Ciekawość otaczającego nas świata oraz wzorców jego funkcjonowania i rozwoju jest czymś naturalnym i właściwym. Dlatego rozsądne jest zwrócenie uwagi na nauki przyrodnicze, na przykład fizykę, która wyjaśnia samą istotę powstawania i rozwoju Wszechświata. Podstawowe prawa fizyczne nie są trudne do zrozumienia. Szkoły zapoznają dzieci z tymi zasadami już w bardzo młodym wieku.
Dla wielu nauka ta zaczyna się od podręcznika „Fizyka (7 klasa)”. Dzieciom w wieku szkolnym ukazuje się podstawowe pojęcia termodynamiki, zapoznają się z rdzeniem głównych praw fizycznych. Ale czy wiedzę należy ograniczać do szkoły? Jakie prawa fizyczne powinien znać każdy człowiek? Zostanie to omówione w dalszej części artykułu.
Fizyka naukowa
Wiele niuansów opisanej nauki jest znanych wszystkim od wczesnego dzieciństwa. Wynika to z faktu, że w istocie fizyka jest jedną z dziedzin nauk przyrodniczych. Opowiada o prawach natury, których działanie wpływa na życie każdego człowieka, a pod wieloma względami wręcz je zapewnia, o cechach materii, jej budowie i wzorcach ruchu.
Termin „fizyka” został po raz pierwszy zarejestrowany przez Arystotelesa w IV wieku p.n.e. Początkowo było to synonimem pojęcia „filozofia”. Przecież obie nauki miały jeden cel – prawidłowe wyjaśnienie wszystkich mechanizmów funkcjonowania Wszechświata. Ale już w XVI wieku, w wyniku rewolucji naukowej, fizyka usamodzielniła się.
Prawo ogólne
Niektóre podstawowe prawa fizyki znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach nauki. Oprócz nich są takie, które uważane są za wspólne całej naturze. To jest o
Oznacza to, że energia każdego układu zamkniętego podczas występowania w nim jakichkolwiek zjawisk jest z pewnością zachowana. Niemniej jednak jest w stanie przekształcić się w inną formę i skutecznie zmieniać swoją zawartość ilościową w różnych częściach nazwanego systemu. Jednocześnie w układzie otwartym energia maleje, pod warunkiem, że energia wszelkich ciał i pól, które z nią oddziałują, wzrasta.
Oprócz powyższej ogólnej zasady fizyka zawiera podstawowe pojęcia, wzory, prawa, które są niezbędne do interpretacji procesów zachodzących w otaczającym świecie. Odkrywanie ich może być niezwykle ekscytujące. Dlatego w tym artykule pokrótce omówione zostaną podstawowe prawa fizyki, jednak aby je głębiej zrozumieć, ważne jest zwrócenie na nie pełnej uwagi.
Mechanika
Wiele podstawowych praw fizyki zostaje ujawnionych młodym naukowcom w klasach 7-9 w szkole, gdzie pełniej badana jest taka dziedzina nauki, jak mechanika. Poniżej opisano jego podstawowe zasady.
- Prawo względności Galileusza (zwane także mechanicznym prawem względności lub podstawą mechaniki klasycznej). Istota zasady polega na tym, że w podobnych warunkach procesy mechaniczne w dowolnych inercjalnych układach odniesienia są całkowicie identyczne.
- Prawo Hooke’a. Jego istotą jest to, że im większy wpływ na sprężysty korpus (sprężyna, pręt, konsola, belka) z boku, tym większe jest jego odkształcenie.
Prawa Newtona (stanowiące podstawę mechaniki klasycznej):
- Zasada bezwładności mówi, że każde ciało może znajdować się w spoczynku lub poruszać się ruchem jednostajnym i po linii prostej tylko wtedy, gdy żadne inne ciało na nie nie oddziałuje w żaden sposób lub jeżeli w jakiś sposób kompensują one swoje działanie. Aby zmienić prędkość ruchu, na ciało należy oddziaływać z pewną siłą i oczywiście wynik wpływu tej samej siły na ciała o różnych rozmiarach również będzie się różnił.
- Główna zasada dynamiki głosi, że im większa jest wypadkowa sił działających aktualnie na dane ciało, tym większe otrzymuje ono przyspieszenie. I odpowiednio, im większa masa ciała, tym niższy jest ten wskaźnik.
- Trzecie prawo Newtona stwierdza, że dowolne dwa ciała zawsze oddziałują ze sobą według identycznego schematu: ich siły są tej samej natury, są równoważne pod względem wielkości i koniecznie mają przeciwny kierunek wzdłuż linii prostej łączącej te ciała.
- Zasada względności mówi, że wszystkie zjawiska zachodzące w tych samych warunkach w inercjalnych układach odniesienia zachodzą w absolutnie identyczny sposób.
Termodynamika
Podręcznik szkolny, który odsłania uczniom podstawowe prawa („Fizyka. Klasa 7”), wprowadza ich także w podstawy termodynamiki. Poniżej omówimy pokrótce jego zasady.
Podstawowe w tej gałęzi nauki prawa termodynamiki mają charakter ogólny i nie są związane ze szczegółami budowy konkretnej substancji na poziomie atomowym. Nawiasem mówiąc, zasady te są ważne nie tylko dla fizyki, ale także dla chemii, biologii, inżynierii lotniczej itp.
Przykładowo w wymienionej branży obowiązuje zasada wymykająca się logicznej definicji: w systemie zamkniętym, dla którego warunki zewnętrzne są niezmienne, z czasem ustala się stan równowagi. A procesy zachodzące w nim niezmiennie się kompensują.
Kolejna zasada termodynamiki potwierdza dążenie układu, który składa się z kolosalnej liczby cząstek charakteryzujących się chaotycznym ruchem, do samodzielnego przejścia ze stanów mniej prawdopodobnych dla układu do bardziej prawdopodobnych.
A prawo Gay-Lussaca (zwane także nim) stanowi, że dla gazu o określonej masie w warunkach stałego ciśnienia wynik podzielenia jego objętości przez temperaturę bezwzględną z pewnością staje się wartością stałą.
Kolejną ważną zasadą tej branży jest pierwsza zasada termodynamiki, zwana także zasadą zachowania i transformacji energii dla układu termodynamicznego. Według niego każda ilość ciepła przekazana układowi zostanie przeznaczona wyłącznie na metamorfozę jego energii wewnętrznej i wykonanie pracy w stosunku do działających sił zewnętrznych. To właśnie ten wzór stał się podstawą do stworzenia schematu działania silników cieplnych.
Kolejnym prawem gazowym jest prawo Charlesa. Stwierdza, że im większe jest ciśnienie określonej masy gazu doskonałego przy zachowaniu stałej objętości, tym wyższa jest jego temperatura.
Elektryczność
10. klasa szkoły odkrywa przed młodymi naukowcami interesujące podstawowe prawa fizyki. W tym czasie badane są główne zasady natury i wzorców działania prądu elektrycznego, a także inne niuanse.
Na przykład prawo Ampera mówi, że połączone równolegle przewodniki, przez które płynie prąd w tym samym kierunku, nieuchronnie się przyciągają, a w przypadku przeciwnego kierunku prądu odpowiednio odpychają. Czasami tę samą nazwę stosuje się do prawa fizycznego, które określa siłę działającą w istniejącym polu magnetycznym na mały odcinek przewodnika, który aktualnie przewodzi prąd. Tak to nazywają – siła Ampera. Odkrycia tego dokonał naukowiec w pierwszej połowie XIX wieku (czyli w 1820 roku).
Prawo zachowania ładunku jest jedną z podstawowych zasad przyrody. Stwierdza, że suma algebraiczna wszystkich ładunków elektrycznych powstających w dowolnym układzie izolowanym elektrycznie jest zawsze zachowana (staje się stała). Mimo to zasada ta nie wyklucza pojawienia się w takich układach w wyniku określonych procesów nowych cząstek naładowanych. Niemniej jednak całkowity ładunek elektryczny wszystkich nowo powstałych cząstek z pewnością musi wynosić zero.
Prawo Coulomba jest jednym z głównych praw elektrostatyki. Wyraża zasadę działania siły oddziaływania między stacjonarnymi ładunkami punktowymi i wyjaśnia ilościowe obliczanie odległości między nimi. Prawo Coulomba umożliwia eksperymentalne uzasadnienie podstawowych zasad elektrodynamiki. Stwierdza, że stacjonarne ładunki punktowe z pewnością oddziałują ze sobą z siłą, która jest tym większa, im większy jest iloczyn ich wielkości, a zatem im mniejszy, im mniejszy jest kwadrat odległości pomiędzy danymi ładunkami a ośrodkiem, w którym się znajdują. zachodzi opisana interakcja.
Prawo Ohma jest jedną z podstawowych zasad elektryczności. Stwierdza, że im większa jest siła prądu stałego działającego na określony odcinek obwodu, tym większe jest napięcie na jego końcach.
Nazywają to zasadą, która pozwala określić kierunek w przewodniku prądu poruszającego się w określony sposób pod wpływem pola magnetycznego. Aby to zrobić, należy ustawić prawą rękę tak, aby linie indukcji magnetycznej w przenośni dotykały otwartej dłoni i wyciągnąć kciuk w kierunku ruchu przewodnika. W takim przypadku pozostałe cztery wyprostowane palce określą kierunek ruchu prądu indukcyjnego.
