Fizika tételek

Fizika ttelek

Fizika szbeli tmakrk kidolgozsa

1. Tmakr: Egyenes vonal, egyenletes mozgs vizsglata, vagy egyenletesen gyorsul mozgs vizsglata

Tk: 1. ttel, 2. ttel

Az egyenes vonal egyenletes mozgs a kinematika trgykrbe tartoz legegyszerbb mozgsforma.

Jellemzje, hogy a test egyenes plyn, vltozatlan irnyban gy mozog, hogy egyenl idk alatt egyenl utakat fut be, brmilyen kicsik is ezek az idkzk. A test ltal megtett s t s a megttelhez szksges t id egyenesen arnyosak, azaz hnyadosuk lland. Ezt a hnyadost a test sebessgnek (v) nevezzk.

A sebessg-id grafikon a vzszintes t-tengellyel prhuzamos egyenes, a grafikon alatti terlet a test ltal megtett t.

A hely-id grafikon egyenes, melynek meredeksge a test sebessge. Az t-id grafikon az origbl kiindul, az elzvel prhuzamos egyenes.

Egyenes vonal egyenletes mozgst vgez pldul egy vzzel tlttt, a vzszintessel szget bezr vegcsben (Mikola-fle cs) lev lgbubork.

Az egyenes vonal egyenletes mozgst vgz (vagy nyugalomban lev) test klcsnhats hinyban nem vltoztatja meg mozgsllapott (Newton 1. aximja), ezt a tulajdonsgot tehetetlensgnek nevezzk.

A fizikban a gyorsuls (jele: a) a sebessg vltozsi gyorsasga (id szerinti derivltja). A gyorsuls egy vektormennyisg, amelynek a dimenzija hosszsg/id. Az SI mrtkegysgrendszerben az egysge mter/msodperc.

Egyenes vonal mozgs gyorsulsa [szerkeszts]

Ha a sebessgvltozst osztom az eltelt idvel, akkor az tlagos gyorsulst kapom.

(Egyenes vonal mozgsnl a gyorsulsnak eljelet tulajdonthatok: a pozitv rtk gyorsulst a negatv rtk lassulst jelent. Az elz esetben tulajdonkppen vektorkomponensekkel szmolok, ahol a sebessg irnyban veszem fel a pozitv irnyt.)

Galilei: Tk-ben2. Tmakr: A dinamika alaptrvnyei

Tk: 9. ttel, 10. ttel, 11. ttelDinamika (ertan): a testek mozgst okoz trvnyszersgeket vizsglataNewton trvnyeinek Isaac Newton angol fizikus ngy, tmeggel rendelkez mozg testek viselkedst ler trvnyt nevezzk. Ezek a trvnyek alkotjk a klasszikus mechanika alapjt.

Newton els trvnye a tehetetlensg trvnye

Minden test nyugalomban marad vagy egyenes vonal egyenletes mozgst vgez mindaddig, mg ezt az llapotot egy msik test vagy mez meg nem vltoztatja.

Azt a vonatkoztatsi rendszert, amelyhez viszonytva egy test mozgsra rvnyes ez a trvny, inerciarendszernek nevezzk. Az inerciarendszer maga is nyugalomban van, vagy egyenes vonal egyenletes mozgst vgez, s brmely hozz viszonytott tkletesen magra hagyott test mozgsra rvnyes a tehetetlensg trvnye.

Newton msodik trvnye a dinamika alaptrvnye

Egy pontszer test 'a' gyorsulsa egyenesen arnyos a testre hat, a gyorsulssal azonos irny 'F' ervel, s fordtottan arnyos a test 'm' tmegvel.

A trvny kplettel kifejezett, elterjedt formja: F = ma

Newton harmadik trvnye a hats-ellenhats trvnye

Kt test klcsnhatsa sorn mindkt testre azonos nagysg, egymssal ellenttes irny er hat.

A trvny kvetkezmnye, hogy a kalapcs ugyanakkora ervel hat a szgre, mint a szg a kalapcsra (mivel azonban a kalapcs tmege nagyobb, a msodik trvny rtelmben a gyorsulsa arnyosan kisebb lesz), hasonlkpp egy bolyg ugyanakkora ervel vonzza a Napot, mint a Nap a bolygt (de a Nap tmege sokszorosa a bolygnak, a jelentkez gyorsuls mrtke teht eltr).

Newton negyedik trvnye az erhatsok fggetlensgnek elve

Ms nven a szuperpozci elve.

Ha egy testre egyidejleg tbb er hat, akkor az erhatsok egymst nem zavarva, egymstl fggetlenl addnak ssze.

A trvny azt jelenti, ha egy m tmeg testen az F1 er egymagban a1 gyorsulst hoz ltre, s az F2 er szintn egymagban a2 gyorsulst hoz ltre, akkor az F1 er ltal ltrehozott a1 gyorsuls ugyanaz marad, fggetlenl attl, hogy az F2 er hat-e a testre vagy sem, s fordtva.

SrldsA srlds kt rintkez fellet kztt fellp er, vagy az az er, mellyel egy kzeg fkezi a benne mozg trgyat (pldul a mzben lesllyed kanlra hat fkez er.)

Hasznos srldsA srlds hasznos is lehet. Ha nem bredne srlds, nem lehetne trgyakat letenni sima felletekre, hacsak nem idelisan vzszintesek, anlkl, hogy el ne mozdulnnak. A drzshajtsnl kt sszeszortott henger vagy kp kztt bred srlds biztostja, hogy forg mozgst s forgatnyomatkot lehessen tvinni egyik tengelyrl a msikra. A laposszjhajts s kszjhajts szintn a szraz srldst hasznlja ki, de a gpkocsik oldhat tengelykapcsolja (a kuplung) s a fkek mkdse is a srldson alapszik.

