Subiecte fizica

download Subiecte fizica

of 27

description

fizica

Transcript of Subiecte fizica

ENERGIA INTERNA A UNUI SISTEM TERMODINAMIC

Energia intern a unui sistem este energia total a sistemului msurat ntr-un sistem de referin n care centrul lui de mas este n repaus.

Energia intern cuprinde energia tuturor formelor de micare i de interaciune dintre particulele care constituie sistemul, adic: energia micrilor de translaie i de rotaie a moleculelor, energia de oscilaie a atomilor n molecule, energia de interacie dintre molecule, energia de micare a electronilor n atomi, energia intern a nucleelor etc. Energia intern a sistemului este o funcie de stare.LUCRUL MECANIC IN PROCESELE TERMODINAMICII

Lucrul mecanic reprezinta energia schimbata intre sistemul termodinamic studiat si mediul exterior lui in cursul interactiunilor mecanice. Un system inchis aflat intr-un cilindru cu piston mobil, ciocnirile dintre moleculele gazului precum si dintre moleculele gazului si peretii cilindrului produc un schimb de impuls care se materializeaza prin actiunea unor forte asupra peretilor. Forta medie care actioneaza asupra cilindrului este F. Datorita actiunii fortei F, pistonul se poate deplasa pe o distanta dx intr-un interval de timp infinit mica dt.

In consecinta volumul gazului creste si el cu o cantitate infinit mica.

dv=SdxS - suprafata cilindrului

Lucrul mecanic infinit de mic efectuat de gaz asupra mediului este

dL=Fdx=pSdx=pdVp - presiunea exercitata de gaz asupra pistonului

Variatia de volum dv este negativa atunci cand lucrul mecanic este efectuat de mediu asupra sistemului termodinamic reprezentat de gaz.

Variatia volumului este pozitiva atunci cand lucrul mecanic este efectuat de sistemul termodinamic (gazul) asupra mediului. Prin urmare semnul lucrului mecanic este dat de semnul variatiei de volum dv.

Lucrul mecanic este pozitiv atunci cand el este efectuat de sistem asupra mediului inconjurator.

Lucrul mecanic este negative atunci cand este efectuat de mediu asupra sistemului.CALDURA

nfizic, cantitatea decldur, simbolizat prinQ, esteenergiatransferatntre unsistem termodinamici mediul nconjurtor, ntre dou sisteme termodinamice sau ntre diferite pri ale aceluiai sistem termodinamic, n cursul uneitransformri termodinamicen careparametrii externirmn constani.Transferul de cldur are loc sub influena uneidiferene detemperatur.

Cldura este adesea utilizat n sensul deenergie termic. Cnd un sistem termodinamic primete cldur, temperatura i energia sa termic crete, iar cnd cedeaz cldur, temperatura i energia sa termic scade. n sensul strict al cuvntului, n timp ce energia termic este o funcie de potenial, cldura este o form de schimb de energie. ntermodinamic, pentru studiul cldurii, n locul noiunii deenergie termic, greu de definit, se prefer noiuni caenergie intern,lucru mecanic,entalpie,entropie, noiuni care pot fi definite exact fr a recurge la noiunea de micare molecular.PRINCIPIUL 1 AL TERMODINAMICII

Principiul nti al termodinamicii exprim legea conservrii energiei pentru procesele n care intervine i micarea termic. Acest principiu arat c pentru un sistem nchis, variaia energiei interne la trecerea de la o stare de echilibru la alta este egal cu suma dintre lucrul mecanic i cantitatea de cldur schimbate de sistem cu exteriorul. Dac sistemul sufer o transformare finit de la starea iniial 1 la starea final 2 , expresia matematic a primului principiu este:dU = dQ+dLTinand seama de faptul ca lucrul mecanic absorbit de sistem este considerat negativ atunci relatia:dU = dQ-dLpentru variatii finite aceasta relatie devine:

U=Q-L

O alta formulare a principiului 1 al termodinamicii este:

Nu se poate realiza un perpetuum mobile de speta intai(adica o masina termica care sa produca lucrul mecanic fara a consuma o cantitate echivalenta de caldura)dU=mcvdT

Prin intelegerea acestei relatii obtinem:

U2-U1=mcv(T2-T1)

Legatura dintre caldura specifica la presiune constanta si caldura specifica la volumul constant