Zasada ta pomaga również ustalić dokładne położenie linii indukcji magnetycznej prostego przewodnika przewodzącego prąd w danym momencie. Dzieje się to w ten sposób: umieść kciuk prawej ręki tak, aby wskazywał i w przenośni chwyć przewodnik pozostałymi czterema palcami. Położenie tych palców wskaże dokładny kierunek linii indukcji magnetycznej.
Zasada indukcji elektromagnetycznej jest wzorem wyjaśniającym proces działania transformatorów, generatorów i silników elektrycznych. Prawo to jest następujące: w pętli zamkniętej im większa jest wytworzona indukcja, tym większa jest szybkość zmian strumienia magnetycznego.
Optyka
Część optyki uwzględnia także część szkolnego programu nauczania (podstawowe prawa fizyki: klasy 7-9). Dlatego zasady te nie są tak trudne do zrozumienia, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Ich studia niosą ze sobą nie tylko dodatkową wiedzę, ale lepsze zrozumienie otaczającej rzeczywistości. Podstawowe prawa fizyki, które można przypisać badaniu optyki, są następujące:
- Zasada Guynesa. Jest to metoda, która pozwala skutecznie określić dokładne położenie czoła fali w dowolnym ułamku sekundy. Jego istota jest następująca: wszystkie punkty, które w pewnym ułamku sekundy znajdują się na drodze czoła fali, w istocie same stają się źródłami fal sferycznych (wtórnych), natomiast położenie czoła fali w tym samym ułamku sekundy druga jest identyczna z powierzchnią, która krąży wokół wszystkich fal kulistych (wtórnych). Zasada ta służy do wyjaśnienia istniejących praw związanych z załamaniem światła i jego odbiciem.
- Zasada Huygensa-Fresnela odzwierciedla skuteczną metodę rozwiązywania problemów związanych z propagacją fal. Pomaga wyjaśnić elementarne problemy związane z dyfrakcją światła.
- fale Jest również używany do odbicia w lustrze. Jego istotą jest to, że zarówno wiązka padająca, jak i ta, która została odbita, a także prostopadła zbudowana z punktu padania wiązki, leżą w jednej płaszczyźnie. Należy również pamiętać, że kąt, pod jakim pada wiązka, jest zawsze absolutnie równy kątowi załamania.
- Zasada załamania światła. Jest to zmiana trajektorii fali elektromagnetycznej (światła) w momencie przejścia z jednego ośrodka jednorodnego do drugiego, który znacznie różni się od pierwszego pod względem liczby współczynników załamania światła. Prędkość propagacji światła w nich jest inna.
- Prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła. W swej istocie jest to prawo związane z dziedziną optyki geometrycznej, które brzmi następująco: w dowolnym ośrodku jednorodnym (niezależnie od jego charakteru) światło rozchodzi się ściśle prostoliniowo, na najkrótszej odległości. Prawo to w prosty i przystępny sposób wyjaśnia powstawanie cieni.
Fizyka atomowa i jądrowa
Podstawowych praw fizyki kwantowej, a także podstaw fizyki atomowej i jądrowej uczy się w szkołach średnich i na uczelniach wyższych.
Postulaty Bohra reprezentują zatem szereg podstawowych hipotez, które stały się podstawą teorii. Jego istotą jest to, że każdy układ atomowy może pozostać stabilny tylko w stanach stacjonarnych. Jakakolwiek emisja lub absorpcja energii przez atom koniecznie zachodzi zgodnie z zasadą, której istota jest następująca: promieniowanie związane z transportem staje się monochromatyczne.
Postulaty te odnoszą się do standardowego programu nauczania w szkole, polegającej na nauczaniu podstawowych praw fizyki (klasa 11). Ich wiedza jest obowiązkowa dla absolwenta.
Podstawowe prawa fizyki, które każdy powinien znać
Niektóre zasady fizyczne, chociaż należą do jednej z gałęzi tej nauki, mają jednak charakter ogólny i powinny być znane każdemu. Wymieńmy podstawowe prawa fizyki, które człowiek powinien znać:
- Prawo Archimedesa (dotyczy dziedzin hydro- i aerostatyki). Oznacza to, że na każde ciało zanurzone w substancji gazowej lub cieczy działa siła wyporu, która z konieczności jest skierowana pionowo w górę. Siła ta jest zawsze liczbowo równa ciężarowi cieczy lub gazu wypartego przez ciało.
- Inne sformułowanie tego prawa jest następujące: ciało zanurzone w gazie lub cieczy z pewnością traci tyle samo ciężaru, co masa cieczy lub gazu, w którym zostało zanurzone. Prawo to stało się podstawowym postulatem teorii ciał pływających.
- Prawo powszechnego ciążenia (odkryte przez Newtona). Jego istotą jest to, że absolutnie wszystkie ciała nieuchronnie przyciągają się nawzajem z siłą, która jest tym większa, im większy iloczyn mas tych ciał, a zatem im mniejszy, tym mniejszy kwadrat odległości między nimi.
Są to 3 podstawowe prawa fizyki, które powinien znać każdy, kto chce zrozumieć mechanizm funkcjonowania otaczającego świata i specyfikę procesów w nim zachodzących. Zrozumienie zasady ich działania jest dość proste.
Wartość takiej wiedzy
Podstawowe prawa fizyki muszą znajdować się w bazie wiedzy danej osoby, niezależnie od jej wieku i rodzaju aktywności. Odzwierciedlają one mechanizm istnienia całej dzisiejszej rzeczywistości i w istocie są jedyną stałą w ciągle zmieniającym się świecie.
Podstawowe prawa i koncepcje fizyki otwierają nowe możliwości badania otaczającego nas świata. Ich wiedza pomaga zrozumieć mechanizm istnienia Wszechświata i ruchu wszystkich ciał kosmicznych. Nie czyni nas zwykłymi obserwatorami codziennych wydarzeń i procesów, ale pozwala nam być ich świadomymi. Kiedy dana osoba wyraźnie rozumie podstawowe prawa fizyki, czyli wszystkie procesy zachodzące wokół niego, ma możliwość kontrolowania ich w najbardziej efektywny sposób, dokonując odkryć, a tym samym czyniąc swoje życie wygodniejszym.
Wyniki
Niektórzy są zmuszeni dogłębnie przestudiować podstawowe prawa fizyki na potrzeby jednolitego egzaminu państwowego, inni ze względu na zawód, a jeszcze inni z ciekawości naukowej. Niezależnie od celów studiowania tej nauki, korzyści płynące ze zdobytej wiedzy są nie do przecenienia. Nie ma nic bardziej satysfakcjonującego niż zrozumienie podstawowych mechanizmów i wzorców istnienia otaczającego nas świata.
Nie pozostawaj obojętny – rozwijaj się!
„Pytania z fizyki” - Jak nazywa się urządzenie, które zamienia wibracje dźwiękowe na wibracje elektryczne? Pytanie nr 12. Pytanie nr 10. R. Mayer, odkrywca prawa zachowania energii, był lekarzem. Pytanie nr 1. Ważniejsze prace z zakresu fizyki ciała stałego i fizyki ogólnej. Pytanie nr 3. Pytanie nr 7. Pytanie nr 4. Pytanie nr 2. Prawo elektrolizy zostało nazwane na cześć angielskiego fizyka Michaela Faradaya.
„Studiowanie fizyki” - Dlaczego więc potrzebujesz fizyki? Struktura materii. Fizyka jest jedną z wielu nauk przyrodniczych. Co studiuje FIZYKA? Optyka. Termodynamika i fizyka molekularna. Elektrodynamika. Mechanika! Zjawiska fizyczne: Na każdym kroku spotykasz także zjawiska elektromagnetyczne. Lekcja wprowadzająca z fizyki, klasa 7.
„Nauka Fizyki” – Astronomia. Zjawiska fizyczne to zmiany w przyrodzie. Powiązania fizyki są tak różnorodne, że czasami ludzie ich nie dostrzegają. Filozofia. Zjawiska fizyczne. Fizyka jest jedną z nauk o przyrodzie. Pole. Zjawiska mechaniczne. Fizyka jako nauka. Ogólne pojęcia fizyczne. Zjawiska dźwiękowe. Cząsteczka wody. Zjawiska mechaniczne to ruchy samolotów, samochodów, wahadeł.
„Fizyka światła” – Orbita Ziemi. Etapy rozwoju wyobrażeń o naturze światła. „Ile prędkości ma światło?” Rozwój poglądów na naturę światła. Czym jest światło? Orbita księżyca Io. Dualizm właściwości światła nazywany jest dualizmem korpuskularno-falowym. Metoda Michelsona: Czas przemieszczania się światła t=2Ω/s daje zatem c = 3,14 · 10 · 8 m/s.
„Ujednolicony egzamin państwowy z fizyki 2010” - Zmiany w KIM 2010 w porównaniu z KIM 2009. Plan pracy egzaminacyjnej. Podział zadań egzaminacyjnych według poziomu trudności. Podział zadań według poziomu trudności. System oceny wyników poszczególnych zadań i pracy jako całości. Wprowadzono zmiany: zaktualizowano formularz prezentacji zadania B1 oraz zaktualizowano kryteria oceny zadań ze szczegółową odpowiedzią.