Kros srldsA szraz s folyadksrlds az egyik oka annak, hogy gpeink rossz hatsfokkal dolgoznak. Ha nem lenne srlds, olyan rkmozgt lehetne kszteni, amely ugyan energit nem termelne, de egyszer megindtva rkk mozogna.

3.

4. Tmakr: A periodikus mozgsok

Tk: 3. ttel, 4. ttel, 5. ttel, 6. ttel,

Krmozgsrl akkor beszlnk, ha egy elhanyagolhat nagysg test (tmegpont) lland krplya mentn mozog. A krmozgs egyenletes, ha a krplyn egyenl idkzk alatt brmilyen kicsinyek is ezek egyenl utakat tesz meg, mindig ugyanabban a krlfutsi irnyban. A t id alatt megtett s t (vhosszsg) teht arnyos az idvel:

,

ahol a v lland a sebessg nagysgt jelenti. A sebessg (v) irnya a plya rintjnek irnya, amely pontrl pontra vltozik, s gy a mozgs gyorsul mozgs. Ez az lland nagysg, de folytonosan vltoz irny gyorsuls az n. centripetlis gyorsuls (ms nven normlis vagy radilis gyorsuls).

A vltoz sebessg krmozgsnl a centripetlis mellett mg az erintirny gyorsuls is jelentkezik.

A krmozgst ltalban a szgsebessggel (jele ) szoktk jellemezni. Ez megadja a helyvektor s a kezdeti helyvektor ltal bezrt szg () vltozst

Peridusid Jele T, jelentse: 1 kr megttelhez szksges id.

Fordulatszm Jele: n , jelentse: 1 perc(min) alatt megtett krk szma.

Frekvencia Jele: v(grg abc - n), jelentse: 1 msodperc(s) alatt megtett krk szma. Mrtkegysge: Hertz - Hz. A peridusid s a frekvencia egymssal fordtottan arnyosak:T = 1 / vA szgsebessget krfrekvencinak is szoktk nevezni, mert frekvencival a kvetkez kapcsolatban ll:

Harmonikus rezgmozgs

Harmonikus rezgmozgsnak nevezzk az anyagi pont olyan peridikus mozgst, amelyet a pont egyenslyi helyzettl mrt kitrsvel egyenesen arnyos, s azzal ellenttes irny er (az n. harmonikus er) hoz ltre. Ertrvnye, az n. Hooke trvny: F = Dy.

Egy egyenletes krmozgst vgz anyagi pont egy tmrjvel prhuzamos vetlete harmonikus rezgmozgst vgez.

Kopernikusz: lsd Tk!

5. Tmakr: Munka, energia, teljestmny

6. Tmakr: A htgulsTk: 15. ttel, 18. ttel

Htgulsnak nevezzk azt a fizikai jelensget, amikor valamely anyag h hatsra mrett megvltoztatja. Melegtskor az anyagok ltalban tgulnak, mgpedig a vltozssal egyenes arnyban, anyagra jellemz lland a htgulsi egytthat. Ez all kivtel, ha halmazllapot-vltozs trtnik, illetve nhny specilis, vagy bomlkony anyag zsugorodik (negatv htguls). Lteznek kermik, s fmtvzetek, melyek nem vltoztatjk egyltaln a mretket.

Htguls hkzls hatsra n a halmaz rszecskinek a sebessge , megn a rendelten mozgs mrtke nagyobb trrszt tudnak kitlteni. H hatsra -> anyagi halmazok trfogata megn. Hts hatsra-> cskken a trf. Legnagyobb mrtkben a gz tgul a legjobban. Folyadkok: nem elhanyagolhat a klcsnhats a rszecskk csak korltozott kisebb mrtkben tudnak egymstl eltvolodni-> kevsb tgul Szilrd-> helyhez vannak ktve , mg kevsb tudnak tvolodni. Htgulsi egytthat: htgulsra jellemz lland -> megmutatja , hogy egysgnyi hm.vltozs hatsra egysgnyi trfogat halmaz trfogata mennyivel vltozik. V= xVxT V->kezdeti trfogat , T -> hm Szilrd anyagok esetben a trfogati tguls mellet megklnbztetnk lineris tgulst. 3= (huzalok,rudak,vezetkek) L= xLoxT -lineris egytthat Lo->eredeti hossz T=hm.Gyakorlatban: foly,gz,fm hmrk is a htguls elvn mkdnek. Gzhmrt- kis hm. Folyadkhm: tlag hm Fmhm: alacsony hm.(szakisark)

A szilrd testek htgulsi tnyezje fgg az anyagi minsgtl.

Lineris(vonalas) htgulsHa egy lineris htgulsi tnyezvel rendelkez l0 hosszsg test hmrsklete T0, akkor T = Tk T0 hmrsklet-vltozs hatsra a hossza:

lesz.Lineris htgulsi tnyez: , mrtkegysg: Trfogati htguls

Ha egy lineris htgulsi tnyezvel rendelkez anyag V0 trfogat test hmrsklete T0, akkor T = Tk T0 hmrsklet-vltozs hatsra a trfogata:

lesz. Az rtkbl addan a 32T2, illetve az 3T3 tag rtke elhanyagolhatan kicsi, ezrt:

Szilrd anyag tgulsa-> h hatsra a kisgmb kitgul s nem megy t a karikn ha mind a 2t melegitjk akkor a karika is tgul. Alu,rz-> Aluminium htgulsi egytthatja nagyobb -> jobban tgul mint a rz (Lineris tguls) Kt klnbz fm-> h hatsra elgrbl . Bimetn szalagokat fellehet hasznlni kapcsolk mkdtetsre is (tzjelz)

Folyadkok htgulsa [szerkeszts]

A folyadkoknak nincsen lland alakjuk, gy velk kapcsolatban csak trfogati htgulsrl beszlhetnk. Nhny folyadknak a htgulsa nemcsak az anyagi minsgtl, hanem a hmrsklettl is fgg, azonban a legtbb esetben ettl eltekinthetnk.Trfogati htgulsi egytthat: , mrtkegysg: Egy htgulsi tnyezj, T0 kezdeti hmrsklet, V0 kezdeti trfogat folyadk T hmrskletvltozs hatsra:

trfogat lesz.

