Wykłady z fizyki FIZYKA III

Transkrypt

1 POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I LOGISTYKI Instytut Matematyki i Fizyki Katedra Fizyki Wykłady z fizyki FIZYKA III dr Barbara Klimesz

2 SPRAWY ORGANIZACYJNE Warunki ogólne zaliczenia zajęć (Regulamin Studiów na PO): 1) figurowanie nazwiska studenta na rotokołach zaliczeniowych i egzaminacyjnych oraz osiadanie dokumentu otwierdzającego tożsamość ( 15 RSPO); 2) zaliczenie rzedmiotu nieobjętego egzaminem dokonywane jest na odstawie zaliczenia wszystkich form zajęć rowadzonych w ramach tego rzedmiotu ( 16 kt.3 RSPO); 3) w rzyadku różnych form zajęć (w tym wykładów nie kończących się egzaminem) zaliczenie zajęć dokonywane jest na odstawie weryfikacji efektów kształcenia w formie rac kontrolnych, srawdzianów, rojektów, referatów oraz innych form srawdzania wiedzy, umiejętności i kometencji sołecznych, a także obecności na zajęciach, za wyjątkiem wykładów ( 16 kt.6 RSPO).

3 SPRAWY ORGANIZACYJNE Formalnym otwierdzeniem zaliczenia oszczególnych form zajęć jest wis oceny do rotokołu, z zastosowaniem oniższej skali ocen ( 16 kt.5 RSPO): ocena słowna skrót zais liczbowy bardzo dobry bdb 5, dobry lus db lus 4,5 dobry db 4, dostateczny lus dst lus 3,5 dostateczny dst 3, niedostateczny nd 2,

4 SPRAWY ORGANIZACYJNE Zaliczenie wykładu: 1) zaliczenia niższych form zajęć dydaktycznych oraz wykładów nieobjętych egzaminem dokonują rowadzący te zajęcia, rzed rozoczęciem sesji egzaminacyjnej ( 16 kt.7 RSPO), tj. rzed 2 lutego 217 r. (sem. zimowy r. akademickiego 216/217) 2) kolokwium zaliczeniowe w formie isemnej: 15 stycznia 217 r. (niedziela) 3) wis zaliczeń do rotokołów i indeksów (jeśli ktoś ma): 29 stycznia 217 r. (niedziela) Materiały dydaktyczne dotyczące wykładów: htt://

5 EFEKTY KSZTAŁCENIA (WIEDZA) student ma wiedzę w zakresie fizyki ciała stałego, obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów (w, ć, l ) ; student ma uorządkowaną i odbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie elektromagnetyzmu, w tym wiedzę w zakresie ól i fal elektromagnetycznych niezbędną do zrozumienia odstawowych zjawisk fizycznych wystęujących w elementach i układach elektronicznych oraz w ich otoczeniu (w, ć, l ) ; student ma elementarną wiedzę w zakresie metrologii, zna i rozumie metody omiaru wielkości charakteryzujących elementy i układy elektroniczne, zna metody obliczeniowe i narzędzia informatyczne niezbędne do analizy wyników ekserymentu oraz szacowania ich nieewności omiarowych ( l ) ;

6 EFEKTY KSZTAŁCENIA (UMIEJĘTNOŚCI) student ma umiejętność samokształcenia się w celu odnoszenia swoich kometencji zawodowych (w, ć, l ) ; student otrafi ozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych właściwie dobranych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać oinie (w, ć, l ) ; student ma umiejętności z zakresu interretacji, rezentacji i dokumentacji wyników ekserymentu ( l ).

7 EFEKTY KSZTAŁCENIA (KOMPETENCJE SPOŁECZNE) student rozumie otrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się - odnoszenia kometencji zawodowych, osobistych i sołecznych (w, ć, l ) ; student otrafi wsółdziałać i racować w gruie, rzyjmując w niej różne role (ć, l ) ; student ma świadomość ważności zachowania się w sosób rofesjonalny, rzestrzegania zasad etyki zawodowej i oszanowania różnorodności oglądów ( l ) ; student otrafi odowiednio określić riorytety służące realizacji określonego rzez siebie lub innych zadania oraz rawidłowo identyfikować i rozstrzygać dylematy związane z wykonywaniem zawodu ( l ).

8 ZALECANA LITERATURA R. Resnick, D. Halliday: FIZYKA (tom 1 i 2), PWN Warszawa; Cz. Bobrowski: FIZYKA - KRÓTKI KURS, WNT Warszawa; A. Sukiennicki, A. Zagórski: FIZYKA CIAŁA STAŁEGO, WNT Warszawa; B.N. Buszmanow, J.A. Chromow: FIZYKA CIAŁA STAŁEGO, WNT Warszawa; C.A. Wert, R.M. Thomson.: FIZYKA CIAŁA STAŁEGO, PWN Warszawa; L. Kalinowski: FIZYKA METALI, PWN Warszawa.

9 TEMATYKA WYKŁADÓW Mechanika cieczy i gazów. Płyny rzeczywiste. Przeływ rzeczywistych cieczy i gazów. Stany skuienia, tyy i zasięg uorządkowań. Ciała krystaliczne i amorficzne. Własności cielne i mechaniczne ciał stałych. Podstawy teorii asmowej ciał stałych. Metale, ółrzewodniki i izolatory. Przewodnictwo samoistne. Własności elektryczne metali. Własności magnetyczne ciał stałych.

