Definicja
Bilans cieplny
Suma wszystkich energii, jaką posiadają wszystkie drobiny danej substancji, jest energią wewnętrzną tej substancji. Na tę energię składają się energie kinetyczne drobin oraz energie potencjalne oddziaływań między nimi. Podgrzewanie substancji w dowolnym stanie skupienia prowadzi do wzrostu energii jej drobin i tym samym do wzrostu energii wewnętrznej substancji.
Rzuty – ruchy pod wpływem siły przyciągania ziemskiego
Rzut pionowy Warunki początkowe: prędkość początkowa v 0 skierowana pionowo do góry. Rzut pionowy składa się z dwóch ruchów następujących po sobie. Są to: Ruch jednostajnie opóźniony w górę z opóźnieniem g: ciało w czasie wznoszenia osiągnie wysokość Ruch jednostajnie przyspieszony w dół z przyspieszeniem g: ciało w czasie opadania zwiększa prędkość od zera do wartości, jaką nadano mu w chwili wyrzucenia. Rzut poziomy Warunki początkowe: ciało...
Zasada superpozycji
W wyniku nakładania się na siebie fal pochodzących z kilku źródeł powstaje fala wypadkowa. Drgania wypadkowe cząsteczek w danym miejscu ośrodka są wówczas sumą drgań wywołanych przez poszczególne fale. Jeżeli dwie lub więcej fal mają tę samą częstotliwość i stałe przesunięcie w fazie oraz związane z tymi falami drgania zachodzą w tym samym kierunku, to nazywamy je falami spójnymi (koherentnymi) . Jeżeli fale pochodzące z kilku źródeł są spójne, to w ośrodku powstaje trwały w czasie...
Ruch postępowy i obrotowy bryły sztywnej
Gdy mamy do czynienia z ruchami, w których wielkość przemieszczenia jest porównywalna z rozmiarami poruszającego się ciała, to nie traktujemy tego ciała jako punktu materialnego. W takim przypadku posługujemy się pojęciem bryły sztywnej , która jest wyidealizowanym modelem rzeczywistych brył. Bryłą sztywną jest ciało, które nie deformuje się pod wpływem działających na nią sił . Zatem odległości między dowolnymi dwoma punktami bryły sztywnej nie zmieniają się pod wpływem sił zewnętrznych....
Równania opisujące drgania wymuszone
Ciało wykonujące drgania wymuszone Siła wymuszająca Zależność wychylenia ciała od czasu: x(t)=A⋅sin(ωt+ϕ). Zależność wartości siły od czasu: F(t)=F 0 ⋅sinωt . Amplituda drgań wymuszonych: Gdy sinωt = 1, to F(t)=F 0 . F 0 – to maksymalna wartość siły wymuszającej. Zależność przesunięcia fazowego od częstotliwości kołowej: Zakładamy, że dla chwili t = 0 siła przyjmuje wartość równą zeru. Częstotliwości drgań wymuszonych oraz...
Energia wewnętrzna U [J]
Energia wewnętrzna to suma wszystkich rodzajów energii, jakie posiadają wszystkie molekuły gazu łącznie. Z ruchem molekuł związana jest energia kinetyczna , a z ich oddziaływaniami na odległość związana jest energia potencjalna . Z powodu braku oddziaływań między drobinami gazu doskonałego energia wewnętrzna takiego gazu składa się tylko z energii kinetycznych wszystkich drobin gazu. Wzrost temperatury jest oznaką wzrostu średniej energii kinetycznej przypadającej na jedną drobinę i tym...
Prawa Keplera
Prawa Keplera opisują ruch planet wokół Słońca. Masa Słońca stanowi 99,9% masy całego Układu Słonecznego, dlatego siły grawitacyjne działające między Słońcem i planetami wywierają znaczny wpływ na ruch planet i nieznacznie wpływają na Słońce.
Ładunek elektryczny - Q [C]
Istnienie w przyrodzie siły, dzięki której elektrony przyciągane są do jądra atomowego, jest skutkiem cechy, jaką posiadają elektrony i protony , którą nazywamy ładunkiem elektrycznym . Cecha ta przejawia się przyciąganiem się protonów z elektronami oraz odpychaniem się elektronów z elektronami i odpychaniem się protonów z protonami. Umownie przyjęto, aby ładunek elektryczny elektronu traktować jako ujemny, ładunek elektryczny protonu jako dodatni. Atom jest elektrycznie obojętny, jeśli...