Vz htani tulajdonsgai: vz mint folyadk eltr tulajdonsggal viselkedik . 4C ig gy viselkedik mint a tbbi folyadk , viszont ha 4C ig htjk a vizet ,elkezd emelkedni a hm. V->+4C R-> +4C Vjg nagyobb mint a V vz | R jg kisebb mint a R vz ezrt szik a jg a vzen. Jelentsg: mlyebb tavak nem fagynak be fenkig -> vz trfogata elekezd nni , srsg cskken.

Gyakorlatban:

Lombik kanyar vz -> melegts hatsra tgul a benne lv gz-> a folyadk lejjeb megy a hts hatsra cskken a trfogata a gznak -> feljebb megy. Vn -> R (srsg) cskken = M/v

Folyadk -> h hatsra a foly trfogata megn -> emelkedk a vzszint , R nagy V2 kisebbT2 kisebb | R kis srsg V nagyobb trfogat T1 (hm) nagyobb.

Kelvin munkssga: Lord Kelvin vagy els Kelvin br (szletett William Thomson, 1824. jnius 26. 1907. december 17.) angol matematikus, mrnk, a 19. szzad meghatroz fizikusa.

A skciai Glasgow egyetemn dolgozott. Nemesi nevt az egyetemhez kzeli Kelvin folyrl kapta.

Legfontosabb eredmnyeit az elektromossg matematikai analzise s a termodinamika terletn rte el. Sokat tett a modern fizikai lers megteremtsrt. Nevt az egsz vilg ismeri az abszolt hmrskletet mr Kelvin-sklrl, amelyet alkotott meg.

A telekommunikci terletn is vannak tallmnyai, melyek nevt hresebb tettk s vagyont biztostottak szmra.

7. Tmakr: Idelis gzok trvnyeiTk: 15. ttel, 16. ttelA gztrvnyek az idelis gz (fizikai kmiban clszeren a tkletes gz kifejezst hasznljk) abszolt hmrsklete (T), nyomsa (p) s trfogata (V) n. llapotjelzk kztti matemetikai sszefggsek. A hrom gztrvnyt: BoyleMariotte-trvnyt, a Gay-Lussac-trvnyt s a Charles-trvnyt sszevonva az egyestett gztrvnyt kapjuk:

.

E gztrvnynl figyelembe vve az Avogadro-trvnyt a tkletes viselkeds gzokra rvnyes egyetemes, vagy ltalnos gztrvny vezethet le:

ahol

p a nyoms pascalban

V a trfogat m-ben

n a gz kmiai anyagmennyisge mol-ban

R az egyetemes gzlland (8,314 J/mol.K)

T az abszolt hmrsklet kelvinben.

Azokat a gzokat, melyek ezen trvnyek szerint viselkednek, tkletes (idelis) gzoknak hvjk. Tnylegesen tkletes gzok nem lteznek, a valsgos gzok csak tbb-kevsb kvetik a gztrvnyeket.

Ms fontos gztrvnyt fogalmaz meg a Dalton-trvny a gzok parcilis nyomsrl.

Ms gztrvnyek, mint a van der Waals-egyenlet az idelis gztrvnyt helyesbti a valsgos gzok viselkedsnek megfelelen.

BoyleMariotte munkssgaA BoyleMariotte-trvny egyike a tkletes (idelis) gzokra vonatkoz gztrvnyeknek. A trvny nvadi: Robert Boyle (16271691) r termszettuds s filozfus volt, aki ezt a trvnyt 1662-ben fedezte fel. Edme Mariotte (16201684) francia fizikus tle fggetlenl 1676-ban szintn felfedezte.

A BoyleMariotte-trvny kimondja, hogy egy adott mennyisg idelis gz trfogatnak s nyomsnak szorzata egy adott hmrskleten lland. Matematikailag kifejezve:

ahol:

V a gz trfogata

p a gz nyomsa

k lland

k rtke gy hatrozhat meg, hogy egy adott hmrskleten megmrik a gz trfogatt s nyomst. Ha ezutn valami megvltozik, (ltalban a trfogatot vltoztatjk meg) akkor az j trfogathoz kiszmthat a gz nyomsa. Egyszerbben kifejezve: a nyoms s a trfogat fordtottan arnyos adott hmrskleten.

Ha adott mennyisg gz kt llapota kztt rjuk fel az sszefggst (lland hmrskletet felttelezve), akkor az albbi kpletet kapjuk:

,

ahol 1 indexszel az egyik llapotot, 2 indexszel a msik llapotot jelltk. Ha ebbl pldul a msodik nyomst akarjuk meghatrozni, akkor rhatjuk:

.

Ha a BoyleMariotte-trvnyt a Gay-Lussac-trvnnyel s a Charles-trvnnyel kombinljuk az egyestett gztrvnyt rhatjuk fel.

8. Tmakr: Halmazllapot-vltozsokTk: 19. ttelHalmazllapot-vltozsAz anyagok hmrskletnek valamint nyomsnak bizonyos fok vltozsa halmazllapot-vltozst idz el. Ez a vltozs mindig visszafordthat (reverzibilis) folyamat, ha kzben termikus bomlsi folyamat nem megy vgbe.

A halmazllapot-vltozs (fzistmenet) grafikus sszefoglalja

A halmazllapot-vltozst melegts sorn pldul akkor kvetkezik be, ha a hmrskletnvels olyan mrtk rezgmozgsra kszteti az atomokat, melyet a kohzis erk nem tudnak kompenzlni, gy az atomok az elz llapothoz kpest szabadabb vlnak. Els lpsben a rcsponti kterk sznnek meg, (szilrd-folyadk fzistalakuls), majd azok a kohzis erk, amelyek a folyadk rszecski kztt mkdnek (folyadk-gz fzistmenet), vgl pedig az atomokon belli elektrosztatikus vonzerk ellenre az elektronok egy rsze vagy teljes mennyisge leszakad az atommagrl (gz-plazma fzistmenet).

sszefoglalva a hmrsklet s a nyoms szerept: hmrsklet nvels vagy nyoms cskkens hatsra a lejtszd folyamatok:

szilrd olvads folyadk prolgs gz;

szilrd szublimci gz.