„Co bada fizyka” - Mechaniczne zjawiska przyrody. Atomowe zjawiska przyrody. Chmury. Zapoznanie uczniów z nowym przedmiotem szkolnym. Wykład nauczycielski „Z historii fizyki”. Poranna rosa. Magnetyczne zjawiska przyrody. Zaćmienie Słońca. Zjawiska naturalne. Optyczne zjawiska przyrody. Co studiuje fizyka? Arystoteles wprowadził pojęcie „fizyki” (od greckiego słowa „fusis” - natura).
Określ charakterystyki ruchu stosowane w mechanice teoretycznej, które znasz z zajęć z fizyki:
1. ruch prosty
2. ruch krzywoliniowy
3. ruch dużych prędkości
4. ruch względny
5. napęd odrzutowy
6. ruch kolejowy
Opcja 8.
Zadanie nr 1. Rozwiń następujące pojęcia: 1. Rodzaje deformacji ciała. Współczynnik sztywności 2. Wyznaczanie pracy mechanicznej. 3. Fale dźwiękowe. Warunki niezbędne do powstania i istnienia dźwięku.
Zadanie nr 2. Rozwiń następujące pojęcie: Inercyjny układ odniesienia.
Zadanie nr 3.
Określ, od jakiej szczególnej właściwości dowolnego ciała, zgodnie z prawami mechaniki klasycznej I. Newtona, zależy przyspieszenie, jakie to ciało otrzymuje, gdy oddziałuje z innym ciałem.
1. Z jego prędkości
2. Z jego bezwładności
3. Od temperatury
4. Z jego elastyczności
Opcja 9.
Zadanie nr 1. Rozwiń następujące pojęcia: 1. Pojęcie impulsu. Prawo zachowania pędu. 2. Moc. Definicja i wzór fizyczny. 3. Podstawowe pojęcia teorii fal mechanicznych: Długość fali.
Zadanie nr 2. Rozwiń następujące pojęcie: Pierwszą zasadą Newtona jest prawo układów inercjalnych.
Zadanie nr 3.
Całkowita energia mechaniczna, tj. suma energii potencjalnej i kinetycznej ciała pozostaje stała w określonych warunkach fizycznych. O czym?
1. Na ciało działa siła sprężystości
2. Na ciało działa siła ciężkości
3. Na ciało nie działa siła tarcia (nie ma jej)
4. Na ciało nie ma wpływu grawitacja
5. Na ciało działa siła ślizgowa
6. Na ciało działa siła uporu.
Opcja 10.
Zadanie nr 1. Rozwiń następujące pojęcia: 1. Ruch strumieniowy. Wzór Ciołkowskiego na określenie maksymalnej prędkości rakiety. 2. Energia kinetyczna. Wzór fizyczny na energię kinetyczną. 3. Podstawowe pojęcia teorii fal mechanicznych. Promień fali.
Zadanie nr 2. Rozwiń następujące pojęcie: Zasada superpozycji sił w teorii I. Newtona.
Zadanie nr 3.
Ta wielkość fizyczna (lub jednostka) mierzy potencjał elektryczny, różnicę potencjałów, napięcie elektryczne i siłę elektromotoryczną.
W tym przypadku różnica potencjałów między dwoma punktami jest równa 1 wolt, jeśli aby przenieść ładunek tej samej wielkości z jednego punktu do drugiego, należy wykonać nad nim pracę o tej samej wartości (w wartości bezwzględnej).
W jakich jednostkach mierzy się energię uwolnioną podczas wykonywania takiej pracy?
1. 1 dżul
5. 1 Newton
6. 1 Einsteina
Zadanie pisemne nr 4 (na podstawie wyników z grudnia)
Opcja 1.
Zadanie nr 1. Rozwiń następujące pojęcia: 1. Odkrycia Coulomba i Galvaniego.
2. Indukcja elektromagnetyczna. 3. Druga zasada termodynamiki.
Zadanie nr 2. Rozwiń następujące pojęcie: Charakterystyczne cechy ciał stałych, cieczy i gazów.
Ruch mechaniczny. W klasie VIII szczegółowo badano mechaniczną formę ruchu materii, czyli ruch w przestrzeni jednych ciał względem innych w czasie. Nie wzięto pod uwagę faktu, że wszystkie ciała składają się z atomów lub cząsteczek. Ciała uznawano za solidne, pozbawione wewnętrznej struktury.
Badanie właściwości ciał nie jest zadaniem mechaniki. Jej celem jest wyznaczanie w dowolnym czasie położenia ciał w przestrzeni oraz ich prędkości, zależnych od sił oddziaływania pomiędzy nimi w zadanych położeniach początkowych i prędkościach ciał.
Ruch termiczny. Atomy i cząsteczki materii, jak wiadomo z zajęć z fizyki w klasie VII, podlegają ruchowi losowemu (chaotycznemu), zwanemu ruchem termicznym. W rozdziale „Zjawiska termiczne. Fizyka Molekularna” w klasie IX będziemy poznawać podstawowe prawa termicznej postaci ruchu materii.
Ruch cząsteczek jest przypadkowy, ponieważ ich liczba w otaczających nas ciałach jest niezwykle duża, a cząsteczki oddziałują ze sobą. Pojęcie ruchu termicznego nie ma zastosowania do układów kilku cząsteczek. Chaotyczny ruch ogromnej liczby cząsteczek różni się jakościowo od uporządkowanego ruchu mechanicznego poszczególnych ciał. Dlatego reprezentuje szczególną formę ruchu materii, która ma specyficzne właściwości.
Ruch termiczny określa wewnętrzne właściwości ciał, a jego badanie pozwala zrozumieć wiele procesów fizycznych zachodzących w ciałach.
Ciała makroskopowe. W fizyce ciała składające się z bardzo dużej liczby atomów lub cząsteczek nazywane są makroskopowymi. Rozmiary ciał makroskopowych są wielokrotnie większe niż rozmiary atomów. Gaz w cylindrze, woda w szklance, ziarnko piasku, kamień, stalowy pręt, kula - to wszystko przykłady ciał makroskopowych (ryc. 1).
Rozważymy procesy w ciałach makroskopowych.
Zjawiska termiczne. Ruch termiczny cząsteczek zależy od temperatury. Było to omawiane na lekcjach fizyki w klasach VI i VII.Dlatego badając ruch termiczny cząsteczek, będziemy w ten sposób badać zjawiska zależne od temperatury ciał. Po podgrzaniu następuje przejście materii z jednego
stany w inny: ciała stałe zamieniają się w ciecze, a ciecze w gazy. Przeciwnie, podczas chłodzenia gazy zamieniają się w ciecze, a ciecze w ciała stałe.
Te i wiele innych zjawisk spowodowanych chaotycznym ruchem atomów i cząsteczek nazywane są zjawiskami termicznymi.
Znaczenie zjawisk termicznych. Zjawiska termiczne odgrywają ogromną rolę w życiu ludzi, zwierząt i roślin. Zmiana temperatury powietrza o 20-30°C wraz ze zmianą pory roku zmienia wszystko wokół nas. Wraz z nadejściem wiosny przyroda budzi się do życia, lasy pokrywają się liśćmi, łąki zielenieją. Zimą bogate letnie kolory zastępuje monotonne białe tło, życie roślin i wielu owadów zamarza. Kiedy temperatura naszego ciała zmienia się zaledwie o jeden stopień, już czujemy się źle.
Zjawiska termiczne interesują ludzi od czasów starożytnych. Ludzie osiągnęli względną niezależność od otoczenia, gdy nauczyli się rozpalać i podtrzymywać ogień. Było to jedno z największych odkryć dokonanych przez człowieka.
Zmiany temperatury wpływają na wszystkie właściwości ciał. Zatem po podgrzaniu lub ochłodzeniu zmienia się wielkość ciał stałych i objętość cieczy. Znacząco zmieniają się także ich właściwości mechaniczne, takie jak elastyczność. Kawałek gumowej rurki nie ulegnie uszkodzeniu, jeśli uderzysz go młotkiem. Jednak po schłodzeniu do temperatur poniżej -100°C guma staje się tak delikatna jak szkło. Lekkie uderzenie rozbija gumową rurkę na małe kawałki. Dopiero po podgrzaniu guma odzyska swoje właściwości elastyczne.
Wszystkie powyższe i wiele innych zjawisk termicznych podlegają pewnym prawom. Prawa te są równie dokładne i niezawodne jak prawa mechaniki, różnią się jednak od nich treścią i formą. Odkrycie praw rządzących zjawiskami termicznymi umożliwia zastosowanie tych zjawisk w praktyce i technologii z maksymalnymi korzyściami. Nowoczesne silniki cieplne, instalacje do skraplania gazów, urządzenia chłodnicze i inne urządzenia projektowane są w oparciu o znajomość tych praw.
Teoria kinetyki molekularnej. Teoria wyjaśniająca zjawiska termiczne w ciałach makroskopowych i wewnętrzne właściwości tych ciał, oparta na założeniu, że wszystkie ciała składają się z pojedynczych chaotycznie poruszających się cząstek, nazywa się teorią kinetyki molekularnej. Teoria stawia sobie za zadanie powiązanie wzorców zachowania poszczególnych cząsteczek z wielkościami charakteryzującymi właściwości ciał makroskopowych.