10 MECHANIKA PŁYNÓW Podział materii z makroskoowego unktu widzenia: ciała stałe (srężystość kształtu) - mechanika ciał sztywnych zmodyfikowana rzez rawa srężystości; łyny (srężystość objętości i brak srężystości kształtu) - mechanika łynów (hydrostatyka i hydrodynamika). Hydrostatyka (aerostatyka) obejmuje zagadnienia cieczy i gazu w soczynku. Hydrodynamika (aerodynamika) zajmuje się oisem rzeływu (ruchu) łynów.

11 HYDROSTATYKA Statyka cieczy i gazów Ciśnienie Gęstość Ciśnienie hydrostatyczne Paradoks hydrostatyczny Ciśnienie aerostatyczne Prawo Pascala Prawo Archimedesa Pomiar ciśnienia

12 STATYKA CIECZY I GAZÓW Płyn to substancja, która może łynąć: ciecz - ma skończone wymiary i jest nieściśliwa, gaz - zajmuje całą objętość i jest ściśliwy. Ciecz doskonała (idealna) - nieleka (η = ), nieściśliwa (κ = ) i bez oddziaływań zewnętrznych rzyjmuje kształt kuli. ciecz κ s < κ c << κ g moduł ściśliwości

13 CIŚNIENIE Kierunek działania siły owierzchniowej: ciało stałe - nie ma żadnego ograniczenia, łyn - siła arcia jest zawsze rostoadła do owierzchni łynu (soczywający łyn nie może równoważyć sił stycznych). Ciśnienie () definiujemy jako stosunek rostoadłej siły arcia działającej na jednostkę owierzchni do wielkości tej owierzchni: F S [] = [1N/m 2 ] = [1Pa] Ciśnienie jest wielkością skalarną. F S Wektory F i S mają ten sam kierunek i zwrot. _ S = S

14 GĘSTOŚĆ Gęstość (ρ) określa stosunek masy do objętości: [ρ] = [1kg/m 3 ] Gęstość łynów zależy od wielu czynników, takich jak temeratura czy ciśnienie ρ(t, ): dla cieczy - zmienia się nieznacznie (można uważać za stałą ), dla gazów - bardzo czuła na zmiany temeratury i ciśnienia. m V woda ρ [kg/m 3 ] owietrze ρ [kg/m 3 ] o C, 113 hpa 1, 1 3 o C, 113 hpa 1,3 1 o C, 113 hpa, o C, 113 hpa,95 o C, 565 hpa 1,2 1 3 o C, 565 hpa 6,5

15 CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE Ciśnienie: ciśnienie statyczne - ciśnienie wywierane na ciecz z zewnątrz, ciśnienie hydrostatyczne - ciśnienie wywołane ciężarem cieczy. Ciśnienie wewnątrz nieruchomego łynu znajdującego się w olu grawitacyjnym (mały element objętości łynu w równowadze): S h h dh dq dq F z d gdv gsdh d dh g S S, g const, ( h) gh Ciśnienie jest jednakowe we wszystkich unktach na tej samej głębokości, ale wraz z jej wzrostem rośnie. S dq S ds

16 PARADOKS HYDROSTATYCZNY Ciśnienie wywierane na dno naczynia zależy tylko od wysokości słua cieczy w naczyniu i nie zależy od kształtu naczynia. h γ wody = 98 N/m = = S 1 S 2 S 3 F 1 F 2 F 3 Siła arcia cieczy na dno naczynia zależy od ola owierzchni dna, wysokości słua cieczy i ciężaru właściwego cieczy (γ = ρg). Ciężar właściwy łynu - ciężar łynu rzyadający na jednostkę jego objętości.

17 ciśnienie [atm] Wartość ciśnienia aerostatycznego w słuie gazu maleje wykładniczo ze zmianą wysokości (szczególnie w atmosferze ziemskiej, gdy h <<h ze względu na ΔT znacznie zmienia się i ρ). ~, CIŚNIENIE AEROSTATYCZNE ln d d dh g h h e, g T g g h dh h const woda głębokość 1 1 owietrze = o e - g( / )h wysokość [km] -,1,,1,2,3 - ciśnienie odniesienia, ρ - gęstość gazu na oziomie odniesienia. 3

18 PRAWO PASCALA h Q S Jeśli zwiększymy ciśnienie zewnętrzne o wartość: Q S to w każdym unkcie cieczy na głębokości h wzrośnie ono o o i będzie równe: ( h) gh ciśnienie na głębokości h dane jest wyrażeniem: ( h) gh n. hamulce, odnośniki, rasa hydrauliczna, it... PRAWO PASCALA Ciśnienie zewnętrzne wywierane na zamknięty łyn (gaz lub ciecz) jest rzenoszone (bez zmiany) we wszystkich kierunkach jednakowo (na każdą część łynu oraz ścianki naczynia).

19 PRAWO ARCHIMEDESA F w Q PRAWO ARCHIMEDESA h m cz F w Na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyoru, skierowana do góry i równa ciężarowi wyartej rzez to ciało cieczy. Q Warunek ływania ciał: F w Q F w m wcz g cz gv c cz gv c cieczy c ciała gv c Orientacja ciała zanurzonego w cieczy nie zawsze jest obojętna.

20 POMIAR CIŚNIENIA h B atm A B atm gh gh h A B A B atm gh Barometr Torricellego (1643) - barometr rtęciowy, służy do omiaru ciśnienia atmosferycznego. h Hg =.76 m, t = o C, g 9.81 m/s 2, ρ Hg = kg/m 3, = 1 atm 113 hpa