Hmrsklet cskkens, vagy nyoms nvekeds hatsra lejtszd folyamatok:

gz kicsapds vagy kondenzci folyadk fagys vagy dermeds szilrd;

gz kicsapds vagy kondenzci szilrd.

Celsius:

Anders Celsius (Ovanker, 1701. november 27. Uppsala, 1744. prilis 25.) svd termszettuds, csillagsz, a Celsius-skla megalkotja. A svd s a berlini akadmia, valamint a londoni Royal Society tagja.

A Celsius-skla bevezetje Anders Celsius. Celsius a skla kt pontjt a mai hasznlathoz kpest felcserlve hasznlta. A jelenlegi skla Stromer svd tuds mdostsval alakult ki 1750-ben.

A legelterjedtebb hmrskleti skla a kzletben, az eurpai kontinensen.

Jele: T. Ezen a skln norml lgkri nyoms mellett az olvad jg hmrsklete jelenti a 0 rtket, a forrsban lev vz hmrsklete pedig a 100. Egysge teht ennek az intervallumnak az -ad rsze. Mrtkegysge: C (Celsius-fok).

tvlts a sklk kzttFahrenheit-fok: Kelvin: Celsius-fok: Egyb hmrskleti sklk sszehasonltsaCelsiusKelvinFahrenheitRankine

0273,1532491,67

100373,15212671,67

9. tmakr: Energiatalakulsi folyamatok

10. Tmakr: ElektrosztatikaTk: 21. ttel, 22. ttelAz elektromos mez, vagy elektromos tr a fizikban az a kzeg, ami az elektromos tltsek egymsra hatst kzvetti. Az elektromos mez defincija Michael Faraday brit termszettudsnak ksznhet, aki a kzelhats elmlete szerint rta le kt tlts egymsra val hatst, miszerint a tlttt rszecskk sajt maguk hozzk ltre azt a mezt, amelyen keresztl ert kpesek kifejteni egymsra. Az elektromos tr energit s impulzust hordoz, gy anyagi rtelemben is ltez trrl beszlhetnk. Nyugv tltsek esetn a ltrehozott mezt elektrosztatikai trnek nevezzk, mivel ez a mez idben lland.

A Coulomb-trvny a fizikban kt pontszer tlts kzti klcsnhats nagysgt s irnyt adja meg. A trvnyt Charles-Augustin de Coulomb francia fizikus lltotta fel, aki egy torzis szerkezetet ksztett a tlttt testek kzti hatsok mrsre.

Kt pontszer elektromos tlts (Q1 s Q2) kztt hat er egyenesen arnyos a kt tlts szorzatval s fordtottan arnyos a kzttk lv tvolsg ngyzetvel.

Az elektromos tlts nhny elemi rszecske alapvet megmarad tulajdonsga, amely meghatrozza, hogy milyen mrtkben vesz rszt az elektromgneses klcsnhatsban, ami egyike az alapvet klcsnhatsoknak. Az elektromosan tlttt anyag elektromgneses teret hoz ltre, s a kls elektromgneses tr befolysolja a mozgst.

Coulomb: lsd fent

Galvani: Luigi Galvani Ktszzhetven ve, 1737. szeptember 9-n szletett Bolognban Luigi Galvani olasz fiziolgus, orvos, az elektromossgtan egyik megalaptja.

Az 1770-es vektl foglalkozott a bka anatmijval s az elektrofiziolgival. 1780-ban egy tantvnya figyelte meg, hogy amikor Galvani bkt preparlt, a ks rintsre a bkacomb sszerndult, ha a gerincvelhz egy msik fmmel rtek hozz. Mg ersebb volt a hats, ha egy drzselektromos gppel szikrt keltettek, s ha a bka fldelt asztallapon fekdt. Galvani 1786-ban a bkacombokat a szabadban kifesztett acldrthoz kttte, mert a lgkri villamossgban kereste a magyarzatot - m a combok itt vletlenszeren hzdtak ssze. Ksbb szrevette: a szobban, vaslemezen fekv bkatetem akkor is sszerndult, ha a rajta tszrt rzkampt a vashoz rintette, a jelensg mindig bekvetkezett, ha kt, egymssal rintkez fmmel rintette a gerincvelt s a combizomzatot. Galvani azt hitte, felfedezte az llati elektromossgot, mert az idegeket s izmokat ellenttes elektromossg tlti fel, s ennek kislse okozza az sszerndulst. Felttelezte, hogy a kzvett anyag, "elektromos fluidum" kivlasztsban az agy jtssza a fszerepet, az idegek vezetik azt az izomszvetbe.

Franklin: lsd Tk!

11. Tmakr: Magnetosztatika

12. Tmakr: A mozgsi indukciTk: 30. ttelAz elektromgneses indukci elektromgneses klcsnhats, amely sorn egy vezetben villamos feszltsg keletkezik. Felfedezse Michael Faraday nevhez fzdik (1831). Az elektromgneses indukci jelensgt kt csoportra oszthatjuk: Mozgsi indukci s Nyugalmi indukci.

A mozgsi indukci sorn vagy a mgneses mez, vagy a vezet, vagy mind a kett mozog egymshoz viszonytva. Leggyakoribb mozgsforma a forgmozgs (genertor elv), de elfordul a halad mozgssal ltrehozott elektomgneses indukci is (ltalban - de nem csak - szemlltet eszkzk esetben alkalmazzk).

