Fizyka
description
Transcript of Fizyka
Fizyka
Prowadzący:Dr hab. Piotr SuffczyńskiZakład Fizyki BiomedycznejInstytut Fizyki DoświadczalnejWydział Fizyki, UW
Mgr. Konrad KwaśkiewiczZakład Fizyki BiomedycznejInstytut Fizyki DoświadczalnejWydział Fizyki, UW
Kryteria oceniania
Kolokwium po zakończeniu każdego działu (30 min na wykładzie).Kolokwium po I semestrze (90 min na wykładzie).Egzamin pisemny i ustny z całości (I i II semestru) w egzaminacyjnej sesji letniej.
Literatura:1. D. Halliday, R. Resnick, Podstawy Fizyki T.1-52. P. G. Hewitt, Fizyka wokół nas.
Uwaga: Metody matematyczne służące opisowi zjawisk fizycznych będą utrzymane na poziomie elementarnym.
Materiały z wykładu
www.vegebox.pl
Żywność ekologiczna
Czy można zmienić świat?
"Wszyscy wiedzą, że czegoś nie da się zrobić, aż przychodzi ktoś, kto tego nie wie, i on właśnie to robi..." A. Einstein
Ziemniaczane baterieNaukowcy z Uniwersytetu w Jerozolimie opracowali technologię w której ugotowany ziemniak, wraz z elektrodami wykonanymi z miedzi oraz cynku (ogniwo galwaniczne), umożliwia uzyskanie określonej dawki energii przez dni, a nawet tygodnie. „Ziemniaczana energia” jest 5-50 razy tańsza i “czystsza” od tradycyjnej. Możliwe zastosowania to oświetlenie (przy wykorzystaniu energooszczędnych technologii, takich jak diody LED) oraz w telekomunikacji i transferze informacji. Nowe źródło zielonej energii może znacząco poprawić jakość życia 1.6 miliardowi ludzi. Ziemniak jest warzywem numer jeden na świecie (325 milionów ton w 2007 roku).
Jak działa bateria?
-Baterie składają się z ogniw elektrochemicznych
-Ogniwo elektrochemiczne nazywane jest ogniwem galwanicznym lub ogniwem Volty.
-Ogniwo elektrochemiczne zamienia energie chemiczną na energię elektryczną.
Jak działa bateria cd?
-Na elektrodzie cynkowej zachodzi utleniania (oddawanie elektronów) jej materiału do kationów Zn2+, które przechodzą do roztworu ZnSO4.
-Na elektrodzie miedzianej zachodzi reakcja redukcji (przyjmowania elektronów) poprzez aniony Cu2+ plywające w roztworze CuSO4.
http://www.howstuffworks.com/battery.htm
-Ogniwo elektrochemiczne składa się dwóch elektrod zanurzonych w elektrolitach (półogniwa).
-Rozdzielenie tych reakcji pozwala na przepływ prądu elektrycznego w obwodzie pomiędzy elektrodami.
-Przepływ jonów SO42- w elektrolicie zapewnia ‘obieg zamknięty’.
Pomiar-Fizyka opiera się na pomiarach
-Przykładowe wielkości fizyczne: długość, czas, temperatura
-Każdą wielkość fizyczną mierzymy w jej jednostkach, porównując mierzoną wielkość z wzorcem.
-Jednostka to nazwa miary danej wielkości np. jednostką długości jest metr.
-Wzorzec zawiera dokładnie jedną jednostkę
-Jak wybrać wzorzec?
-Czy musimy ustalić wzorce dla wszystkich wielkości fizycznych?
Międzynarodowy Układ Jednostek
Nazwa Jednostka Wielkość fizyczna
metr m długość
kilogram kg masa
sekunda s czas
amper A natężenie prądu elektrycznego
kelwin K temperatura
kandela cd natężenie światła, światłość
mol mol liczność materii
Układ SI:
Jednostki pochodne układu SI
Wielkość Nazwa Oznaczenie W jednostkach podstawowych
siła niuton N kg·m·s-2
ciśnienie paskal Pa kg·m-1·s-2
energia, praca dżul J kg·m2·s-2
moc wat W kg·m2·s-3
Za pomocą jednostek podstawowych definiujemy jednostki pochodne SI. Np.:
Przedrostki układu SI
Do zapisu wielkości bardzo dużych i małych stosujemy zapis w postaci liczba z przedziału 0-10 i odpowiednia potęga 10.
