PODSTAWY FIZYKI 5

ELEKTROSTATYKA
Ładunkiem elektrycznym nazywamy porcję elektryczności. Ładunkiem elementarnym e
nazywamy najmniejszą wartość ładunku zaobserwowaną w przyrodzie. Jego wartość jest równa
wartości ładunku elektronu: e = 1,6 . 10-19C
Jednostką ładunku jest 1 kulomb = 1 C
Ze względu na właściwości elektryczne ciała dzielimy na przewodniki, izolatory i półprzewodniki.
Polem elektrycznym nazywamy przestrzeń wokół ciała posiadającego ładunek elektryczny,
w której to przestrzeni na ciało naelektryzowane działają siły elektrostatyczne.
Rodzaje pól: centralne i jednorodne.
Linie sił pola elektrycznego to linie pokazujące kierunek działania siły na ładunek umieszczony
w danym punkcie pola.
Sposoby elektryzowania ciał:
 przez pocieranie polega na przejściu elektronów z jednego ciała na drugie. Obydwa ciała
elektryzują się ładunkami o przeciwnych znakach.
 przez dotyk polega na dotknięciu ciała obojętnego ciałem naelektryzowanym. Oba ciała
elektryzują się tym samym ładunkiem.
 przez indukcję polega na przemieszczeniu elektronów wewnątrz ciała po zbliżeniu do niego
ciała naelektryzowanego.
Zasada zachowania ładunku. W układzie ciał izolowanych elektrycznie od otoczenia całkowity
ładunek elektryczny nie ulega zmianie.
Prawo Coulomba – Wartość siły wzajemnego oddziaływania punktowych ciał naelektryzowanych
jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich ładunków, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu
odległości pomiędzy ich środkami.
F – siła wzajemnego oddziaływania [ N ]
k – współczynnik proporcjonalności
q1 i q2 – wartości ładunków [ C ]
r – odległość pomiędzy ładunkami [ m ]
Napięciem elektrycznym między dwoma punktami pola nazywamy iloraz pracy wykonanej przez
pole nad ładunkiem q przy przeniesieniu go z jednego punktu pola do drugiego, przez wartość
ładunku.
U=W:q
W = U .q
q=W:U
Jednostką napięcia jest 1 wolt = 1 V
Do pomiaru napięcia używamy woltomierza i włączamy go do obwodu równolegle.
PRĄD ELEKTRYCZNY
Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch nośników ładunków elektrycznych pod
wpływem pola elektrycznego.
Umowny kierunek przepływu prądu od „+” do „-”.
Skutki przepływu prądu elektrycznego: cieplne, świetlne, mechaniczne, magnetyczne, chemiczne.
Najprostszy obwód elektryczny składa się z przewodów, źródła prądu, odbiornika i wyłącznika.
Ogniwo zbudowane jest z dwóch różnych płytek metalowych stanowiących elektrody i zanurzonych
w elektrolicie. Elektrolit to wodny roztwór kwasu, zasady lub soli.
Natężeniem prądu elektrycznego nazywamy iloraz ładunku elektrycznego przepływającego przez
poprzeczny przekrój przewodnika przez czas przepływu.
q = I .t
I – natężenie pądu [A – amper]
q – ładunek elektryczny [ C ]
t – czas [ s ]
Do pomiaru natężenia prądu używamy amperomierza i włączamy go do obwodu szeregowo.
Pierwsze prawo Kirchhoffa. Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie
natężeń prądów wypływających z węzła.
I1 + I2 + I3 + … = II + III + IIII + …
Węzłem sieci nazywamy punkt obwodu, w którym spotykają się co najmniej trzy przewody.
Prawo Ohma. Stosunek napięcia do natężenia prądu dla danego odcinka obwodu jest wielkością
stałą, równa oporowi elektrycznemu tego odcinka obwodu.
U=R.I
R – opór elektryczny [ Ω – om ]
U – napięcie [ V ]
I – natężenie [ A ]
Opór przewodnika jest wprost proporcjonalny do jego długości, a odwrotnie proporcjonalny
do pola jego przekroju poprzecznego. Opór przewodnika zależy od rodzaju materiału z którego jest
wykonany, długości przewodnika i od temperatury w jakiej się znajduje.
ρ – opór właściwy materiału z którego wykonano przewodnik [ Ωm ]
l – długość przewodnika
S – pole przekroju poprzecznego
Szeregowe łączenie oporników: R = R1 + R2 + R3 + . . .
R – opór całkowity (zastępczy) oporników połączonych szeregowo jest równy sumie poszczególnych
oporów.
Równoległe łączenie oporników:
– odwrotność oporu całkowitego (zastępczego) oporników połączonych równolegle jest równa
sumie odwrotności poszczególnych oporów.
Praca prądu elektrycznego
W – praca [ J ]
U – napięcie [ V ]
W = U .I .t
I – natężenie [ A ]
t – czas [ s ]
Moc jest miarą szybkości przekazywania energii (wykonywania pracy).
P – moc [ W ]
W – praca [ J ]
t – czas [ s ]
ELEKTROMAGNETYZM
Magnes stały posiada dwa bieguny magnetyczne: północny N i południowy S.
Jednoimienne bieguny magnesów odpychają się, a różnoimienne bieguny – przyciągają się.