Ha az induklt feszltsg egy egyenes vezetben jn ltre gy, hogy a vezet mozgsa merleges az indukci vonalakra, akkor az induklt feszltsg nagysga: Ui = B * l * v, ahol B:a mgneses indukci (Vs/m), l:a vezet hatsos hossza (m), v:a mozgats sebessge (m/s). Ha a B indukcij mgneses mezben N menetszm tekercset mozgatunk, akkor az induklt feszltsg: Ui = N * B * l * v. Mozgsi indukci esetben az induklt feszltsg irnyt Lenz trvnynek a segtsgvel hatrozhatjuk meg.

Induklt feszltsgrl beszlnk akkor, ha egy vezetben -tekercsben- az elektromgneses indukci hatsra jn ltre feszltsg. Ez a feszltsg mint neve is mutatja ellltsa szempontjbl nem azonos a galvnelemek, akkumultorok ltal szolgltatott vegyi energinak villamos energiv trtn talaktsa sorn nyert feszltsggel.

Fontos megjegyezni, hogy elektrotechnikai szempontbl csak s kizrlag induklt feszltsgrl beszlnk, s nem induklt ramrl! A feszltsg indukldik, s ez hajt t egy zrt ramkrben (zrt vezetben) ramot.

A feszltsg jele: U, mrtkegysge: V (volt).

Genertornak nevezzk azokat a forg villamos gpeket, amelyek a tengelykn kzlt mechanikai munkt villamos energiv alaktjk.

A genertorok vltakoz feszltsget lltanak el az elektromgneses indukci mozgsi indukci trvnyei szerint.

A genertor egy gerjesztett ritkn llandmgnes forgrszbl s egy tekercsrendszerrel elltott llrszbl tevdik ssze. Az llrsz csapgypajzsai s az abban elhelyezett csapgyak tartjk kzppontban a forgrszt, s biztostjk annak sima futst. A gerjesztett forgrszt mechanikai energival forgatjk. Ennek hatsra a forgrsz indukcivonalai metszik az llrsz tekercsrendszert s abban feszltsget induklnak.

A genertor elnye a dinamval szemben, hogy az induklt feszltsget keferendszer nlkl kzvetlenl az llrszrl veszik le, gy nagy ramok esetn sem kell a mozg alkatrszek (sznkefk) srlstl tartani. Tovbbi elnye, hogy az ellltott feszltsg transzformtor segtsgvel talakthat s minimlis vesztesggel szllthat.A Lenz-trvny az elektromgneses indukci sorn keletkezett induklt feszltsg irnynak a meghatrozsra alkalmas.

Lenz trvnye: az induklt feszltsg irnya olyan, hogy az ltala ltrehozott ram mgneses tere az indukcit ltrehoz okot, azaz a mozgst gtolni igyekszik.

A Lenz-trvnyre plda a kerkprra szerelt ramfejleszt (nevezik genertornak, ill. dinamnak is). Ha az ramfejlesztt a kerkhez szortjuk, de a kerkpr izzit nem kapcsoljuk be, csak a srldsbl ered tbbletmunkt kell a pedl hajtsakor kifejtennk. Ha bekapcsoljuk az els vilgtst, rezzk, hogy tbb energit kell befektetni. Ha bekapcsoljuk a hts vilgtst is, tovbbi energiabefektets szksges. Az izzk bekapcsolsbl ered ltalunk befektetett tbbletenergia mutatja a trvnyben emltett mozgst gtl (akadlyoz) tnyezt.

A trvnyt Lenz 1834-ben ismerte fel.

Dinam + Jedlik nyos: lsd Tk!13. Tmakr: Elektromgneses hullmok

14. Tmakr: Geometriai optikaTk: 34. ttel, 35. ttelAz optika, vagy magyarosan fnytan, a fiziknak, a fny s ltalban az elektromgneses hullmok terjedsvel foglalkoz tudomnyga. A fnytan (optika) a fny tulajdonsgait, a fnyjelensgeket (fnytrs, fnyvisszaverds stb.) vizsglja.

a geometriai optika, amely a fnyt mint egy sugarat tekinti, mely egyenes vonalban halad az egyes kzegekben, kzeghatrokon pedig visszaverdik vagy megtrik

Christian Huygens holland fizikus s csillagsz (16291695) dolgozta ki az optikai rendszerek elemzsnek hasznos mdszert.

A hullmfront minden pontja elemi gmbhullmok kiindulpontja. Az elemi hullmok a fny sebessgvel terjednek. Egy ksbbi t idpontban a hullmfront j helyzett az elemi hullmok burkolja adja meg.(Megjegyzs: Ha a hullmfronton valamennyi pont valban elemi hullmok kiindulpontjnak lenne tekinthet, akkor az elemi hullmoknak nem csak a hullmfront haladsnak irnyba, hanem htrafel is kellene terjednik. Ez utbbit Huygens figyelmen kvl hagyta.)

Hogyha a kzegek s a hatrfellet tulajdonsgai gy hozzk, hogy a visszaverds erteljesebb, brmily furcsa a jelensget visszaverdsnek nevezzk.

Ha egy fnysugr az optikailag srbb kzeg fell a ritkbb kzeg fel halad, akkor a hatrfelleten nem trik meg, hanem azon mint tkletes tkrn visszaverdik. Ilyenkor teljes visszaverdsrl vagy msnven totlreflexirl beszlnk, mivel a hatrfellet a res fny 100%-t visszaveri.

A bees fnysugr, a beessi merleges s a visszavert fnysugr egy skban van.

A visszaverdsi szg egyenl a beessi szggel.

FnytrsHa egy vegpohrba vizet ntnk, s rajta tnzve vizsgljuk a hozz kzel lv trgyakat, eltorzult kpet ltunk. A vzbe helyezett szvszl pldul megtrtnek ltszik, pedig ha kivesszk a vzbl, lthat, hogy vltozatlan az alakja. Nem a szvszl trik meg, hanem a fny, amely a vzbl rkezik a szemnkbe. Ha a fnysugr eltr fnytani srsg anyagok hatrn tlp, irnya megvltozik. A vz s a leveg hatrn mindig megtrik a fny, kivve, ha ppen merlegesen esik a vzfelletre.