Nawet starożytni filozofowie domyślali się, że ciepło jest rodzajem wewnętrznego ruchu cząstek tworzących ciała. Wielki wkład w rozwój teorii kinetyki molekularnej wniósł wielki rosyjski naukowiec M.V. Łomonosow. Łomonosow uważał ciepło za ruch obrotowy cząstek materii. Za pomocą swojej teorii podał całkowicie poprawne, ogólnie rzecz biorąc, wyjaśnienie zjawisk topnienia, parowania i przewodnictwa cieplnego. Doszedł do wniosku, że „największy lub ostatni stopień zimna” występuje wtedy, gdy ruch cząstek materii zatrzymuje się
Trudności w skonstruowaniu teorii kinetyki molekularnej doprowadziły jednak do jej ostatecznego zwycięstwa dopiero na początku XX wieku. Faktem jest, że liczba cząsteczek w ciałach makroskopowych jest ogromna i niemożliwe jest prześledzenie ruchu każdej cząsteczki. Należy nauczyć się, w oparciu o prawa ruchu poszczególnych cząsteczek, znaleźć średni wynik, do którego prowadzi ich łączny ruch. To właśnie ten średni wynik ruchu wszystkich cząsteczek determinuje zjawiska termiczne w ciałach makroskopowych.
Termodynamika. Substancja ma wiele właściwości, które można badać bez zagłębiania się w jej strukturę. Zjawiska termiczne można opisać za pomocą wielkości rejestrowanych przez przyrządy takie jak manometr i termometr, które nie reagują na wpływ poszczególnych cząsteczek.
W połowie XIX wieku. Po odkryciu prawa zachowania energii skonstruowano pierwszą naukową teorię procesów termicznych – termodynamikę. Termodynamika to teoria zjawisk termicznych, która nie uwzględnia budowy molekularnej ciał. Powstała podczas badania optymalnych warunków wykorzystania ciepła do wykonywania pracy na długo przed powszechnym uznaniem teorii kinetyki molekularnej.
Termodynamika i mechanika statystyczna. Obecnie w nauce i technologii wykorzystuje się zarówno termodynamikę, jak i teorię kinetyki molekularnej, zwaną także mechaniką statystyczną. Teorie te uzupełniają się.
Cała treść termodynamiki kryje się w kilku stwierdzeniach zwanych prawami termodynamiki. Prawa te zostały ustalone empirycznie. Obowiązują one dla wszystkich substancji, niezależnie od ich struktury wewnętrznej. Mechanika statystyczna jest głębszą, ale także bardziej złożoną teorią zjawisk termicznych. Za jego pomocą można teoretycznie uzasadnić wszystkie prawa termodynamiki.
Najpierw zatrzymamy się na podstawowych zasadach teorii kinetyki molekularnej, znanych nam częściowo z zajęć z fizyki w klasach VI i VII. Następnie zapoznamy się z ilościową teorią kinetyki molekularnej najprostszego układu - gazu o stosunkowo małej gęstości.
Arkusze egzaminacyjne z fizyki na rok akademicki 2006/2007. rok
9. klasa
Bilet nr 1. Ruch mechanicznycja. Ścieżka. Prędkość, przyspieszenie
Ruch mechaniczny- zmiana położenia ciała w przestrzeni względem innych ciał w czasie.
Ścieżka- długość toru, po którym porusza się ciało przez pewien czas. Jest ona symbolizowana przez literę s i mierzona w metrach (m). Obliczono za pomocą wzoru
Prędkość jest wielkością wektorową równą stosunkowi ścieżki do czasu przebycia tej ścieżki. Określa zarówno prędkość ruchu, jak i jego kierunek w danym momencie. Jest oznaczony literą i mierzony w metrach na sekundę (). Obliczono za pomocą wzoru
Przyśpieszenie z ruchem jednostajnie przyspieszonym-- jest to wielkość wektorowa równa stosunkowi zmiany prędkości do okresu czasu, w którym ta zmiana nastąpiła. Określa szybkość zmiany prędkości pod względem wielkości i kierunku. Oznaczone literą A lub i jest mierzone w metrach na sekundę do kwadratu (). Obliczono za pomocą wzoru
Bilet numer 2. Zjawisko bezwładności. Pierwsze prawo Newtona. Siła i warstwaprzypływ siły. Drugie prawo Newtona
Zjawisko utrzymywania się prędkości ciała przy braku działania innych ciał nazywa się bezwładnością.
Pierwsze prawo Newtona: Istnieją takie układy odniesienia, w stosunku do których ciała zachowują swoją prędkość bez zmiany, jeśli nie oddziałują na nie inne ciała.
Układy odniesienia, w których spełniona jest zasada bezwładności, nazywane są układami odniesienia obojętny.
Układy odniesienia, w których nie obowiązuje zasada bezwładności - nieobojętny.
Siła-- wielkość wektorowa. I jest to miara interakcji ciał. Oznaczone literą F lub i jest mierzone w niutonach (N)
Siła, która wywiera na ciało taki sam skutek, jak kilka działających jednocześnie sił, nazywa się siłą wypadkową tych sił.
Wypadkowa sił skierowanych wzdłuż jednej prostej w jednym kierunku jest skierowana w tym samym kierunku, a jej moduł jest równy sumie modułów sił składowych.
Wypadkowa sił skierowanych wzdłuż jednej prostej w przeciwnych kierunkach jest skierowana w stronę siły o większej wartości, a jej moduł jest równy różnicy modułów sił składowych.
Im większa jest wypadkowa sił przyłożonych do ciała, tym większe przyspieszenie otrzyma to ciało.
Kiedy siła zmniejsza się o połowę, przyspieszenie również zmniejsza się o połowę, tj.
Oznacza, przyspieszenie, z jakim porusza się ciało o stałej masie, jest wprost proporcjonalne do siły przyłożonej do tego ciała, w wyniku czego następuje przyspieszenie.
Gdy masa ciała podwoi się, przyspieszenie maleje o połowę, tj.
Oznacza, przyspieszenie, z jakim porusza się ciało ze stałą siłą, jest odwrotnie proporcjonalne do masy tego ciała.
Ilościowa zależność między masą ciała, przyspieszeniem i siłami przyłożonymi do ciała nazywa się Drugie prawo Newtona.
Drugie prawo Newtona: przyspieszenie ciała jest wprost proporcjonalne do wypadkowej siły przyłożone do ciała i odwrotnie proporcjonalne do jego masy.
Matematycznie drugie prawo Newtona wyraża się wzorem:
Bilet numer 3. Trzecie prawo Newtona. Puls. Prawo zachowania pędu. Wyjaśnienie reaktywności ruchy w systemie operacyjnymnowe prawo zachowania pędu
Trzecie prawo Newtona: siły, z którymi dwa ciała działają na siebie, są równe co do wielkości i przeciwne w kierunku.
Matematycznie trzecie prawo Newtona wyraża się w następujący sposób:
Impuls ciała- wielkość wektorowa równa iloczynowi masy ciała i jego prędkości. Jest oznaczony literą i mierzony w kilogramach na sekundę (). Obliczono za pomocą wzoru
prawo zachowania pędu: suma impulsów ciał przed interakcją jest równa ilości po interakcji. Rozważmy napęd odrzutowy oparty na ruchu balonu z wydobywającym się z niego strumieniem powietrza. Zgodnie z zasadą zachowania pędu całkowity pęd układu składającego się z dwóch ciał musi pozostać taki sam jak przed wypływem powietrza, tj. równy zeru. W związku z tym kula zaczyna poruszać się w kierunku przeciwnym do strumienia powietrza z taką samą prędkością, z jaką jej pęd jest równy modułowi pędu strumienia powietrza.
Bilet numer 4. Powaga. Swobodny spadek. Przyśpieszenie grawitacyjne. Prawo jest uniwersalnewow, to przeciąganieTenia
Powaga- siła, z jaką Ziemia przyciąga ciało do siebie. Oznaczone przez lub
Swobodny spadek- ruch ciał pod wpływem grawitacji.
W danym miejscu na Ziemi wszystkie ciała, niezależnie od ich mas i innych cech fizycznych, spadają swobodnie z tym samym przyspieszeniem. To przyspieszenie nazywa się przyspieszenie swobodnego spadania i jest oznaczony literą lub. To
Prawo powszechnego ciążenia: dowolne dwa ciała przyciągają się z siłą wprost proporcjonalną do masy każdego z nich i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
G = 6,67·10 -11 N⋅m 2 /kg 2
G - Stała grawitacyjna
Bilet numer 5. Siła sprężystości. Objaśnienie urządzenia i zasady działania hamowni. Siła tarcia. Tarcie w przyrodzie i technologii
Siła powstająca w ciele w wyniku jego odkształcenia i zmierzająca do przywrócenia ciała do pierwotnego położenia nazywana jest siłą siła sprężysta. Wskazany. Znaleziono według wzoru
Dynamometr- urządzenie do pomiaru siły.
Główną częścią hamowni jest stalowa sprężyna, której w zależności od przeznaczenia urządzenia nadawane są różne kształty. Najprostszy dynamometr polega na porównaniu dowolnej siły z siłą sprężystości sprężyny.
Kiedy jedno ciało styka się z drugim, następuje interakcja, która uniemożliwia ich względny ruch, co nazywa się tarcie. I nazywa się siłę charakteryzującą tę interakcję siła tarcia. Występuje tarcie statyczne, tarcie ślizgowe i tarcie toczne.
