
Budowa atomu według Bohra
Teoria budowy atomu sformułowana przez Bohra z punktu widzenia współczesnej fizyki jest błędna. Jednak postulaty tej teorii prowadzą do wniosków, które dobrze służą do opisu atomów wodoropodobnych. Przed stworzeniem przez Bohra teorii atomu Ernest Rutherford na podstawie swoich doświadczeń wyprowadził wniosek, że atom składa się z dodatnio naładowanego jądra atomowego oraz ujemnie naładowanych elektronów, które poruszają się wokół jądra po orbitach kołowych i eliptycznych. Zgodnie z...
Ruch obrotowy
Ruch obrotowy to ruch, w którym wszystkie punkty bryły zataczają współśrodkowe okręgi wokół osi obrotu. Oś obrotu to linia, na której leżą punkty bryły pozostające w spoczynku podczas obrotu. W ruchu obrotowym wszystkie punkty bryły mają taką samą szybkość kątową ω i różne szybkości liniowe v (styczne do toru), ponieważ v=r⋅ω . Jeśli szybkość kątowa rośnie lub maleje, to ruch obrotowy jest odpowiednio przyspieszony lub opóźniony i dla takich ruchów istnieje przyspieszenie lub...
Skraplanie
Skraplanie to proces odwrotny do wrzenia i parowania. Polega na zmianie stanu gazowego w stan ciekły. Podczas skraplania ciecz musi oddawać ciepło do otoczenia.
Zależność szybkości od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym
W ruchu jednostajnie opóźnionym szybkość maleje wraz z upływem czasu według wzoru: v= v 0 − a⋅t. W chwili t = 0 szybkość wynosi v 0 . W kolejnych chwilach czasu od szybkości początkowej odejmowana jest coraz większa liczba, co graficznie przedstawia wykres:
Prawa Maxwella
Prawa Maxwella to cztery najważniejsze równania elektromagnetyzmu,które pokazują, że oddziaływania elektryczne i magnetyczne są ze sobą powiązane i nie istnieją niezależnie od siebie. Dla próżni można je wyrazić w następujący sposób:
Równanie Einsteina
Jeśli energia padającego na metal fotonu jest większa od pracy wyjścia, to elektron może dodatkowo uzyskać energię kinetyczną. Bilans energii fotonu oddziałującego z elektronem, całkowicie zgodny z doświadczeniem, podał Einstein w postaci wzoru: E f = W + E K czyli Za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego Albert Einstein otrzymał nagrodę Nobla.
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...
Ruch jednostajny po okręgu
W ruchu jednostajnym po okręgu wektor prędkości zmienia kierunek i zwrot lecz jego wartość jest w każdej chwili taka sama i wynosi: gdzie r oznacza promień okręgu, a T okres.
Kiedy stosujemy prawa fizyki relatywistycznej
W przypadku obiektów poruszających się z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła prawa klasycznej mechaniki Newtona nie zgadzają się z doświadczeniem. Do opisu takich obiektów należy stosować prawa sformułowane przez Alberta Einsteina w szczególnej teorii względności. Teoria ta odnosi się tylko do zjawisk zachodzących w inercjalnych układach odniesienia. Układem inercjalnym jest układ, w którym nie występują siły bezwładności. Układ inercjalny nie może być w ruchu przyspieszonym....
Założenia szczególnej teorii względności
Szczególna teoria względności opiera się na dwóch założeniach: W układach poruszających się względem siebie ruchem jednostajnym prostoliniowym wszystkie zjawiska przebiegają jednakowo. Nie ma takiego zjawiska, przy pomocy którego obserwator znajdujący się w układzie inercjalnym mógłby wykazać swój ruch lub spoczynek. Prędkość światła w każdym układzie jest więc jednakowa. Oznacza to, że wszystkie prawa przyrody i opisujące je równania nie zmieniają się przy ich transformacji z jednego...
Pojemność kondensatora
Pojemnością kondensatora C nazywamy stały dla danego kondensatora stosunek ładunku zgromadzonego na jego okładkach do napięcia panującego między okładkami:
Zjawisko interferencji
Obrazy w zwierciadłach sferycznych
Zwierciadła to powierzchnie, które odbijają światło. Zwierciadła sferyczne dzielimy na wklęsłe i wypukłe. Środek zwierciadła S i środek jego krzywizny O (środek powierzchni kulistej, której częścią jest zwierciadło) wyznaczają oś optyczną zwierciadła. Wykorzystując prawo odbicia światła można wykazać, że wszystkie promienie padające na zwierciadło równolegle do osi optycznej, po odbiciu od niego przecinają się w jednym punkcie, który leży na osi optycznej – nazywamy go ogniskiem...