Huygens: lsd Tk!

15. Tmakr: Az anyag rszecske termszete

Az anyag ketts termszete


A fotoelektromos hats (fotoeffektus, fnyelektromos jelensg) a kszbszintnl nagyobb frekvencij elektromgneses sugrzs (pldul lthat fny vagy ultraibolya sugrzs) ltal egy anyag (leginkbb fm) felsznbl elektronok kivltsa. Nincs elektron kibocsts a hatrfrekvencia alatt, mert a foton nem tud elg energit biztostni ahhoz, hogy kilpjenek az atomos ktsbl. A kibocstott elektronokat gyakran fotoelektron nven emltik a tanknyvek.

A fotoelektromos hats tovbb segtette a hullm-rszecske kettssg felismerst, mely szerint a a rszecskk (jelen esetben fotonok) mind hullmszer, mind a rszecskeszer tulajdonsgokkal rendelkeznek, ezek az elkpzelsek a kvantummechanika kialaktsban fontos szerepet jtszottak. A fotoelektromos hatst matematikailag Albert Einstein bizonytotta be, kiterjesztve munkjt, tovbbi kutatsokat vgzett Max Planck.

A napelemek s a fnyrzkeny didk (fotodidk) a fotoelektromos hats elvn mkdnek. Ezek elnyelik a fotonokat a fnybl s energit adnak az elektronoknak, elektromos ramot ltrehozva.

Einstein: lsd Tk!

16. Tmakr: Az atom szerkezeteTk: 38. ttelAz atom tmrje 100 pm (1010 m) nagysgrend; trfogatnak nagy rsze res. A kzppontjban tallhat egy nagyon kis mret atommag: tipikus tmrje 10 fm (1014 m). A nagysgrendi klnbsg annyit jelent, hogy ha egy atomot 100 mter tmrnyire nagytannk (mint egy nagyobb vr vagy egy harmincemeletes toronyhz), akkor atommagja mindssze kavics mret lenne (1 cm).

Ez a parnyi atommag hordozza az atom tmegnek szinte teljes egszt. Mivel csak protonokbl s neutronokbl (kzs nevkn: nukleonokbl) ll, az atommag tltse pozitv. A teljes atom azonban semleges, mivel a protonok tltst alapesetben azonos szm elektron egyenslyozza ki. Az atom resen marad trfogatnak nagy rszt elektronok tltik ki, amelyek bizonyos gmbfelletek, n. hjak mentn haladnak, s egyttesen alkotjk az elektronfelht.

Az atomokat ltalban rendszmuk ami a magban lev protonok szma alapjn osztlyozzuk. Az azonos rendszm atomok kmiai tulajdonsgai, valamint fizikai tulajdonsgainak nagy rsze ugyanaz. A mr felfedezett atomokat a peridusos rendszer sorolja fel. A legegyszerbb atom a hidrognatom, amelynek rendszma 1, s amit 1 proton alkot 1 elektronnal. A tudomnyban nagy rdekldsnek rvendett, klnsen a kvantumelmlet fejldsnek korai szakaszban.

Az azonos rendszm, de klnbz neutronszm atomokat izotpoknak hvjuk: eltr neutronszmuk miatt a tmegk is klnbz. Az izotpok kmiai tulajdonsgai kzeltleg megegyeznek, de lettartamuk rendkvl eltr lehet. A termszetben rendszerint valamelyik izotp van tlslyban: a hidrogn izotpjai kzl pldul 6500 db 1-es tmegszm atomra jut egy db 2-es tmegszm izotp.

Bohr: lsd Tk!

Rutherford: lsd Tk!

17. Tmakr: Radioaktivits


A radioaktivits a nem stabil (gynevezett radioaktv) atommagok bomlsnak folyamata. Ez nagy energij ionizl sugrzst kelt. Radioaktv sugrzs a termszetben is elfordul. Mrsre rszecskedetektorokat hasznlnak.

A radioaktivitst 1896-ban Henri Becquerel francia tuds fedezte fel, amirt 1903-ban megkapta a fizikai Nobel-djat. Becquerel foszforeszkl anyagokkal ksrletezett. gy gondolta, hogy a katdsugrcs fnye valamilyen mdon sszefgg a foszforeszcencival. Klnfle foszforeszkl anyagokat burkolt fekete paprba egy fnykplemezzel egytt, s a fnykplemez feketedst vizsglta. Nem szlelt feketedst amg urnskkal nem prblkozott. Miutn a nem foszforeszkl urnskkal prblkozott, kiderlt, hogy a jelensgnek semmi kze sincs a foszforeszcencihoz. Kimutatta, hogy a sugrzs intenzitsa arnyos az urn koncentrcijval, gy arra kvetkeztetett, hogy ez a sugrzs az urn atom tulajdonsga. Pierre s Marie Curie j, sugrz elemek utn kutatva fedeztk fel, hogy a trium is sugroz. Az urnrcbl kivontak mg kt ersebben sugrz elemet, a polniumot s a rdiumot. A Curie hzaspr nehz s fraszt munkjnak szemlltetsl: nyolc tonna urnrcbl 0,1 gramm rdium nyerhet ki. A Curie hzaspr s Ernest Rutherford ksrletei a radioaktv sugrzsnak kt sszetevjt mutatta ki: a nagyon rvid hattvolsg (levegben kevesebb, mint 1 cm) alfa-sugrzs, s a bta-sugrzs (pr 10 cm levegben). 1900-ban fedezte fl Paul Ulrich Villard a gamma-sugrzst, amit 10 cm lom sem br elnyelni. Ksbb bebizonytottk, hogy a gamma-sugrzs valjban nagyenergij elektromgneses sugrzs.

