Transcript Fizyka_MSOS_1

Fizyka
Prowadzący:
Dr hab. Piotr Suffczyński
Zakład Fizyki Biomedycznej
Instytut Fizyki
Doświadczalnej
Wydział Fizyki, UW
Mgr. Konrad Kwaśkiewicz
Zakład Fizyki Biomedycznej
Instytut Fizyki
Doświadczalnej
Wydział 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.1-5
2. 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 baterie
Naukowcy 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?
-Ogniwo elektrochemiczne składa się dwóch elektrod zanurzonych w elektrolitach
(półogniwa).
-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.
-Rozdzielenie tych reakcji pozwala na przepływ prądu elektrycznego w obwodzie
pomiędzy elektrodami.
-Przepływ jonów SO42- w elektrolicie zapewnia ‘obieg zamknięty’.
http://www.howstuffworks.com/battery.htm
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
Układ SI:
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
Jednostki pochodne układu SI
Za pomocą jednostek podstawowych definiujemy jednostki
pochodne SI. Np.:
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
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