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie opóźnionym jest równaniem kwadratowym o ujemnym współczynniku stojącym przy t 2 : Na wykresie taka zależność ma kształt paraboli o ramionach zwróconych w dół: Z wykresu widać, że droga przebyta w czasie dowolnie wybranej sekundy ruchu jest mniejsza od drogi przebytej w poprzedniej sekundzie. Jest to cecha ruchu opóźnionego.
Zależność drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym
Droga w tym ruchu rośnie wraz z upływem czasu zgodnie ze wzorem: Jest to równanie paraboli y = ax 2 + bx + c, w którym c = 0. Zatem wykres zależności drogi od czasu w ruchu jednostajnie przyspieszonym jest parabolą o ramionach skierowanych do góry (większy od zera współczynnik przy t 2 ) i przechodzącą przez początek układu współrzędnych (dla t = 0 mamy s = 0). Wykres pokazuje, że droga przebyta w dowolnej sekundzie jest większa od drogi przebytej w poprzedniej sekundzie....
Budowa jądra atomowego
Składnikami jąder atomowych są nukleony, czyli protony i neutrony. Istnienie jąder atomowych możliwe jest dzięki siłom jądrowym łączącym ze sobą nukleony. Siły jądrowe są krótkozasięgowe i działają na bardzo małych odległościach. Są to ogromne siły, które znacznie przewyższają bardzo duże siły odpychania elektrycznego między protonami. Ich źródłem są kwarki , które są składnikami zarówno protonów, jak i neutronów. Kwarki zgodnie z dzisiejszą wiedzą nie dzielą się już na mniejsze części i...
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
Korpuskularna natura promieniowania elektromagnetycznego ujawnia się między innymi, w zjawisku fotoelektrycznym, które znajduje szerokie zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych. Polega ono na wybijaniu elektronów z metalu przez fotony promieniowania elektromagnetycznego. Jeśli metalowa płytka,na którą pada światło jest częścią obwodu elektrycznego (katodą), to uwolnione przez światło elektrony mogą brać udział w przewodzeniu prądu. Układ elektryczny sterowany światłem...
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...
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...
Przeciążenie
Przeciążenie jest stanem, w którym działające na układ siły zewnętrzne są powodem powstawania wzajemnych sił nacisku pomiędzy elementami układu. Siły nacisku są większe co do wartości od sił ciężkości działających na elementy układu. Przykład: Kosmonauci znajdujący się w rakiecie startującej z powierzchni Ziemi poddawani są przeciążeniom.
Pierwsza zasada termodynamiki
Zasada ta stwierdza, że energię wewnętrzną gazu można zmienić na dwa sposoby: 1. w wyniku przepływu ciepła Q , pomiędzy gazem, a jego otoczeniem, 2. na skutek pracy W , wykonanej przez gaz lub pracy wykonanej nad gazem. Zmiana energii wewnętrznej gazu ΔU jest równa sumie ciepła i pracy zgodnie ze wzorem: ΔU=Q+W . Gdy dostarczymy ciepło do gazu, to Q > 0 , a gdy gaz oddaje ciepło, to Q < 0 . Podobnie gdy praca jest wykonana nad gazem, to W > 0 , a jeśli gaz wykonuje pracę...
Zakaz Pauliego
W atomach wieloelektronowych obowiązuje zakaz Pauliego, zgodnie z którym w atomie żadne dwa elektrony nie mogą znajdować się w stanie opisanym przez te same liczby kwantowe. Dwa elektrony muszą różnić się wartością co najmniej jednej liczby kwantowej.
Falowa natura cząstek materii
Poruszające się elektrony, protony, neutrony, cząstki α (jądra helu), a nawet całe atomy wykazują dyfrakcję i interferencję, które są zjawiskami typowymi dla fal. Im mniejsza masa cząstki, tym łatwiej zaobserwować jej właściwości falowe, gdyż ze wzrostem masy maleje długość fali związanej z cząstką. Przykładowo fala związana z piłką tenisową poruszającą się z szybkością 50 m/s jest około 10 27 razy mniejsza od długości fali światła fioletowego. Dyfrakcja takiej fali może być zauważona...
Przemiana termodynamiczna
Przemiana termodynamiczna to proces, w którym przynajmniej jeden z parametrów stanu gazu ulega zmianie. Gaz przechodzi wtedy do innego stanu opisanego przez nowe parametry, które również muszą spełniać równanie Clapeyrona.