Hrom fontosabb fajtja van. Egyre nagyobb thatolkpessggel:

Alfa-bomls sorn az atommagbl egy hlium atommag (ersen kttt 2 proton s 2 neutron) vlik ki. Ersen ionizl, viszont a hattvolsga levegben 1 cm alatti.

Bta-bomls sorn az atommagban neutronbl lesz proton, elektron kibocstsa kzben. gy a bta-sugrzs valjban elektronsugrzs. Kzepesen ionizl hats, hattvolsga levegben pr 10 cm.

Gamma-bomls sorn energia tvozik nagy energij fotonknt. Az elbbiek ksrjelensge szokott lenni. Hattvolsga lgres trben praktikusan vgtelen, a nagy tmegszm elemek (ltalban lom) gyngtik hatkonyan.

Egy adott radioaktv forrs aktivitsa megmondja, hogy hny bomls trtnik msodpercenknt. Mrtkegysge a Bq (Henri Becquerel tiszteletre), 1 Bq msodpercenknt egy bomlsnak felel meg. Rgebbi mrtkegysg a Ci (Curie), 1 Ci egy gramm rdium aktivitsnak felel meg (3,71010 Bq). A radioaktv bomls teljesen vletlen jelensg, egy adott atommagrl nem lehet megllaptani, hogy mikor fog elbomlani, viszont az elbomlsnak idbeni valsznsge lland.

Ksrletileg igazolt tny, hogy a radioaktv sugrzs hatsa l szervezetekre nagymrtkben fgg a fajtjtl s az energijtl. Adott energij alfa-rszecske tbb krt okoz, mint egy ugyanakkora energij elektron, vagy egy foton. A klnbsg a lineris energiavesztesg (dE/dx) klnbzsgben rejlik. Pldul egy alfa-rszecske az energijt fmben 1 mikromter alatt adja le, mg ehhez egy gamma-fotonnak akr tbb centimterre is szksge lehet. Emiatt minden fajta sugrzshoz egy koefficienst rendelnk a biolgiai hatsossgot (RBE Relative Biological Effectivity). A dzis s a biolgiai hatsossg szorzata az ekvivalens dzis, aminek a mrtkegysge a sievert (Sv).

Egy ember tlagosan vi 2,5 mSv dzist nyel el. Okai a levegben lv radon, a kozmikus sugrzs, rntgenvizsglatok stb. Fontos kiemelni, hogy a legnagyobb rsze (2 mSv) termszetes forrsbl szrmazik.

Curie-csald: lsd Tk!

18. Tmakr: Az atomreaktor s az atomermTk: 41. ttelAz atomerm az ermveknek azon tpusa, amelyek a maghasads vagy a magfzi sorn keletkezett ht hasznljk ramtermels cljra. Mkdsi egysgk az atomreaktor, vagyis a magmveleti zna; a reaktorok szma, illetve ezek teljestmnye az atomerm f ismrve. Egy reaktor termelse jellemzen 200 s 5000 MW kztt mozog.

A reaktorban vgbemen alapvet folyamatok alapjn fisszis s fzis reaktorokra osztjuk ket.

A fisszis reaktorokban felhasznlt hasadanyag leginkbb az urn, de ltezik plutnium s trium alap is.

A termikus reaktorok fajti (az alkalmazott modertor alapjn):

Knnyvz

forralvizes reaktor (BWR)

nyomottvizes reaktor (PWR)

SSTAR

Nehzvz

CANDU

SGHWR

Grafit

RBMK

gzhts reaktor (GCR)

PBMR

Az atomerm elnyei a tbbi hermvel szemben Nem bocst ki kros gzokat

Kis mennyisg hulladk

Olcsbbak a kiindulsi anyagok

A hasadanyagot a tzelanyagnl knnyebben lehet trolni s szlltani (sokkal kevesebb kell belle)

Az atomerm htrnyai a tbbi hermvel szemben A radioaktv hulladk egy rsze tbb szz vig is veszlyes

Napjainkban csak nagy teljestmny ermtervek lteznek

Nagy egyszeri beruhzsigny

Tisztzatlan szempontok A radioaktv hulladk kezelse nem megoldott

Nincs sszehasonlts a fosszilis s az atomermvek termszetterhelse kztt

Kisebb trsadalmi elfogadottsg

Modertor: hidrogn (vz formjban), deutrium (nehzvz), szn (grafit formjban), berillium, sznhidrognek

Neutronelnyel szablyozrudak: br, kadmium, ezst, indium, kobalt, hafnium

3 fizikus az els reaktornl: Szilrd Le magyar, 1942, Amerikban, Chicago, lncreakcit dolgozta ki

Enrico Fermi olasz, bta-bomls, kvantumelmlet

Teller Ede magyar, atombombval termonukleris nukleris fzit beindtani ( szuperbomba (H-bomba)

19. Tmakr: A Nap s a Naprendszer (csillagszat)

Tk: 42. ttel, 43. ttel, 44. ttel

rhajzs: Jurin Gagarin (1961. pr. 12. SU, els rhajs)

Neil Armstrong (1969. USA, els ember a Holdon)

Farkas Bertalan (1980, SU, magyar rhajs)

Charles Conrad (USA, Holdon jrt Apollo-12, ngyszer a vilgrben,)

A Nap a Naprendszer kzponti csillaga. Krltte kering a Fld, valamint a Naprendszerhez tartoz bolygk, kisbolygk, stksk. A Fldtl krlbell 150millikm tvolsgra van, ami fnysebessggel 8,3perc. A Nap tartalmazza a Naprendszer anyagnak 99,8%-t, tmrje 109 fldtmr. 73,5%-ban hidrognbl ll, amely a kzpontjban zajl magfzi sorn hliumm alakul. Az ennek sorn felszabadul, majd a vilgrbe sztsugrzott energia nlklzhetetlen a legtbb fldi llny szmra: fnye a nvnyek fotoszintzist, hje pedig az elviselhet hmrskletet biztostja. ltet ereje miatt a Nap kiemelked kulturlis s vallsi jelentsggel is br.