Bez tarcia statycznego ani ludzie, ani zwierzęta nie mogliby chodzić po ziemi, ponieważ... Kiedy chodzimy, odpychamy się nogami od podłoża. Bez tarcia przedmioty wyślizgiwałyby się z rąk. Siła tarcia zatrzymuje samochód podczas hamowania, jednak bez tarcia statycznego nie mógłby on ruszyć. W wielu przypadkach tarcie jest szkodliwe i należy sobie z nim poradzić. Aby zmniejszyć tarcie, stykające się powierzchnie są gładkie, a między nimi wprowadzany jest smar. Aby zmniejszyć tarcie obracających się wałów maszyn i obrabiarek, podparto je łożyskami.
Bilet nr 6. Ciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne. Prawo Pascala. Prawo Archimedesa
Nazywa się wielkość równą stosunkowi siły działającej prostopadle do powierzchni do pola tej powierzchni ciśnienie. Jest ona oznaczona literą lub i mierzona w paskalach (Pa). Obliczono za pomocą wzoru
Ciśnienie atmosferyczne- jest to ciśnienie całej grubości powietrza działającego na powierzchnię ziemi i ciała na niej znajdujące się.
Ciśnienie atmosferyczne równe ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 760 mm w temperaturze nazywa się normalnym ciśnieniem atmosferycznym.
Normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi 101300 Pa = 1013 hPa.
Co 12 m ciśnienie spada o 1 mm. rt. Sztuka. (lub o 1,33 hPa)
Prawo Pascala: ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przenoszone na dowolny wskazywać jednakowo we wszystkich kierunkach.
Prawo Archimedesa: na ciało zanurzone w cieczy (lub gazie lub plazmie) działa siła wyporu (zwana siłą Archimedesa)
gdzie c to gęstość cieczy (gazu), to przyspieszenie ziemskie, a V to objętość zanurzonego ciała (lub część objętości ciała znajdująca się pod powierzchnią). Siła wyporu (zwana także siłą Archimedesa) ma wartość równą (i ma przeciwny kierunek) sile ciężkości działającej na objętość cieczy (gazu) wypartą przez ciało i jest przyłożona do środka ciężkości tej objętości .
Należy zauważyć, że ciało musi być całkowicie otoczone cieczą (lub przecięte powierzchnią cieczy). I tak na przykład prawa Archimedesa nie można zastosować do sześcianu leżącego na dnie zbiornika i hermetycznie dotykającego dna.
Bilet nr 7. Praca siły. Energia kinetyczna i potencjalna. Prawo zachowania mechanicznego energia
Praca mechaniczna jest wykonywana tylko wtedy, gdy na ciało działa siła i ciało się porusza.
Praca mechaniczna jest wprost proporcjonalna do przyłożonej siły i wprost proporcjonalna do przebytej drogi. Symbolizowane literą lub i mierzone w dżulach (J). Obliczono za pomocą wzoru
Energia -- wielkość fizyczna, która pokazuje, jaką pracę może wykonać ciało. Energię mierzy się w dżulach (J).
Energia potencjalna nazywa się energią, która jest określona przez względne położenie oddziałujących ciał lub części tego samego ciała. Oznaczone literą lub. Obliczono za pomocą wzoru
Nazywa się energię, jaką posiada ciało w wyniku jego ruchu energia kinetyczna. Oznaczone literą lub. Obliczono za pomocą wzoru
Prawo zachowania energii mechanicznej:
W przypadku braku sił takich jak tarcie, energia mechaniczna nie powstaje z niczego i nie może nigdzie zniknąć.
Bilet numer 8. Wibracje mechaniczne. Fale mechaniczne. Dźwięk. Wahania w przyrodzie i technologii
Nazywa się ruch, który powtarza się po pewnym czasie oscylacyjny.
Nazywa się oscylacje, które występują tylko w wyniku początkowego dostarczenia energii darmowe wibracje.
Układ ciał zdolnych do drgań swobodnych nazywa się układy oscylacyjne.
Ogólne właściwości wszystkich układów oscylacyjnych:
1. Obecność stabilnej pozycji równowagi.
2. Obecność siły przywracającej układ do pozycji równowagi.
Charakterystyka ruchu oscylacyjnego:
1. Amplituda to największe (w wartości bezwzględnej) odchylenie ciała od położenia równowagi.
2. Okres - okres czasu, w którym ciało wykonuje jedno pełne drganie.
3. Częstotliwość - liczba oscylacji w jednostce czasu.
4. Faza (różnica faz)
Nazywa się zakłóceniami propagującymi w przestrzeni, oddalającymi się od miejsca ich powstania fale.
Warunkiem koniecznym wystąpienia fali jest pojawienie się w momencie zakłócenia sił jej uniemożliwiających, np. sił sprężystych.
Rodzaje fal:
1. Podłużna - fala, w której występują oscylacje wzdłuż kierunku propagacji fali
2. Poprzeczna - fala, w której drgania występują prostopadle do kierunku ich propagacji.
Charakterystyka fali:
1. Długość fali to odległość pomiędzy punktami położonymi najbliżej siebie, oscylującymi w tych samych fazach.
2. Prędkość fali to wielkość liczbowa równa odległości, jaką pokonuje dowolny punkt fali w jednostce czasu.
Fale dźwiękowe -- Są to podłużne fale sprężyste. Ucho ludzkie odbiera wibracje o częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz w postaci dźwięku.
Źródłem dźwięku jest ciało wibrujące z określoną częstotliwością.
Odbiornik dźwięku to ciało zdolne do odbierania drgań dźwiękowych.
Prędkość dźwięku to odległość, jaką fala dźwiękowa pokonuje w ciągu 1 sekundy.
Prędkość dźwięku zależy od:
2. Temperatury.
Charakterystyka dźwięku:
1. Częstotliwość
2. Skok
3. Amplituda
4. Objętość. Zależy od amplitudy wibracji: im większa amplituda wibracji, tym głośniejszy dźwięk.
Bilet nr 9. Modele budowy gazów, cieczy i ciał stałych. Ruch termiczny atomów i cząsteczek. Ruchy Browna i dyfuzja. Oddziaływanie cząstek materii
Cząsteczki gazu poruszające się we wszystkich kierunkach prawie się nie przyciągają i wypełniają cały pojemnik. W gazach odległość między cząsteczkami jest znacznie większa niż wielkość samych cząsteczek. Ponieważ odległości między cząsteczkami są średnio dziesiątki razy większe niż wielkość cząsteczek, są one słabo przyciągane do siebie. Dlatego gazy nie mają własnego kształtu i stałej objętości.
Cząsteczki cieczy nie rozpraszają się na duże odległości, a ciecz w normalnych warunkach zachowuje swoją objętość. Cząsteczki cieczy znajdują się blisko siebie. Odległości między każdymi dwiema cząsteczkami są mniejsze niż rozmiar cząsteczek, więc przyciąganie między nimi staje się znaczące.
W ciałach stałych przyciąganie między cząsteczkami (atomami) jest jeszcze większe niż w cieczach. Dlatego w normalnych warunkach ciała stałe zachowują swój kształt i objętość. W ciałach stałych cząsteczki (atomy) są ułożone w określonej kolejności. Są to lód, sól, metale itp. Takie ciała nazywane są kryształy. Cząsteczki lub atomy ciał stałych wibrują wokół pewnego punktu i nie mogą się od niego oddalić. Dlatego ciało stałe zachowuje nie tylko swoją objętość, ale także swój kształt.
Ponieważ t wiąże się z prędkością ruchu cząsteczek, wówczas nazywa się chaotyczny ruch cząsteczek tworzących ciała ruch termiczny. Ruch termiczny różni się od ruchu mechanicznego tym, że obejmuje wiele cząsteczek, a każda z nich porusza się losowo.
Ruch Browna- jest to przypadkowy ruch małych cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie, zachodzący pod wpływem uderzeń cząsteczek otoczenia. Został odkryty i po raz pierwszy zbadany w 1827 roku przez angielskiego botanika R. Browna jako ruch pyłku kwiatowego w wodzie, widoczny pod dużym powiększeniem. Ruch Browna nie zatrzymuje się.
Nazywa się zjawisko, w którym następuje wzajemne przenikanie cząsteczek jednej substancji pomiędzy cząsteczkami drugiej dyfuzja.
Pomiędzy cząsteczkami substancji następuje wzajemne przyciąganie. Jednocześnie następuje odpychanie między cząsteczkami substancji.
Przy odległościach porównywalnych z wielkością samych cząsteczek przyciąganie staje się bardziej zauważalne, a przy dalszym zbliżaniu się coraz bardziej zauważalne jest odpychanie.
Bilet № 10 . Równowaga termiczna. Temperatura. Pomiar temperatury. Zależność temperatury od prędkościyu chaotyczny ruch cząstek
Dwa układy znajdują się w stanie równowagi termicznej, jeżeli po zetknięciu się przez przegrodę diatermiczną parametry stanu obu układów nie ulegają zmianie. Przegroda diatermiczna w żaden sposób nie zakłóca wzajemnego oddziaływania termicznego systemów. Kiedy następuje kontakt termiczny, oba układy osiągają stan równowagi termicznej.