Praca W [J]
Praca to wielkość fizyczna. Gaz wykonuje pracę , gdy się rozszerza i przesuwa dzięki temu tłok cylindra, w którym się znajduje. Kiedy mamy do czynienia z sytuacją odwrotną, tzn. z taką, w której siła zewnętrzna przesuwa tłok ściskając gaz, to mówimy, że praca wykonywana jest nad gazem .
Pole grawitacyjne i jego opis
Pole grawitacyjne to właściwość przestrzeni wokół każdego ciała posiadającego masę. W obszarze, w którym znajduje się pole grawitacyjne jakiegoś ciała, na każde inne ciało posiadające masę działają siły określone przez prawo powszechnego ciążenia. Linie, wzdłuż których te siły działają, nazywamy liniami pola grawitacyjnego. Pole, w którym linie pola przebiegają promieniście i przecinają się w środku masy ciała będącego źródłem pola, nazywamy polem centralnym .
Ciepło Q [J]
Ciepło podobnie jak praca jest sposobem przekazywania energii. Jeżeli zetkniemy ze sobą dwa ciała o różnych temperaturach, to drobinom ciała o temperaturze niższej przekazywana będzie energia przez drobiny ciała o temperaturze wyższej. Proces ten będzie trwał aż do momentu osiągnięcia równowagi termodynamicznej przez oba ciała. Mówimy wtedy, że nastąpił przepływ ciepła. Proces ten może zachodzić nie tylko na skutek zetknięcia ciał. Energia cieplna może być też przekazywana poprzez emisję lub...
Ruchy w ziemskim polu grawitacyjnym
Pole grawitacyjne wytwarzane przez masę Ziemi w obszarze obejmującym niewielkie odległości od Ziemi w porównaniu z jej promieniem, jest polem jednorodnym: W polu jednorodnym linie pola są równoległe, a natężenie pola jest w każdym punkcie takie samo. Dla ziemskiego jednorodnego pola grawitacyjnego natężenie pola
Entropia układu ciał
Entropia układu ciał jest sumą entropii wszystkich ciał należących do układu: S = S 1 + S 2 + ... + S n Zmiana entropii całego układu jest równa sumie zmian entropii poszczególnych ciał należących do układu.
Przykłady ruchu harmonicznego
Ciało o masie m zaczepione do jednego końca sprężyny wykonuje drgania harmoniczne pod wpływem siły F = – kx, jeśli zostanie wychylone z położenia równowagi poprzez naciągnięcie lub ściśnięcie sprężyny: Innym przykładem ruchu harmonicznego jest ruch wahadła matematycznego, które składa się z punktu materialnego o masie m zawieszonego na cienkiej i nierozciągliwej nici. Jeżeli wychylimy tę masę z położenia równowagi o bardzo mały kąt i puścimy swobodnie, to będzie ona wykonywała...
Prawo powszechnego ciążenia
Źródłem siły przyciągania grawitacyjnego jest masa. Każde dwa ciała o masach M i m znajdujące się w odległości r przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji F , której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych mas, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi: Obydwie siły działające na każde z dwóch ciał mają taką samą wartość i kierunek, lecz przeciwne zwroty. Ziemia przyciąga Słońce siłą o takiej samej wartości jak siła, z jaką Słońce przyciąga...
Ciepło właściwe molowe
Ciepło właściwe molowe C to ilość ciepła niezbędna do zmiany temperatury jednego mola gazu o 1K (1K = 1°C). gdzie: Δ T – zmiana temperatury, Q – wartość wymienionego ciepła, n – liczba moli. Między ciepłem właściwym c w a ciepłem molowym C istnieje związek: cw ⋅ μ = C , gdzie μ to masa jednego mola gazu.
Topnienie
Aby zamienić ciało stałe w ciecz, należy drobinom tego ciała dostarczyć odpowiednią ilość energii, dzięki której pokonają one duże siły oddziaływań łączące je ze sobą w stanie stałym. Należy podgrzać je do odpowiednio wysokiej temperatury nazywanej temperaturą topnienia , która jest różna dla różnych substancji. Topnienie to zachodzący w temperaturze topnienia proces polegający na zmianie stanu stałego w stan ciekły. Podtrzymanie procesu topnienia wymaga ciągłego dostarczania ciepła,...
Pole elektryczne
Pole elektryczne to otoczenie każdego ładunku elektrycznego ,w którym na inne ładunki działają siły elektryczne. Każdy ładunek jest źródłem pola elektrycznego działającego na inne ładunki, ale sam też podlega działaniu pól wytworzonych przez inne ładunki. Na tym polega wzajemność oddziaływań. Za pośrednictwem pola elektrycznego możliwe jest oddziaływanie między oddalonymi od siebie naelektryzowanymi ciałami, czyli oddziaływanie na odległość. Jeśli pole elektryczne nie zmienia się w...