Naprendszer alatt (mondat kzben kisbetvel rva) olyan rendszert rtnk, amelynek kzppontjban egy vagy tbb csillag tallhat, s krltte gitestek keringenek. Bonyolult gi mechanikai rendszerekrl van sz, amelyek tanulmnyozsa elssorban a csillagszati tudomny feladata.

Bolygnknak, a Fldnek otthont ad Naprendszer egyike a Tejtrendszer sok millird naprendszernek, s az Orion spirlkar kls harmadban helyezkedik el. Naprendszernk kzppontjban a Nap tallhat.

kzetbolygk: Merkr, Vnusz, Fld, Mars

gzbolygk: Jupiter, Szaturnusz, Urnusz, Neptunusz.

A Plt,a Haumea, a Makemake, a Ceresz, s az Erisz trpebolyg.

* A Tk (a.k.a. Tanknyv) neve: Fizika szbeli ttelek, Nemzeti Tanknyvkiad20. Tmakr: A gravitci

Tk: 43. ttel

A gravitci kt, tmeggel rendelkez test egyms fel val gyorsulsnak hajlamt jelli.

A gravitci elmletnek els matematikai megfogalmazst Sir Isaac Newton adta s ez bmulatosan pontosnak bizonyult. Egy ert felttelezett, amelyet univerzlis gravitcis klcsnhats-knt rt le.

Ma az Albert Einstein ltal ltrehozott ltalnos relativitselmlet az elfogadott elmlet a gravitcis jelensgek lersra.

Newton univerzlis gravitcis trvnye (az ltalnos tmegvonzs trvnye) a kvetkezket mondja ki:

A vilgegyetem minden objektuma klcsnhatsban van egymssal egy ervel, amely a kt objektum tmegkzppontjt sszekt egyenesen helyezkedik el. Ez az er arnyos a kt objektum tmegnek szorzatval s fordtottan arnyos a kt objektum tmegkzppontjnak tvolsgnak ngyzetvel.

A Kepler-trvnyek nven nevezzk a bolygmozgsok hrom trvnyt, melyet Johannes Kepler nmet csillagsz llaptott meg.

A bolygk plyja ellipszis, s annak egyik gyjtpontjban van a Nap.

A bolygk vezrsugara (a bolygt a Nappal sszekt szakasz) azonos idk alatt azonos terletet srol.

A bolygk Naptl val tlagos tvolsgainak (a, a plya fl nagytengelyeinek) kbei gy arnylanak egymshoz, mint a keringsi idejk (T) ngyzetei, azaz a a3 / T2 hnyados minden naprendszerbeli bolyg esetn ugyanakkora.

Az els kozmikus sebessg az a sebessg, amellyel elindtott lvedk elhanyagolva az atmoszfra ellenllst s az gitest forgst, elegend, hogy az gitest sugarval egyez krplyra jusson. Msszval az els kozmikus sebessg az a sebessg, mellyel el kell hajtani egy kvet vzszintes irnyban ahhoz, hogy tbb ne essen le a fldre. Ez a sebessg csak elmleti, a valsgos rhajknak hajtmre volna szksgk, hogy krplyn haladjanak, ellenkez esetben visszatrnnek a Fldre.

Az els kozmikus sebessg kiszmtshoz a centrifuglis s gravitcis erk egyenslyt kell felrni krplya esetre:

;

;

ahol

m a lvedk tmege,

M az gitest tmege,

G a gravitcis lland

R az gitest sugara, (Fld esetn: 6 378 km)

M az gitest tmege (Fld esetn:g = )

Fld esetn az els kozmikus sebessg

7,9km/s

rtkre addik.

A csillagszatban szksi sebessgnek nevezzk azt a minimlis sebessget, mellyel egy adott gitestrl (minden tovbbi raktahajts nlkl) meg lehet szkni, el lehet hagyni az gitestet. (A szksi sebessgnl a lgkr hatst nem veszik figyelembe, mivel az tbbek kztt alakfgg.)

Ahhoz, hogy egy gravitcis teret elhagyjunk, akkora mozgsi energival kell rendelkeznie a testnek, mely egyenl vagy nagyobb, mint a gravitcis helyzeti energia. Emiatt egy gitest v2 szksi sebessgre:

ahol G a gravitcis lland, M az gitest tmege s r az gitest sugara illetve a kzpponjtl val tvolsga.

Ha a szksi sebessget, vagy ms nven msodik kozmikus sebessget sszevetjk az els kozmikus sebessggel, rhatjuk:

ahol v1 az els kozmikus sebessg, vagyis egy olyan krplyn mozg test sebessge, melynek sugara az gitest (bolyg, hold) sugarval egyenl.

Ha egy testet egy bolyg felsznrl v1-nl nagyobb, de v2-nl kisebb sebessggel indtunk, akkor az a kezdsebessg fggvnyben egyre elnyjtottabb ellipszis-plyn fog keringeni, melynek egyik fkuszpontja a bolyg kzppontja. v2-nl az ellipszis-plya msik fkusza vgtelenbe kerl, vagyis a plya alakja parabola lesz.

A Fld elhagyshoz szksges szksi sebessg, ms nven a msodik kozmikus sebessg 11,19 km/s.

Fekete lyuknak nevezzk azokat az gitesteket, melyeknek a tmege olyan risi, hogy a szksi sebessg elri a fnysebessget. Mivel semmilyen test nem kpes fnysebessgnl gyorsabban haladni, ezrt az gynevezett esemnyhorizonton bell kerlt testek nem kpesek elhagyni a fekete lyukat (legalbbis tovbbi hajts nlkl).

Kepler: lsd Tk!

Documents

Fizika tételek