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