Np. Odległość Ziemia – Słońce (średnia): 150 000000 000 m = 1.5 * 1011 m (1 j.a. – jednostka astronomiczna)
Innym, wygodnym sposobem zapisu jest zastosowanie przedrostków:
Np. 1000 g = 1*103 g = 1 kg
Czynnik Przedrostek Symbol
1024 jotta Y
1021 zetta Z
1018 exa E
1015 peta P
1012 tera T
109 giga G
106 mega M
103 kilo k
102 hekto h
101 deka da
10–1 deci d
10–2 centi c
10–3 milli m
10–6 micro µ
10–9 nano n
10–12 pico p
10–15 femto f
10–18 atto a
10–21 zepto z
10–24 jokto y
Długość
Długość
System metryczny powstał w Republice Francuskiej w 1792 r.
Podstawową jednostką nowego systemu był metr.
Definicje metra:
1795 - 1*10-7 odległości od bieguna płn do równika.
1889 - odległość pomiędzy dwiema rysami na pręcie z platyny i irydu.
1960 - długość równa 1 650 763,73 długości fali promieniowania w próżni odpowiadającego przejściu między poziomami 2p10 a 5d5 atomu 86Kr (kryptonu 86).
Definicja metra
1983 - Metr jest to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.
Przedział czasu został tak ustalony, by prędkość światła c była równa dokładnie:
c = 299 792 458 m/s
Czas
Co to jest czas?
Słownik języka polskiego:
czas- nieprzerwany ciąg chwil
czas fizyczny - czas mierzony jakimkolwiek zjawiskiem periodycznym, zwykle obrotem Ziemi dookoła osi.
Nie ważne, jak zdefiniujemy czas, ważne jak go mierzymy.
Wzorcem czasu może być dowolne zjawisko periodyczne.
Wzorce czasu
Okres obrotu Ziemi
Zegary wahadłowe
Zegary kwarcowe
Zegary atomowe
Definicja sekundy (1967):
Sekunda jest to czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego 2S1/2 atomu cezu 133Cs (powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w temperaturze 0 K).
Zegary atomowe
Dokładność zegarów atomowych obecnie sięga 10-11s/dzień ~ 1s na 3*108 lat i cały czas rośnie. (Wiek Wszechświata 13.7 mld lat = 13.7*109 lat)
Zegar cezowy Zegar cezowy - wnętrze Miniaturowy zegar cezowy: średnica 1.5 mm, wysokość 4 mm
GPS
Segment satelitarny GPS składa się z 24 satelitów. Na pokładzie każdego satelity znajdują się 4 zegary atomowe — 2 cezowe i 2 rubidowe. Satelity emitują elektromagnetyczne sygnały, które wykorzystują odbiorniki naziemne do wyznaczania położenia na powierzchni Ziemi.
1. Satelity wysyłają położenia oraz czasy wysłania sygnału.
2. Odbiornik GPS wyznacza odległość od satelity ze wzoru: ODLEGŁOŚĆ=PRĘDKOŚĆ x CZAS
2. Położenie obiektu jest wyznaczane na podstawie znajomości jego odległości od 4 satelitów - przecięcie 4 sfer (czterolateracja).
3. Czynnikiem decydującym o dokładności jest pomiar czasu.
TAI, UCT, UT1
TAI – International Atomic Time. Czas atomowy mierzony przez ok. 200 zegarow cezowych, usrednionych w celu otrzymania wiekszej stabilnosci
UCT – Coordinated Universal Time. Standard czasu oparty na TAI, wykorzystywany w zastosowaniach cywilnych.
UT1 – Universal Time. Czas ‘Sloneczny’ zwiazany z obrotem Ziemi. Jest on mierzony na podstawie obserwacji odleglych kwazarow.
Sekunda przestępna
-Sekunda obrana za wzorzec w zegarze atomowym (sekunda SI) jest krótsza od sekundy czasu słonecznego. - Obroty Ziemi sa nieregularne oraz wykazuja systematyczne spowolnienie.- Powoduje to koniecznosc synchronizacji czasu UT1 z czasem UCT. Synchronizacja odbywa sie poprzez dodawanie sekundy przestepnej do czasu UCT.
Masa
Wzorcem masy w układzie SI jest walec z platyny i irydu, przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag pod Paryżem.Jego kopie znajdują się w laboratoriach wzorców w innych krajach.
Do porównywania mas atomów stosuje się inny wzorzec masy - atomową jednostka masy: u. Atom węgla C-12 ma 12 u.
1 u = 1.6605402*10-27 kg
Potęgi 10