Temperatura jest wielkością fizyczną, która w przybliżeniu charakteryzuje średnią energię kinetyczną cząstek układu makroskopowego na jeden stopień swobody będący w stanie równowagi termodynamicznej.
Temperatura jest wielkością fizyczną charakteryzującą stopień nagrzania ciała.
Temperaturę mierzy się za pomocą termometrów. Podstawowymi jednostkami temperatury są stopnie Celsjusza, Fahrenheita i Kelvina.
Termometr to urządzenie służące do pomiaru temperatury danego ciała poprzez porównanie z wartościami odniesienia, warunkowo wybranymi jako punkty odniesienia i umożliwiające ustalenie skali pomiarowej. Co więcej, różne termometry wykorzystują różne zależności między temperaturą a pewną obserwowalną właściwością urządzenia, którą można uznać za liniowo zależną od temperatury.
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta średnia prędkość ruchu cząstek.
Wraz ze spadkiem temperatury maleje średnia prędkość ruchu cząstek.
Bilet nr 11. Energia wewnętrzna. Praca i wymiana ciepła jako sposoby zmiany energii wewnętrznej ciała. Prawo zostało zachowaneenergia w procesach cieplnych
Nazywa się energią ruchu i interakcji cząstek tworzących ciało energia wewnętrzna ciała.
Energia wewnętrzna ciała nie zależy ani od ruchu mechanicznego ciała, ani od położenia tego ciała względem innych ciał.
Energię wewnętrzną ciała można zmienić na dwa sposoby: wykonując pracę mechaniczną lub poprzez wymianę ciepła.
przenikanie ciepła.
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia wewnętrzna ciała. Wraz ze spadkiem temperatury maleje energia wewnętrzna ciała. Energia wewnętrzna ciała wzrasta w miarę wykonywania nad nim pracy.
Energia mechaniczna i wewnętrzna może przemieszczać się z jednego ciała do drugiego.
Wniosek ten obowiązuje dla wszystkich procesów termicznych. Na przykład podczas wymiany ciepła bardziej ogrzane ciało oddaje energię, a mniej ogrzane ciało otrzymuje energię.
Kiedy energia przechodzi z jednego ciała do drugiego lub gdy jeden rodzaj energii jest przekształcany w inny, energia jest zachowywana .
Jeżeli między ciałami następuje wymiana ciepła, wówczas energia wewnętrzna wszystkich ciał grzewczych wzrasta w takim stopniu, w jakim maleje energia wewnętrzna ciał chłodzących.
Bilet № 12 . Rodzaje wymiany ciepła: przewodność cieplna, konwekcja, promieniowanie. Przykłady wymiany ciepła w przyroda i technologia
Nazywa się proces zmiany energii wewnętrznej bez wykonywania pracy nad ciałem lub samym ciałem przenikanie ciepła.
Nazywa się przenoszenie energii z bardziej nagrzanych części ciała do mniej nagrzanych w wyniku ruchu termicznego i interakcji cząstek przewodność cieplna.
Na konwekcja energia jest przenoszona przez same strumienie gazu lub cieczy.
Promieniowanie -- proces przekazywania ciepła przez promieniowanie.
Przenoszenie energii przez promieniowanie różni się od innych rodzajów przenoszenia ciepła tym, że można je przeprowadzić w całkowitej próżni.
Przykłady wymiany ciepła w przyrodzie i technologii:
1. Wiatry. Wszystkie wiatry w atmosferze są prądami konwekcyjnymi o ogromnej skali.
Konwekcja wyjaśnia na przykład bryzy wiatru powstające na brzegach mórz. W letnie dni ląd nagrzewa się przez słońce szybciej niż woda, dlatego powietrze nad lądem nagrzewa się bardziej niż nad wodą, jego gęstość maleje, a ciśnienie staje się mniejsze niż ciśnienie zimniejszego powietrza nad morzem. W efekcie, podobnie jak na statkach połączonych, zimne powietrze znad morza przemieszcza się na brzeg – wieje wiatr. To jest dzienny wietrzyk. W nocy woda wychładza się wolniej niż na lądzie, a powietrze nad lądem staje się zimniejsze niż nad wodą. Tworzy się nocna bryza - ruch zimnego powietrza z lądu do morza.
2. Trakcja. Wiemy, że bez dopływu świeżego powietrza spalanie paliwa nie jest możliwe. Jeśli do paleniska, piekarnika lub rury samowara nie dostanie się powietrze, spalanie paliwa ustanie. Zwykle wykorzystują naturalny przepływ powietrza - przeciąg. Aby wytworzyć ciąg nad paleniskiem, na przykład w instalacjach kotłowych fabryk, zakładów, elektrowni, instaluje się rurę. Kiedy paliwo się pali, znajdujące się w nim powietrze nagrzewa się. Oznacza to, że ciśnienie powietrza w palenisku i rurze staje się niższe niż ciśnienie powietrza zewnętrznego. Z powodu różnicy ciśnień zimne powietrze dostaje się do paleniska, a ciepłe powietrze unosi się do góry - powstaje przeciąg.
Im wyżej rura jest zbudowana nad paleniskiem, tym większa jest różnica ciśnień pomiędzy powietrzem zewnętrznym a powietrzem w rurze. Dlatego ciąg wzrasta wraz ze wzrostem wysokości rury.
3. Ogrzewanie i chłodzenie mieszkań. Mieszkańcy krajów położonych w umiarkowanych i zimnych strefach Ziemi zmuszeni są ogrzewać swoje domy. W krajach położonych w strefie tropikalnej i subtropikalnej temperatura powietrza nawet w styczniu sięga +20 i +30 o C. Tutaj stosuje się urządzenia schładzające powietrze w pomieszczeniach. Zarówno ogrzewanie, jak i chłodzenie powietrza w pomieszczeniach opiera się na konwekcji.
Zaleca się umieszczenie urządzeń chłodzących u góry, bliżej sufitu, tak aby zachodziła naturalna konwekcja. W końcu zimne powietrze ma większą gęstość niż ciepłe powietrze i dlatego opada.
Urządzenia grzewcze znajdują się poniżej. Wiele nowoczesnych dużych domów ma ogrzewanie wodne. Cyrkulacja wody w nim i ogrzewanie powietrza w pomieszczeniu następuje w wyniku konwekcji.
Jeżeli instalacja do ogrzewania budynku znajduje się w samym budynku, wówczas w piwnicy instaluje się kocioł, w którym podgrzewana jest woda. Pionowa rura wychodząca z kotła prowadzi gorącą wodę do zbiornika, który zwykle umieszcza się na poddaszu domu. Ze zbiornika wyprowadzony jest system rur rozdzielczych, którymi woda wpływa do grzejników zainstalowanych na wszystkich kondygnacjach, oddaje im ciepło i wraca do kotła, gdzie zostaje ponownie podgrzana. W ten sposób zachodzi naturalny obieg wody – konwekcja.
W większych budynkach stosuje się bardziej złożone instalacje. Ciepła woda dostarczana jest do kilku budynków jednocześnie z kotła zainstalowanego w specjalnym pomieszczeniu. Woda jest wpuszczana. budynki wykorzystujące pompy, czyli wytwarzające sztuczną konwekcję.
4. Przenikanie ciepła i flora. Dla rozwoju roślin ogromne znaczenie ma temperatura dolnej warstwy powietrza i powierzchniowej warstwy gleby.
Zmiany temperatury zachodzą w warstwie powietrza przylegającej do Ziemi i górnej warstwie gleby. W ciągu dnia gleba pochłania energię i nagrzewa się, w nocy wręcz przeciwnie – ochładza się. Na jego ogrzewanie i chłodzenie ma wpływ obecność roślinności. Zatem ciemna, zaorana gleba nagrzewa się silniej przez promieniowanie, ale wychładza się szybciej niż gleba porośnięta roślinnością.
Na wymianę ciepła między glebą a powietrzem ma również wpływ pogoda. W pogodne, bezchmurne noce gleba znacznie się ochładza – promieniowanie z gleby łatwo przedostaje się w przestrzeń kosmiczną. W takie noce wczesną wiosną możliwe są przymrozki na glebie. Jeśli pogoda jest pochmurna, chmury pokrywają Ziemię i pełnią rolę oryginalnych ekranów chroniących glebę przed utratą energii przez promieniowanie.
Jednym ze sposobów na podniesienie temperatury obszaru gleby i powietrza gruntowego są szklarnie, które pozwalają pełniej wykorzystać promieniowanie słoneczne. Powierzchnia gleby jest pokryta szklanymi ramami lub przezroczystymi foliami. Szkło dobrze przepuszcza widzialne promieniowanie słoneczne, które uderzając w ciemną glebę, podgrzewa ją, natomiast słabiej przepuszcza promieniowanie niewidzialne, emitowane przez nagrzaną powierzchnię Ziemi. Ponadto szkło (lub folia) zapobiega ruchowi ciepłego powietrza w górę, czyli konwekcji. Tym samym szkło szklarniowe działa jak „pułapka” energetyczna. Wewnątrz szklarni temperatura jest wyższa niż na niezabezpieczonej glebie o około 10°C.