Pole magnetyczne to przestrzeń wokół magnesu, w której to przestrzeni na ciało naelektryzowane
działają siły magnetyczne.
Rodzaje pól: centralne i jednorodne.
Linie sił pola magnetycznego to linie pokazujące kierunek działania siły. Linie te na zewnątrz
magnesu mają zwrot od bieguna północnego do południowego. Doświadczalnie te linie możemy
pokazać za pomocą igieł magnetycznych lub opiłków żelaza.
Wokół przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny wytwarza się pole magnetyczne. Zwrot linii
tego pola wyznaczamy za pomocą reguły prawej dłoni – jeżeli prawa dłoń obejmuje przewodnik tak,
że kciuk wskazuje kierunek prądu, to palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego.
Elektromagnesem nazywamy zwojnicę z rdzeniem ze stali miękkiej (ferromagnetyka)
umieszczonym wewnątrz niej.
Zastosowanie elektromagnesu wynika z tego, że można sterować polem magnetycznym
wytwarzanym przez elektromagnes poprzez zmianę liczby zwojów i zmiany natężenia.
DRGANIA I FALE MECHANICZNE
Ruch drgający prosty (harmoniczny) to taki ruch, w którym ciało wykonuje w jednakowych
odstępach czasu wahania wokół punktu równowagi.
Amplituda – A: to największe wychylenie z położenia równowagi.
Okres – T: czas potrzebny na jedno pełne drganie.
Częstotliwość – f: to liczba pełnych drgań w czasie 1 sekundy.
f – częstotliwość [ herc – Hz ]
Rezonans mechaniczny polega na pobudzeniu do drgań innego układu drgającego, o tej samej
częstotliwości drgań własnych.
Fale mechaniczne rozchodzą się tylko w ośrodku sprężystym. Nie mogą rozchodzić się w próżni.
Falą poprzeczną nazywamy falę, w której cząsteczki drgają prostopadle do kierunku rozchodzenia
się fali. Np. fala powstająca na strunie gitary.
Falą podłużną nazywamy falę, w której cząsteczki drgają wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali.
Np. fala dźwiękowa.
Długość fali – λ: odległość na jaką rozchodzi się fala podczas jednego drgania.
λ=v.T
v – szybkość fali
OPTYKA
Światło jest rodzajem fali elektromagnetycznej. Prędkość światła w próżni wynosi około:
c = 300 000 km/s
Źródłami światła są ciała o wysokiej temperaturze. Źródła naturalne to słońce i gwiazdy, źródła
sztuczne to świece, żarówki itp.
Cień i półcień są efektem prostoliniowego rozchodzenia światła.
Prawo odbicia światła – Kąt odbicia światła jest równy kątowi podania światła. Kąt padania światła
i kat odbicia światła leżą w jednej płaszczyźnie.
W zwierciadle płaskim powstaje obraz pozorny, prosty i tej samej wielkości.
Równoległa wiązka światła po odbiciu od zwierciadła kulistego wklęsłego staje się zbieżną
i promienie odbite przecinają się w jednym punkcie zwanym ogniskiem zwierciadła – F.
Ogniskowa zwierciadła – f to odległość ogniska od środka zwierciadła.
Zwierciadło kuliste wklęsłe – obrazy:
1. Gdy odległość x przedmiotu od zwierciadła jest większa od promienia krzywizny zwierciadła
(x ˃ R) to powstaje obraz rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.
2. Gdy odległość x przedmiotu od zwierciadła jest równa promieniowi krzywizny zwierciadła
(x = R) to powstaje obraz rzeczywisty, odwrócony i tej samej wielkości.
3. Gdy odległość x przedmiotu od zwierciadła jest większa od ogniskowej f, a mniejsza
od promienia krzywizny zwierciadła (R ˃ x ˃ f) to powstaje obraz rzeczywisty, odwrócony
i powiększony.
4. Gdy odległość x przedmiotu od zwierciadła jest równa ogniskowej zwierciadła (x = f) to obraz
nie powstaje.
5. Gdy odległość x przedmiotu od zwierciadła jest mniejsza od ogniskowej (x ˂ f) to powstaje
obraz pozorny, prosty i powiększony.
Zwierciadło kuliste wypukłe. Obraz który powstaje jest zawsze pozorny, prosty i pomniejszony.
Światło na granicy dwóch ośrodków ulega załamaniu i odbiciu. Światło na granicy dwóch ośrodków
załamuje się czyli zmienia kierunek rozchodzenia się ponieważ rozchodzi się z różną szybkością
w różnych ośrodkach.
Światło białe przechodząc przez pryzmat ulega rozszczepieniu na składniki barwne. Spowodowane
jest to tym, ze każdy składnik barwny ma inną szybkość rozchodzenia się w ośrodku przeźroczystym.
Soczewki to bryły przeźroczyste dla światła, ograniczone z dwóch stron powierzchnią, z których
przynajmniej jedna jest powierzchnia kulistą.
Soczewki dzielimy na skupiające i rozpraszające.
Zdolność skupiająca soczewki Z jest równa odwrotności ogniskowej soczewki wyrażonej
w metrach.
Z – zdolność skupiająca [ D – dioptria ] f – ogniskowa [ m ]
Małgorzata Budzik