Cykl Carnota
Cykl Carnota składa się z dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych, przedstawionych na rysunku: Począwszy od punktu A następuje: izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne rozprężanie --> adiabatyczne rozprężanie. W oparciu o cykl Carnota przebiegający w tym kierunku działa doskonały silnik cieplny . Począwszy od punktu A adiabatyczne sprężanie --> izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne rozprężanie -->...
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:
Definicje wielkości opisujących ruch
Przemieszczenie to wektor łączący początkowe i końcowe położenie ciała. Jako wielkość wektorowa przemieszczenie posiada kierunek, zwrot i wartość . Jego wartość oznaczamy symbolem AB (bez strzałki u góry) i wyrażamy ją w jednostkach długości – [m]. Droga to długość przebytego toru. Droga jest wielkością skalarną (liczbową) wyrażoną w jednostkach długości. Na rys. 1.2. widać, że w ruchu krzywoliniowym droga s jest większa od wartości wektora...
Położenie Ziemi we Wszechświecie
Struktura Opis struktury Układ Słoneczny to układ planetarny, do którego należy Ziemia. Obecnie wiadomo już, że planety krążą również wokół wielu innych gwiazd. Nie wiadomo, czy na którejś z nich istnieje życie. Słońce jest gwiazdą, wokół której krąży 9 planet. Jedną z nich jest Ziemia. Ziemia jest jedyną planetą w Układzie Słonecznym, na której panują warunki przyjazne życiu, jakie znamy. Wszystkie planety krążą wokół Słońca zgodnie z prawami Keplera i dzięki...
Moc prądu elektrycznego
Moc prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez element obwodu, na którego końcach różnica potencjałów jest równa U , określona jest wzorem:
Obrazy w soczewkach
Rysując obrazy, jakie powstają po przejściu światła przez soczewki, wykorzystujemy bieg trzech charakterystycznych promieni: jeśli promień biegnie równolegle do osi optycznej, to po przejściu przez soczewkę załamuje się i przechodzi przez ognisko z drugiej strony soczewki, jeśli promień biegnie przez środek soczewki, to przechodzi przez soczewkę bez zmiany kierunku, jeśli promień przechodzi przez ognisko, to po przejściu przez soczewkę biegnie równolegle do osi optycznej....
Równanie fali harmonicznej kulistej
gdzie y – to wartość wychylenia z położenia równowagi dla cząsteczki ośrodka, która w chwili t znajduje się w odległości r od źródła.
Pojęcie pracy w fizyce
Praca jest wielkością skalarną zdefiniowaną jako iloczyn skalarny wektora siły i wektora przemieszczenia: gdzie α to kąt pomiędzy wektorem siły a wektorem przemieszczenia.Jednostką pracy jest jeden dżul [J] Praca może przyjmować wartości dodatnie i ujemne w zależności od kąta α . Kiedy α > 90° to cos α < 0 i wtedy W < 0 . Praca W jest wykonywana tylko wtedy, gdy siła F działająca na ciało spowoduje przemieszczenie s tego ciała. Przykład: Dziecko...
Zasada zachowania pędu
Zasada zachowania pędu wynika z uogólnionej postaci II zasady dynamiki.
Linie pola elektrycznego
Linie pola są to abstrakcyjne linie, które w każdym punkcie pola są styczne do siły działającej w tym polu na próbny ładunek q . Ładunek próbny to ładunek dodatni o bardzo małej wartości, który ma znikomy wpływ na badane pole.
Dodawanie sił
Dodawanie sił o tych samych kierunkach i zwrotach. Dodawanie sił o tych samych kierunkach i przeciwnych zwrotach. Dodawanie sił o różnych kierunkach i różnych zwrotach. Wektor przeciwny do danego wektora. Odejmowanie jednego wektora od drugiego to dodawanie wektora przeciwnego.
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,...
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.
Drgania tłumione
Jeżeli na ciało działa siła sprężystości oraz odpowiednio słaba siła oporu , to ciało po wychyleniu ze stanu równowagi wykonuje drgania tłumione o coraz to mniejszej amplitudzie.
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...
Struktura wszechświata
Wszechświat zbudowany jest z miliardów galaktyk , które można uważać za jego podstawowe elementy. Każda galaktyka składa się średnio z około 100 miliardów gwiazd oraz gazu i pyłu. Galaktyki mają różne kształty. Są galaktyki eliptyczne przypominające spłaszczoną kulę, galaktyki spiralne w postaci dysku z wystającymi ramionami i galaktyki nieregularne. Najwięcej gwiazd znajduje się w centrum galaktyk. Galaktyki występują samodzielnie lub tworzą większe struktury nazywane gromadami...