5. Termos. Przenikanie ciepła z ciała cieplejszego do ciała zimniejszego prowadzi do wyrównania ich temperatur. Dlatego jeśli wniesiesz do pokoju np. gorący czajnik, ten się wychłodzi. Część jego energii wewnętrznej zostanie przekazana do otaczających ciał. Aby zapobiec wychłodzeniu lub nagrzaniu organizmu, należy ograniczyć wymianę ciepła. Jednocześnie dążą do tego, aby energia nie była przekazywana na drodze żadnego z trzech rodzajów wymiany ciepła: konwekcji, przewodności cieplnej i promieniowania.
Składa się ze szklanego naczynia o podwójnych ściankach. Wewnętrzna powierzchnia ścianek pokryta jest błyszczącą warstwą metalu, a powietrze jest wypompowywane z przestrzeni pomiędzy ściankami naczynia. Bezpowietrzna przestrzeń pomiędzy ścianami nie przewodzi ciepła, a błyszcząca warstwa poprzez odbicie uniemożliwia przenoszenie energii przez promieniowanie. Aby chronić szkło przed uszkodzeniem, termos umieszcza się w kartonowej lub metalowej obudowie. Naczynie jest zamknięte korkiem, a na górze obudowy nakręca się nakrętkę.
Bilet numer 13. Ilość ciepła. Specyficzna pojemność cieplnawąs u kłosa. Topienie. Krystalizacja
Nazywa się energię, którą ciało zyskuje lub traci podczas wymiany ciepła ilość ciepła. Jest on oznaczony literą Q i mierzony w dżulach (J). Obliczono za pomocą wzoru
Ilość ciepła potrzebnego do ogrzania ciała (lub wydzielonego przez nie podczas chłodzenia) zależy od rodzaju substancji, z której się ono składa, od masy tego ciała oraz od zmiany jego temperatury.
Aby obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć ciepło właściwe substancji przez masę ciała i różnicę między jego wyższą i niższą temperaturą.
Wielkość fizyczna, która pokazuje, ile ciepła potrzeba, aby zmienić temperaturę substancji o masie 1 kg o 1°C, nazywa się specyficzna pojemność cieplna. Oznaczone literą i mierzone w. Obliczono za pomocą wzoru
Ciepło właściwe niektórych substancji,
Nazywa się przejściem substancji ze stanu stałego w ciekły topienie.
Temperatura, w której topi się substancja, nazywana jest temperaturą topnienia substancji.
Przejście substancji ze stanu ciekłego do stanu stałego nazywa się krzepnięciem lub krystalizacja.
Temperatura, w której substancja twardnieje (krystalizuje), nazywana jest temperaturą krzepnięcia lub krystalizacji.
Substancje zestalają się w tej samej temperaturze, w której się topią.
Temperatura topnienia niektórych substancji, °C
Nazywa się wielkość fizyczną pokazującą, ile ciepła należy przekazać ciału krystalicznemu o masie 1 kg, aby całkowicie przeszło ono w stan ciekły w temperaturze topnienia ciepło właściwe topnienia. Oznaczone literą i mierzone w. Obliczono za pomocą wzoru
Ciepło właściwe topnienia niektórych substancji (w temperaturze topnienia)
Numer biletu 14 . Odparowanie. Kondensacja. Wrzenie. Wilgotność powietrza
Zjawisko zamiany cieczy w parę nazywa się odparowanie.
Istnieją dwa sposoby przejścia cieczy w stan gazowy odparowanie I wrzenie.
Nazywa się parowaniem zachodzącym z powierzchni cieczy odparowanie.
Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy. Parowanie musi nastąpić w dowolnej temperaturze. Parowanie zachodzi tym szybciej, im wyższa jest temperatura cieczy. Szybkość parowania cieczy zależy od jej powierzchni. Gdy wieje wiatr, ciecz paruje szybciej.
Zjawisko zamiany pary w ciecz nazywa się kondensacja.
Wrzenie to intensywne przejście cieczy w parę w wyniku tworzenia się i wzrostu pęcherzyków pary, które przy określonej temperaturze każdej cieczy unoszą się na jej powierzchnię i pękają.
Temperatura wrzenia cieczy nazywana jest temperaturą wrzenia. Podczas wrzenia temperatura cieczy nie zmienia się.
Temperatura wrzenia niektórych substancji, °C
Nazywa się wielkość fizyczną pokazującą, ile ciepła potrzeba do przekształcenia cieczy o masie 1 kg w parę bez zmiany temperatury ciepło właściwe parowania. Oznaczone literą i mierzone w. Obliczono za pomocą wzoru
Ciepło właściwe parowania niektórych substancji (w temperaturze wrzenia)
|
Amoniak (ciecz) |
Powietrze (ciecz) |
|||
Bilet nr 15. Elektryfikacja ciał. Dwa rodzaje ładunków elektrycznych. Interakcja ładunków. Prawo jest zachowaneładunek elektryczny
Mówi się, że jest to ciało, które po potarciu przyciąga do siebie inne ciała zelektryzowany albo co do niego przekazany ładunek elektryczny.
Ciała wykonane z różnych substancji mogą zostać naelektryzowane. Elektryfikacja ciał następuje w wyniku kontaktu i późniejszego rozdzielenia ciał.
W elektryfikację zaangażowane są dwa ciała. W tym przypadku oba ciała są naelektryzowane.
Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych.
Nazywano ładunek uzyskany na szkle potartym o jedwab pozytywny, te. przypisane do znaku „+”. I nazywano ładunek uzyskany na bursztynie potartym o wełnę negatywny, te. przypisano znak „-”.
Ciała posiadające ładunki elektryczne tego samego znaku odeprzeć oraz ciała posiadające ładunki elektryczne o przeciwnym znaku, wzajemnie są przyciągane.
Prawo zachowania ładunku elektrycznego: algebraiczna suma ładunków elektrycznych w układzie zamkniętym pozostaje stała.
Bilet numer 16. Stały prąd elektryczny. Obwód elektryczny. Opór elektryczny. Prawo Om dla sekcji obwodu elektrycznego
Wstrząs elektryczny zwany uporządkowanym ruchem naładowanych cząstek. Prąd elektryczny ma określony kierunek. Za kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu dodatnio naładowanych cząstek.
Obwód elektryczny to zbiór różnych urządzeń i łączących je przewodników (lub elementów ośrodka przewodzącego prąd elektryczny), przez które może przepływać prąd elektryczny.
Opór elektryczny jest odwrotnością przewodności elektrycznej. Mierzone w omach.
1 om to rezystancja przewodnika, w którym przy napięciu na końcach 1 wolta natężenie prądu wynosi 1 amper.
Prawo Ohma dla odcinka obwodu: Natężenie prądu w odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do napięcia na końcach tego odcinka i odwrotnie proporcjonalne do jego rezystancji.
Bilet № 17 . Praca i moc prądu elektrycznego. Prawo Dżul- Lenza. Zastosowanie termiczne działanie prądu w technologii
Praca prądu elektrycznego na odcinku obwodu jest równa iloczynowi napięcia na końcach tego odcinka przez natężenie prądu i czas, w którym praca została wykonana.
Pracę mierzy się w dżulach (J) lub watach na sekundę (W?s).
Moc prądu elektrycznego jest równa iloczynowi napięcia i prądu.
Moc mierzona jest w watach (W).
Prawo Joule’a-Lenza: ilość ciepła wytworzonego przez przewodnik z prądem jest równa iloczynowi kwadratu prądu, rezystancji przewodnika i czasu.
Wykorzystanie efektu cieplnego prądu w technologii:
Główną częścią nowoczesnej żarówki jest spirala z cienkiego drutu wolframowego. Wolfram jest metalem ogniotrwałym, jego temperatura topnienia wynosi 3387 °C. W żarówce włókno wolframowe nagrzewa się do temperatury 3000°C, przy której to temperaturze osiąga białe ciepło i świeci jasnym światłem. Spiralę umieszcza się w szklanej kolbie, z której za pomocą pompki odpompowuje się powietrze, aby spirala się nie przepaliła. Ale w próżni wolfram szybko odparowuje, spirala staje się cieńsza, a także stosunkowo szybko się wypala. Aby zapobiec szybkiemu odparowaniu wolframu, nowoczesne lampy wypełnione są azotem, czasem gazami obojętnymi - kryptonem lub argonem. Cząsteczki gazu zapobiegają opuszczaniu żarnika przez cząsteczki wolframu, czyli zapobiegają zniszczeniu nagrzanego żarnika.
Efekt cieplny prądu wykorzystywany jest w różnych elektrycznych urządzeniach i instalacjach grzewczych. W domu szeroko stosowane są kuchenki elektryczne, żelazka, czajniki i bojlery. W przemyśle efekt cieplny prądu wykorzystuje się do wytapiania specjalnych gatunków stali i wielu innych metali, do spawania elektrycznego. W rolnictwie prąd elektryczny wykorzystuje się do ogrzewania szklarni, zasilania parowców, inkubatorów, suszenia zboża i przygotowania kiszonki.
Główną częścią każdego elektrycznego urządzenia grzewczego jest element grzejny. Element grzejny jest przewodnikiem o dużej rezystywności, który jest również w stanie wytrzymać nagrzewanie do wysokich temperatur bez zniszczenia. Najczęściej do wykonania elementu grzejnego wykorzystuje się stop niklu, żelaza, chromu i manganu, zwany nichromem.