Pierwsza zasada termodynamiki
Zasada ta stwierdza, że energię wewnętrzną gazu można zmienić na dwa sposoby: 1. w wyniku przepływu ciepła Q , pomiędzy gazem, a jego otoczeniem, 2. na skutek pracy W , wykonanej przez gaz lub pracy wykonanej nad gazem. Zmiana energii wewnętrznej gazu ΔU jest równa sumie ciepła i pracy zgodnie ze wzorem: ΔU=Q+W . Gdy dostarczymy ciepło do gazu, to Q > 0 , a gdy gaz oddaje ciepło, to Q < 0 . Podobnie gdy praca jest wykonana nad gazem, to W > 0 , a jeśli gaz wykonuje pracę...
Definicje wielkości opisujących ruch obrotowy bryły sztywnej
Ramię siły to wektor łączący środek obrotu z wektorem siły. Jego wartość wyrażamy w metrach, [r] = [m] . Moment siły to wektor , którego wartość obliczamy według wzoru: M=r⋅F⋅sinα [N⋅m] . Kierunek wektora momentu siły jest prostopadły do płaszczyzny, w której leży siła i jej ramię. Zwrot wektora momentu siły ma wpływ na kierunek obrotu bryły. Posługujemy się tutaj regułą śruby prawoskrętnej Moment bezwładności punktu materialnego o masie m...
Stan równowagi termodynamicznej i zerowa zasada termodynamiki
Jeżeli dwa układy znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej (cieplnej) z trzecim układem, to znajdują się także w stanie równowagi ze sobą.
Definicje wielkości fizycznych opisujących cieplne właściwości substancji
Temperatura – T T [K] = t [°C] + 273,15 [K] Wzór ten jest tylko metodą przeliczania skali i z formalnego punktu widzenia nie jest on poprawny. Temperatura jest wielkością,która zależy od średniej energii kinetycznej przypadającej na jedną drobinę substancji.Im ta energia jest wyższa, tym wyższą temperaturę wskazuje termometr. W układzie jednostek SI temperaturę mierzymy w kelwinach [K]. Ciepło właściwe substancji– c w Im większe ciepło właściwe, tym więcej...
Zmiany entropii
Zmiany entropii zachodzą np. podczas ogrzewania lub podczas zmiany stanu skupienia. Gdy ciało znajdujące się w temperaturze T przyjmie z otoczenia ciepło ΔQ , to jego entropia wzrośnie o: Gdy ciało się chłodzi, to jego entropia maleje zgodnie z tym samym wzorem. Zmiana entropii wyraża się poprzez energię przekazaną w postaci ciepła, a nie w postaci pracy. Tak więc sama praca nie zmienia entropii.
Energia kinetyczna i potencjalna oddziaływań
Energia kinetyczna i energia potencjalna noszą nazwę energii mechanicznej .
Zasada zachowania momentu pędu
Zasada zachowania momentu pędu wynika z II zasady dynamiki dla bryły sztywnej, którą można przedstawić w postaci: Z powyższego wzoru widać, że gdy wypadkowy moment sił M w = 0, to L k - L 0 = 0 i tym samym: L = const, czyli I ⋅ ω = const. Jest to treść zasady zachowania momentu pędu (krętu) . Wnioskujemy stąd, że jeżeli M w = 0, to zmiana momentu bezwładności (inny rozkład masy względem osi obrotu) pociąga za sobą taką zmianę szybkości kątowej, przy której moment pędu...
II zasada dynamiki dla ruchu obrotowego bryły sztywnej
Jeśli na bryłę sztywną działa niezrównoważony moment sił względem wybranej osi obrotu, to bryła porusza się wokół tej osi ruchem obrotowym przyspieszonym (opóźnionym), w którym przyspieszenie kątowe jest wprost proporcjonalne do wartości wypadkowego momentu siły M w , a odwrotnie proporcjonalne do momentu bezwładności bryły I , wyznaczonego względem tej osi: skąd mamy: M w = ε ⋅ I.
Praca, moc, energia
Standardowa molowa entalpia tworzenia
ΔH 0 tw – entalpia reakcji syntezy 1 mola związku chemicznego z pierwiastków w postaci trwałej w warunkach standardowych. Standardowe entalpie tworzenia pierwiastków w stanie wolnym są równe zero.
Stan równowagi termodynamicznej
Stan równowagi termodynamicznej to stan, w którym nie zachodzi wymiana energii między układem a otoczeniem. Dwa układy, które nie są od siebie cieplnie odizolowane, znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej, jeżeli mają jednakową temperaturę.
