Podstawy fizyki - Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiejwrobel/SIMR/Fizyka2/F2-wykl_1.pdf · Tematy wykładów: elektrostatyka, prąd, magnetyzm, zjawiska falowe, fale elektromagnetyczne,

1

Fizyka 2 Podstawy fizyki

dr hab. inż. Wojciech Wróbel Wydział Fizyki

e-mail: [email protected]

konsultacje:

Gmach Mechatroniki, pok. 324;

środa 13-14 i po umówieniu mailowym

http://www.if.pw.edu.pl/~wrobel/simr_f2_2017.html

2

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Zasady zaliczenia

Przedmiot zaliczamy na podstawie 2 kolokwiów po 15pkt

każde – kolokwia odbędą się około 8 tygodnia zajęć

oraz na ostatnich zajęciach.

Każde z kolokwiów składać się będzie z kilku zagadnień

teoretyczno- zadaniowych

Do zaliczenia przedmiotu trzeba uzyskać 15,5 pkt przy

czym z każdego kolokwium trzeba uzyskać minimum

5pkt.

UWAGA! Na kolokwium nie można korzystać z żadnych

pomocy (jak to było w poprzednich latach), ale podczas

kolokwium będzie wyznaczony czas ok. 2–5min, kiedy

będzie można korzystać z dowolnych „ściąg” i

„przypomnieć” sobie wzory.

3

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Zasady zaliczenia

Przedmiot zaliczamy na podstawie 2 kolokwiów po

15pkt każde – kolokwia odbędą się około 8 tygodnia

zajęć oraz na ostatnich zajęciach.

Każde z kolokwiów składać się będzie z kilku zagadnień

teoretyczno- zadaniowych

Do zaliczenia przedmiotu trzeba uzyskać 15,5 pkt przy

czym z każdego kolokwium trzeba uzyskać minimum

5pkt.

UWAGA! Poprawa kolokwiów będzie możliwa dopiero w

sesji wrześniowej!

4

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Zasady zaliczenia

Poprawa W SESJI WRZEŚNIOWEJ

W sesji wrześniowej, w terminie egzaminów z Fizyki1, będzie można

poprawiać Fizykę 2, tzn. będzie można poprawiać 1 i/lub 2

kolokwium z wykładów.

UWAGA! Punkty uzyskane podczas sesji ZASTĘPUJĄ punkty zdobyte w ciągu semestru!

Punktacja: Ocena

0 - 15.4 2.0

15.5 - 18.4 3.0

18.5 - 21.4 3.5

21.5 - 24.4 4.0

24.5 - 26.4 4.5

26.5 - 30.0 5.0

5

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Bibliografia

• David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Podstawy fizyki tom

1,2,3,4,5 , Wydaw. Naukowe PWN,2005.

• Władysław Bogusz, Jerzy Garbarczyk, Franciszek Krok, Podstawy

Fizyki , Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa

1997 (lub wydanie nowsze)

• B.M Jaworski, A.A. Dietłaf, Fizyka - poradnik encyklopedyczny,

Wydaw. Naukowe PWN,1997 (lub nowsze).

• Jay Orear fizyka tom 1,2 , Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,

Warszawa 1990,2004

• Fizyka. Repetytorium. Wzory i Prawa z Objaśnieniami Kazimierz

Sierański, Piotr Sitarek, Krzysztof Jezierski • Fizyka. Repetytorium. Zadania z Rozwiązaniami Krzysztof Jezierski,

Kazimierz Sierański, Izabela Szlufarska

• Fizyka. Zadania z Rozwiązaniami. Część I i Część II Krzysztof

Jezierski, Bogumił Kołodka, Kazimierz Sierański

• Skrypt dostępny na stronie

6

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Program

Materiały zamieszczane na stronie to jest tylko

materiał pomocniczy i to głównie dla mnie w

prowadzeniu wykładu!

Na kolokwium obowiązywać będzie całokształt

omawianych zagadnień:

+ to co było na slajdach

+ to co mówiłem + to co na tablicy

Tematy wykładów: elektrostatyka, prąd,

magnetyzm, zjawiska falowe, fale

elektromagnetyczne, teoria względności

7

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Elektrodynamika

• Elektrostatyka – pola elektryczne układów

ładunków stacjonarnych

• Magnetostatyka – pola magnetyczne

wytwarzane przez magnesy trwałe i

stacjonarne prądy elektryczne

• Właściwości elektryczne i magnetyczne

materii

• Prądy elektryczne

• Indukcja elektromagnetyczna –

sprzężenia między zmiennymi polami

elektrycznymi i magnetycznymi

• Fale elektromagnetyczne

• Optyka

• …

Na początek - stacjonarne ładunki i pola

elektryczne, brak prądów

ELEKTROSTATYKA

8

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Ładunek elektryczny

9

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Para szczotek zbiera ładunki dodatnie i

ujemne powstałe w wyniku pocierania

odpowiednich materiałów i odprowadza

te ładunki do odpowiednich kulek

10

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Generator van de Graaffa (1929)

11

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

1e = 1.602·10-19 C

Ładunek elementarny (ładunek

elektronu) został wyznaczony w

eksperymencie Milikana

Ładunek elektryczny

1 C – ilość ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w ciągu 1s, jeżeli przez przewodnik płynie prąd o natężeniu 1A

𝑑𝑞 = 𝐼 𝑑𝑡

Żarówka 100W - > 1019 e/s

12

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Komentarz – są obiekty o ułamkowym ładunku!