W elemencie grzejnym przewodnik w postaci drutu lub taśmy nawinięty jest na płytkę wykonaną z materiału żaroodpornego: miki, ceramiki. Na przykład elementem grzejnym w żelazku elektrycznym jest pasek nichromowy, który podgrzewa dolną część żelazka.
Bilet № 18 . Pole elektryczne. Działanie pola elektrycznego na ładunki elektryczne. Kondensator. Energia tjpole elektryczne kondensatora
Pole elektryczne jest specjalną formą materii, która istnieje niezależnie od naszych wyobrażeń na ten temat.
Główną właściwością pola elektrycznego jest jego wpływ na ładunki elektryczne z pewną siłą.
Pole elektryczne ładunków stacjonarnych nazywa się elektrostatycznym. Nie zmienia się z biegiem czasu. Pole elektrostatyczne tworzą wyłącznie ładunki elektryczne. Istnieje w przestrzeni otaczającej te ładunki i jest z nimi nierozerwalnie związany.
Kondensator składa się z dwóch przewodników oddzielonych warstwą dielektryka, którego grubość jest niewielka w porównaniu z rozmiarem przewodników.
Przewodniki w tym przypadku nazywane są płytkami kondensatora .
Energia kondensatora jest proporcjonalna do jego pojemności elektrycznej i kwadratu napięcia między okładkami. Cała ta energia jest skoncentrowana w polu elektrycznym. Gęstość energii pola jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola.
Bilet numer 19. Doświadczenia Oersteda. Pole magnetyczne prądu. Oddziaływanie magnesów. Działanie magnetycznedo przewodnika z prądem
Doświadczenia Oersteda:
Umieśćmy przewodnik podłączony do obwodu źródła prądu nad igłą magnetyczną, równolegle do jej osi. Kiedy obwód jest zamknięty, igła magnetyczna odchyla się od swojego pierwotnego położenia. Po otwarciu obwodu igła magnetyczna powraca do swojego pierwotnego położenia. Oznacza to, że przewodnik z prądem i igła magnetyczna oddziałują ze sobą.
Przeprowadzone doświadczenie sugeruje istnienie przewodnika, wokół którego płynie prąd elektryczny pole magnetyczne. Działa na igłę magnetyczną, odchylając ją.
Pole magnetyczne istnieje wokół każdego przewodnika przewodzącego prąd, to znaczy wokół poruszających się ładunków elektrycznych. Prąd elektryczny i pole magnetyczne są od siebie nierozłączne.
Linie, wzdłuż których znajdują się osie małych igieł magnetycznych w polu magnetycznym, nazywane są liniami pola magnetycznego. Kierunek wskazany przez biegun północny igły magnetycznej w każdym punkcie pola przyjmuje się jako kierunek linii pola magnetycznego.
Linie pola magnetycznego prądu magnetycznego są zamkniętymi krzywymi otaczającymi przewodnik.
Nazywa się ciała, które zachowują namagnesowanie przez długi czas magnesy trwałe lub po prostu magnesy.
Nazywa się te miejsca w magnesie, w których występują najsilniejsze efekty magnetyczne bieguny magnetyczne. Każdy magnes, podobnie jak igła magnetyczna, którą znamy, ma koniecznie dwa bieguny: północny (N) I południowy (S).
Zbliżając magnes do biegunów igły magnetycznej, zauważysz, że biegun północny igły jest odpychany przez biegun północny magnesu i przyciągany do bieguna południowego. Południowy biegun igły jest odpychany przez południowy biegun magnesu i przyciągany przez północny.
Na podstawie opisanych eksperymentów można wyciągnąć następujący wniosek: Przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają się, podobnie jak bieguny magnetyczne odpychają. Zasada ta dotyczy również elektromagnesów.
Interakcję magnesów tłumaczy się faktem, że wokół każdego magnesu istnieje pole magnetyczne. Pole magnetyczne jednego magnesu działa na inny magnes i odwrotnie, pole magnetyczne drugiego magnesu działa na pierwszy.
Pole magnetyczne działa z pewną siłą na dowolny przewodnik przewodzący prąd znajdujący się w tym polu.
Bilet nr 20. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prąd indukcyjny. Eksperymenty Faradaya. Zmienny aktualny
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na występowaniu prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, gdy strumień magnetyczny zmienia się przez powierzchnię ograniczoną tym obwodem.
Nazywa się prąd elektryczny powstający w wyniku zjawiska indukcji elektromagnetycznej wprowadzenie.
Eksperymenty Faradaya:
Nazywa się prąd elektryczny, którego wielkość i kierunek okresowo zmieniają się w czasie zmienne.
Bilet numer 21. Prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła. Prawo odbicia światła. Płaskie lustro. Zjawiskozałamujące światło
Prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła: Światło rozchodzi się w linii prostej w przezroczystym ośrodku.
Prawa odbicia światła: 1. Promienie padające i odbite leżą w tej samej płaszczyźnie z prostopadłą poprowadzoną do granicy obu ośrodków w punkcie padania promienia. 2. Kąt padania jest równy kątowi odbicia.
Lustro, którego powierzchnia jest płaska, nazywa się zwierciadłem płaskim.
Obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim ma następujące cechy: obraz ten jest wirtualny, bezpośredni, wielkością dorównującą przedmiotowi, znajduje się w tej samej odległości za lustrem, co przedmiot przed lustrem.
Załamanie światła-- zjawisko zmiany kierunku rozchodzenia się światła przy przejściu przez granicę dwóch prędkości.
Bilet nr 22. Obiektyw. Ogniskowa obiektywu. Budowa obrazu w soczewce skupiającej. Oko jak układ optyczny
Soczewki mogą być wypukłe lub wklęsłe.
Rozważmy najpierw właściwości soczewki wypukłej.
Zamocujmy soczewkę w dysku optycznym i skierujmy na nią wiązkę promieni równoległą do jej osi optycznej (ryc. 150). Zobaczymy, że promienie załamują się dwukrotnie – przy przejściu z powietrza do soczewki i przy wychodzeniu z niej w powietrze. W rezultacie zmienią swój kierunek i przetną się w jednym punkcie leżącym na osi optycznej soczewki; ten punkt nazywa się ostrość obiektywu F. Odległość od środka optycznego soczewki do tego punktu nazywa się odległością ogniskowa obiektywu; jest to również oznaczone literą F.
Soczewkę wypukłą nazywamy soczewką skupiającą.
Soczewka wklęsła nazywana jest soczewką wklęsłą soczewka rozbieżna. Ale soczewka wklęsła (rozbieżna) ma ostrość, tylko ją wyimaginowany. Jeżeli rozbieżna wiązka promieni wychodzących z takiej soczewki będzie kontynuowana w kierunku przeciwnym do ich kierunku, wówczas przedłużenia promieni przetną się w punkcie F , leżącego na osi optycznej po tej samej stronie, z której światło pada na soczewkę. Ten punkt nazywa się wyimaginowane skupienie soczewki rozpraszającej
Jeśli między soczewką a jej ogniskiem znajduje się jakiś przedmiot, to jego obraz jest powiększony, wirtualny, bezpośredni i znajduje się po tej samej stronie soczewki co przedmiot i dalej od obiektu.
Jeśli obiekt znajduje się pomiędzy ogniskiem a podwójnym ogniskiem soczewki, wówczas soczewka daje jego powiększony, odwrócony, rzeczywisty obraz; znajduje się po drugiej stronie obiektywu w stosunku do fotografowanego obiektu, za dwukrotnie większą ogniskową.
Jeżeli obiekt znajduje się za podwójnym ogniskiem soczewki, wówczas soczewka daje zmniejszony, odwrócony, rzeczywisty obraz obiektu leżącego po drugiej stronie soczewki pomiędzy jego ogniskiem a podwójnym ogniskiem
Ludzkie oko jest prawie kuliste i jest chronione przez gęstą błonę zwaną twardówka. Przednia część twardówki - rogówka przezroczysty. Znajduje się za rogówką Irys, Które mogą mieć różne kolory dla różnych osób. Znajduje się pomiędzy rogówką a tęczówką wodnisty płyn.
W tęczówce jest dziura - uczeń, którego średnica w zależności od oświetlenia może wahać się od około 2 do 8 mm. Zmienia się, ponieważ tęczówka może się oddalać.
Za źrenicą znajduje się przezroczysty korpus przypominający kształtem soczewkę skupiającą - to obiektyw, jest otoczony mięśnie, przyczepiając go do twardówki.
Znajduje się za obiektywem ciało szkliste. Jest przezroczysty i wypełnia resztę oka. Tylna część twardówki – dno oka – jest pokryta skorupa z siatki. Siatkówka składa się z najdrobniejszych włókien, które niczym kosmki pokrywają dno oka. Są to rozgałęzione zakończenia nerw wzrokowy, wrażliwy na światło.
Światło wpadające do oka ulega załamaniu na przedniej powierzchni oka, w rogówce, soczewce i ciele szklistym, dzięki czemu na siatkówce powstaje rzeczywisty, zmniejszony, odwrócony obraz przedmiotowych obiektów.
Światło padające na zakończenia nerwu wzrokowego tworzącego siatkówkę powoduje podrażnienie tych zakończeń. Podrażnienia przenoszone są wzdłuż włókien nerwowych do mózgu, a osoba otrzymuje wrażenie wzrokowe i widzi przedmioty. Proces widzenia zostaje skorygowany............