Prawo Lavoisiera-Laplace’a
Efekt cieplny danej reakcji i efekt cieplny reakcji przebiegającej w kierunku przeciwnym różni się tylko znakiem.
Przepływ ciepła
Zetknięcie ze sobą dwóch ciał o różnych temperaturach powoduje przekazywanie energii kinetycznej drobinom ciała o temperaturze niższej przez drobiny ciała o temperaturze wyższej. Taki sposób przekazywania energii nazywamy przepływem ciepła . Proces ten trwa tak długo, aż wyrównają się temperatury obu ciał, to znaczy aż średnia energia kinetyczna przypadająca na jedną drobinę każdego ciała będzie taka sama.
Gaz doskonały
Gaz doskonały to uproszczony model gazu rzeczywistego. Założenia modelu gazu doskonałego są następujące: Drobiny gazu poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą. Pomiędzy zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zderzenia drobin są idealnie sprężyste. Drobiny gazu posiadają masę, lecz są pozbawione objętości, czyli traktujemy je jako punkty materialne. W rzeczywistości substancja, która spełniałaby te założenia nie istnieje, jednak w wielu...
Ruch obrotowy
Ruch obrotowy to ruch, w którym wszystkie punkty bryły zataczają współśrodkowe okręgi wokół osi obrotu. Oś obrotu to linia, na której leżą punkty bryły pozostające w spoczynku podczas obrotu. W ruchu obrotowym wszystkie punkty bryły mają taką samą szybkość kątową ω i różne szybkości liniowe v (styczne do toru), ponieważ v=r⋅ω . Jeśli szybkość kątowa rośnie lub maleje, to ruch obrotowy jest odpowiednio przyspieszony lub opóźniony i dla takich ruchów istnieje przyspieszenie lub...
Fala mechaniczna
Fala mechaniczna jest to zaburzenie rozchodzące się w ośrodku sprężystym i przenoszące energię bez przenoszenia masy. Zaburzenie to polega na ruchu drgającym cząsteczek ośrodka spowodowanym przez ciało drgające będące źródłem fali. Jeżeli cząsteczki ośrodka drgają w kierunku rozchodzenia się fali,to falę taką nazywamy falą podłużną . Gdy cząsteczki ośrodka drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali, to taką falę nazywamy falą poprzeczną .
Entropia
Entropia S jest funkcją stanu, która jest tym większa, im stan układu jest bardziej prawdopodobny (bardziej chaotyczny). Z kolei prawdopodobieństwo znalezienia się układu w danym stanie jest tym większe, im więcej jest możliwych sposobów, na które określony stan może być osiągnięty. Ponieważ stan o wysokim stopniu nieuporządkowania można uzyskać na dużo więcej różnych sposobów niż stan uporządkowany, to jest on bardziej prawdopodobny od stanu uporządkowanego. Entropia jest miarą...
Oddziaływania między drobinami substancji w różnych stanach skupienia
Właściwości fizyczne każdej substancji zależą od jej budowy wewnętrznej. Siły oddziaływań między drobinami substancji są największe, gdy jest ona w stanie stałym, mniejsze gdy jest w stanie ciekłym i najmniejsze, gdy jest w stanie gazowym. Z tego powodu drobiny w stanie stałym mają najmniej swobody, mogą drgać tylko wokół ustalonych położeń równowagi i trudno jest zmienić kształt ciał stałych . Na skutek dużych oddziaływań drobiny ciał stałych są tak blisko siebie, że już bliżej być nie...
Wrzenie
Wrzenie wymaga dostarczenia cieczy odpowiednio dużej energii, dzięki której drobiny w całej objętości cieczy mogą pokonać siły łączące je ze sobą i uzyskać swobodę właściwą dla drobin gazu. Należy więc ciecz podgrzać do odpowiednio wysokiej temperatury nazywanej temperaturą wrzenia . Wrzenie to zachodzący w temperaturze wrzenia proces zamiany cieczy w gaz. Cała energia cieplna dostarczana substancji w czasie wrzenia jest zużywana na zmianę budowy wewnętrznej i dlatego jej temperatura w...
Parowanie
Parowanie to zmiana cieczy w gaz zachodząca w temperaturze niższej od temperatury wrzenia. Polega ona na uwalnianiu się drobin cieczy ze swobodnej powierzchni cieczy. Gdy drobiny z tej powierzchni odparują, zaczyna się parowanie drobin z kolejnej warstwy. W ten sposób stopniowo może odparować cała ciecz.Podczas parowania ciecz pobiera ciepło z otoczenia.