Kwarki mają ładunek ułamkowy: +2/3 e lub -1/3e,

ale muszą występować grupowo, tworząc cząstki elementarne o

ładunku całkowitym, np.: protony, neutrony.

13

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Ładowanie poprzez indukcję

Ładunek elektryczny

14

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Ładunek elektryczny

15

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

2

0

21

4 r

QQF

Siła oddziaływania pomiędzy dwoma ładunkami punktowymi Q

1 oraz Q

2 umieszczonymi w próżni w odległości r od siebie,

zgodnie z prawem Coulomba, jest proporcjonalna do wartości tych ładunków oraz odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:

2212 NmC 108.854 0ε

2

29

Nm

C 10

36

10ε

Prawo Coulomba

16

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Sumowanie wektorowe

Całkowanie wektorowe

Zasada superpozycji

17

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Sumowanie wektorowe

Całkowanie wektorowe

Zasada superpozycji

18

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

2

0

21

4 r

QQF

Siła oddziaływania pomiędzy dwoma ładunkami punktowymi Q1 oraz

Q2 umieszczonymi w próżni w odległości r od siebie, zgodnie z prawem

Coulomba, jest proporcjonalna do wartości tych ładunków oraz odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:

2212 NmC 108.854 0ε

2

29

Nm

C 10

36

10ε

2

0

31a4π

QQFF

2

0

2

13a4π

Q2F

Ponieważ siła oddziaływania elektrostatycznego jest wektorem, więc jeśli obliczamy siły działające w układzie kilku ładunków, musimy zastosować dodawanie wektorowe.

20

2

2

2a4π

QF

2

0

2

Wa8π

Q122F

S

Zasada superpozycji

19

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

q

FE

2

04 r

QE

q – ładunek próbny (nie zakłóca pola).

Natężenie pola elektrycznego jest miarą siły działającej na jednostkowy próbny ładunek elektryczny

Natężenie pola elektrycznego

20

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

• Pole - matematycznie : to

przestrzenny rozkład liczb (pole

skalarne), lub przestrzenny rozkład

wektora, (pole wektorowe)

• Pole - fizycznie: to przestrzenny

rozkład wielkości fizycznej

• Temperatura (pole skalarne)

• Kierunek wiatru (pole wektorowe)

• Pole może mieć swoją geometrię

• Pole może być płaskie lub

przestrzenne.

• Stałe wartości pola są wyznaczone

przez izopowierzchnie lub izolinie.

• Liniami pola wektorowego

nazywamy linie wyznaczające

kierunek pola.

• Wektor pola jest w każdym punkcie

styczny do linii pola.

Pole elektryczne

21

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

q

FE

2

04 r

QE

Wektor natężenia pola

22

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

q

FE

Wektor natężenia pola

23

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech Pole elektryczne

24

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

4

422

0Dz

QE

3

0

3

0 44 z

p

z

QDEW

Dqp

3

02 z

pE

OŚ

4

244

2

2222

0Dz

D

Dz

QEW

XW E2E

Dipol elektryczny

25

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

αr4π

QdE

2

0

x cos

Obliczanie natężenia pola

𝐸 = 𝑑𝐸 𝑑𝐸𝑥=dE cos

r = 𝑥2 + 𝑦2

cos = 𝑥

𝑟 =

𝑥

𝑥2+𝑦2

26

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Obliczanie natężenia pola

𝐸 = 𝑑𝐸

𝑑𝐸𝑥=dE cos

r = 𝑥2 + 𝑦2

cos = 𝑥

𝑟 =

𝑥

𝑥2+𝑦2

αr4π

QdE

r4π

QddE

2

0

x

2

0

cos

dldQ

dx

ax

x

4πE

0

x

23

22

27

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Obliczanie natężenia pola

αr4π

QdE

r4π

QddE

2

0

x

2

0

cos

𝑑𝐸𝑥=dE cos

r = 𝑥2 + 𝑎2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡.

cos = 𝑥

𝑟 =

𝑥

𝑥2+𝑎2=const.

dldQ

23

22

2

02

322

ax

x

4π

QE

dlax

x

4πE

0

x

a

0

x

28

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Jeśli ładunek otoczymy zamkniętą powierzchnią, to całkowity strumień linii sił

przechodzący przez powierzchnię nie zależy od kształtu powierzchni.

Jeśli linie sił pola elektrycznego przecinają daną powierzchnię, to strumień

wektora natężenia pola elektrycznego jest zdefiniowany jako iloczyn

skalarny wektora natężenia pola elektrycznego i wektora normalnego

zewnętrznego do danej powierzchni, o wartości równej polu tej powierzchni:

αSESEΦE cos

SEΦE

d

Strumień wektora natężenia pola

elektrycznego

29

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

i

iQEdS0

constdSEdSE cos

Strumień wektora natężenia pola

elektrycznego

30

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Strumień całkowity wektora natężenia

pola przez dowolną powierzchnię zamkniętą pomnożony przez stałą ε0 jest

równy sumie ładunków elektrycznych

obejmowanych przez tą powierzchnię.

constdSEdSE cos

Jeśli ładunek otoczymy zamkniętą

powierzchnią, to całkowity strumień linii

sił przechodzący przez powierzchnię

nie zależy od kształtu powierzchni

0ε

QSdE

Prawo Gaussa dla elektryczności

31

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Prawo Gaussa - zastosowania

32

Fizyka 2 Wróbel

Wojciech

Prawo Gaussa - zastosowania