Trzecie prawo Keplera
Stosunek kwadratu okresu T obiegu wokół Słońca do sześcianu średniej odległości od Słońca R (promień orbity) jest dla każdej planety taki sam:
Pole elektryczne i magnetyczne
Źródłem pola elektrycznego i magnetycznego są elektrony i protony zawarte w atomach. Od budowy wewnętrznej atomów zależą zarówno właściwości elektryczne jak i magnetyczne wszystkich substancji. Istnienie atomów, jako całości zawdzięczamy sile elektrycznego przyciągania działającej między jądrem atomowym i krążącymi w jego otoczeniu elektronami.
Pierwsze prawo Keplera
Orbita każdej planety jest elipsą, przy czym Słońce znajduje się w jednym z jej ognisk.
Definicje wielkości opisujących pole grawitacyjne
Natężenie pola grawitacyjnego – γ Natężenie pola w danym punkcie wyraża siłę działającą na jednostkową masę umieszczoną w tym punkcie: Natężenie jest wektorem , który ma kierunek i zwrot taki sam jak siła F . Wartość wektora natężenia pola obliczamy dzieląc wartość siły przez masę umieszczoną w tym punkcie pola: Potencjał – V Punkty jednakowo odległe od źródła pola mają jednakowy potencjał. Powierzchnie kuliste utworzone z punktów, na których potencjał...
Definicje wielkości charakteryzujących ruch jednostajny po okręgu
Okres – T [s] Okres to czas, w którym zostanie zakreślony jeden pełny okrąg. Droga przebyta w tym czasie jest równa obwodowi okręgu: s= 2πr . Częstotliwość – f [Hz] Częstotliwość informuje nas o liczbie okrążeń (liczba całkowita lub ułamek) wykonanych w czasie jednej sekundy: Stąd: v=2πr⋅f. Szybkość kątowa – ω [s –1 ] Szybkość kątowa to stosunek kąta zakreślonego przez wektor wodzący do czasu, w którym ten kąt został zakreślony:...
Prawo Ohma dla przewodników
Prawo Ohma mówi, że w stałej temperaturze stosunek napięcia na danym odcinku przewodnika do natężenia prądu, jaki w tym odcinku płynie jest wielkością stałą, charakteryzującą ten przewodniki równą jego oporowi. co można zapisać w postaci: Odwrotność oporu, który ma dla danego opornika wartość stałą, jest tutaj współczynnikiem kierunkowym. Wykres zależności natężenia prądu od napięcia nazywamy charakterystyką prądowo-napięciową . Dla przewodników jest ona liniowa:
Druga prędkość kosmiczna
Druga prędkość kosmiczna jest to najmniejsza prędkość, jaką należy nadać ciału na Ziemi, aby mogło oddalić się od Ziemi na nieskończenie dużą odległość. Wartość tej prędkości wyraża się wzorem: Ciało wyrzucone z Ziemi z taką prędkością znajdzie się poza obszarem ziemskiego pola grawitacyjnego i może obiegać Słońce.
Cykle termodynamiczne
Cykl termodynamiczny jest procesem, w którym gaz poddawany jest zbiorowi przemian gazowych, po których gaz zawsze wraca do tego samego stanu (tych samych wartości ciśnienia, objętości i temperatury, a co za tym idzie do tej samej energii wewnętrznej). W oparciu o cykle termodynamiczne działają silniki cieplne i chłodziarki. Ponieważ w całym cyklu ΔU = 0 , to Q+W=0 , a stąd Q= −W . Tutaj Q oznacza różnicę między ciepłem pobranym i oddanym do chłodnicy, zaś W to efektywna praca, która...
Procesy odwracalne i nieodwracalne
Proces jest odwracalny , jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stanu wyjściowego również otoczenie, z którym oddziaływał gaz, powraca do stanu początkowego. Proces nieodwracalny to proces, który tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie (czyli bez ingerencji z zewnątrz). W kierunku przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego. W przyrodzie wszystkie procesy, które...
Pole magnetyczne
Wydobywana z ziemi ruda żelaza, którą nazywamy magnetytem, jest trwałym magnesem. W jego otoczeniu na substancje posiadające właściwości magnetyczne działają siły magnetyczne. Siły magnetyczne działają również na ładunki elektryczne, które są w ruchu. Takie oddziaływanie na odległość jest możliwe za pośrednictwem pola magnetycznego, wytwarzanego przez każdy magnes. Pole magnetyczne to otoczenie magnesu, w którym na inne magnesy oraz na poruszające się, naładowane cząstki działają siły...