CP-CV=R

Se defineste exponent adiabatic:CP ; CP = R

CV

CV = R

CICLURI TERMODINAMICE. MASINI TERMICE

Transformarea continu a cldurii n lucru mecanic este posibil numai n cadrulciclurilor termodinamice. O main poate realiza un ciclu termodinamic dac funcioneazntre dou surse de cldur de temperaturi diferite (enunul Carnot).Se poate concluziona c sensul deparcurgere al ciclului influeneaz semnul lucrului mecanic Lc. Dup sensul n care suntparcurse ciclurile acestea se mpart n:-cicluri directe- cicluri la care sensul de parcurgere este invers trigonometric i la care seobine

lucru pozitiv, acestea fiind caracteristic mainilor motoare (motoare cu ardere intern,instalaii de turbine, etc.)-cicluri inversate- cicluri parcurse n sens invers trigonometric i la care se obine un lucru negativ, cicluri caracteristice mainilor consumatoare de lucru i care genereaz alteforme de energie, generatoare electrice, pompe de cldur, instalaii frigorifice etc.

Maina termic este un sistem care convertete, ntr-un anumit grad, cldura n lucru, cazul mainilormotoare, sau transfer cldurprovenit de la o surs de o anumittemperatur la o surs de alt temperatur mai ridicat prin utlizarea unui lucru, cazulmainilorgeneratoare,precummaina frigorifici apomai de cldur.Ciclul termodinamic reprezint o succesiune de transformari de stare, astfel ncatstarea final a ultimei transformri este identic cu starea iniial a primei transformari.Cicluri directe sau motoare in care sensul de parcurgere este cel al acelor de ceasornic. Aceste cicluri absorb caldura si produc lucru mecanic pe care il cedeaza la exterior.

1. Cicluri inverse sau generatoare in care sensul de parcurgere este cel trigonometric adica invers acelor de ceasornic. Aceste cicluri consuma lucru mecanic pe care il preiau din exterior si produc caldura pe care o cedeaza in exterior. Pentru un sistem care sufera o transformare ciclica conform principiului intai al termodinamicii se disting urmatoarele 3 situatii :

L=0;Q=0

L>0;Q>0

LSI=rad

T s

7. faza t

8. vector de unda K este o marime fizica vectoriala care indica directia, sensul si marimea undei. Valoarea (modulul) acestui vector este

k= 2

ECUATIA UNDELOR

Reprezinta expresia matematica a legaturii dintre elongatia unei unde in fiecare punct de spatiu si timp. La un moment T unda s-a deplasat in sensul pozitiv al axei pe o distant x=v*t.

Perturbatia produsa de unda este descrisa de o functie al carei argument este x+v*t care reprezinta ecuatia generala a unei unde.

Daca x=0 este plasata pe o sursa care produce oscilatii pe directia 0x atunci ecuatia undei va fi : Asin t

Unde: -pulsatia sau frecventa unghiulara a sursei

A-amplitudinea undei

MARIMI SUFERITE DE UNDE

1. Absorbtia reprezinta fenomenul de scadere a intensitatii undei atunci cand ea se propaga intr-un mediu elastic. Aceasta scadere a intensitatii respecta o lege exponentiala.

2. Interferenta este fenomenul de suprapunere si compunere a doua sau mai multe unde coerente (acele unde care prezinta o diferenta de faza constanta. In urma acestui fenomen de interferenta i-au nastere: Noduri sunt punctele din spatiu in care nu se produc oscilatii

r=r2-r1=(2n+1) ; n=0,1,2,

2 Ventre sau puncte din spatiu in care se produc oscilatii cu amplitudine maxima. Conditia matematica pentru a se produce ventre este ca diferenta de drum dintre cele doua unde este un numar par de semilungimi de de unde.

r=r2-r1=2n ; n=0,1,2,

2

Un caz particular de interferenta a doua unde care au aceeasi frecventa si aceeasi amplitudine si care se propaga in sensuri contrare formeaza ventre (maximul de interferenta) si noduri (minime de interferenta) care au pozitie fixa.3. Reflexia reprezinta fenomenul de intoarcere a unei unde in mediul in care provine atunci cand intalneste suprafata de separate dintre 2 mediiReflexia respecta urmatoarele legi:

Raza incidenta Raza reflactanta

sunt coplanare Normala la suprafata de separatie

Unghiul de relexie este egal cu unghiul de incidente =

In cazul relexiei pe o suprafata rigida unda produce un salt de faza

= 4. Refractia reprezinta fenomenul de schimbare a directiei de propagare a unei unde atunci cand traverseaza suprafata de separatie dintre doua medii diferite

Raza incidenta, raza refractanta si normala la suprafata de separatie sunt coplanare adica in acelasi plan

Unghiul de refractie si cel de incidenta respecta urmatoarea relatie:

sin = nconstanta specifica mediului de relatie

sin f

(indice de refractie)UNDE SONORE

Sunt unde longitudinale, ele reprezinta unde elastice capabile sa produca senzatii auditive. Senzatiile auditive produc undele de domeniul = 20-20000 Hz

Studiul producerii propagarii si receptionarii sunetelor apartine domeniului fizicii numit acustica.

Undele sonore sunt:

Unde armonice care creaza o senzatie placuta

Zgomote care sunt unde sonore de forma neregulata si aperiodica

Calitatile sunetlor:

a. Inaltimea sunetului

b. Intensitatea sunetului

Fizicfiziologic

c. Timbrul sunetului

ULTRASUNETELE

Undele ultrasonore sunt unde a caror frecventa iese din limitele de audibilitate ale urechii omenesti si a caror frecventa este de peste 20000 Hz = 20KHz

Ultrasunetele se propaga sub forma unor fascicule bine dimensionate spre deosebire de sunetele obisnuite care se imprastie in toate directiile. Energia transportata de ultrasunete este mai mare decat energia sunetelor de aceeasi amplitudine. Ultrasunetele sunt puternic absorbite, astfel ultrasunetele cu o frecventa de aproximativ 3000KHz sunt practic absorbite complet dupa parcurgerea unei distante de aproximativ jumatate de energie.

Pentru producerea ultrasunetelor se pot folosi mai multe tipuri de generatoare:

Generatoare mecanice

Generatoare termice

Generatoare piezometrice

Generatoare magnetostrictive

TERMODINAMICA

Se ocupa cu studiul proprietatilor termice ale sistemelor aflate in stare de echilibru la scara macroscopica. Ea foloseste relatii cantitative intre marimi fizice direct observabile cum sunt: presiunea, volumu si temperatura.

Sistemul termodinamic reprezinta un sistem fizic alcatuit dintr-un numar foarte mare dar finit de particule aflate in interactiune mecanica sau termica. Exista mai multe sisteme termodinamice in functie de schimbul de energie care are loc intre sistemul termodinamic si mediul exterior:1. Sistem termodinamic izolat un astfel de sistem nu schimba mediul exterior nici caldura si nici lucrul mecanic;

2. Sistem termodinamic rigid este acel sistem termodinamic care schimba doar caldura nu si lucrul mecanic cu mediul exterior;

3. Sistem termodinamic adiabatic este acel sistem termodinamic care nu schimba caldura dar schimba lucrul mecanic cu mediul exterior;

4. Sistem termodinamic deschis este acel sistem termodinamic care schimba cu mediul exterior atat caldura cat si lucrul mecanic.

Parametrii cu ajutoru carora se precizeaza starea unui sistem termodinamiic poarta numele de parametrii de starea sau marimi de stare.

PRINCIPIUL 0 AL TERMODINAMICII

Un sistem izolat se afla in stare de echilibru termic pe care o mentine atata timp cat parametrii de stare raman constanti.

Principiul 0 al termodinamicii permite introducerea notiunii de temperatura astfel toate sistemele termodinamice aflate in echilibru termic au aceeasi temperatura. Prin conventie temperatura sistemului termodinamic care cedeaza caldura este mai mare decat temperatura care primeste caldura. Masurarea temperaturii se face cu ajutorul instrumentului numit termometru.

In prezent sunt folosite mai multe scari de temperatura:

Scara celsius

Scara Fahrenheit

Scara kelvin.

ECUATIA DE STARE A GAZELOR

Proprietatile termice ake sistemelor fizice pot fi studiate si pe baza structurii lor macroscopice, privindu-le ca pe niste sisteme de atomi si de molecule aflate intr-o continua miscare aleatorie.

Acest studiu are la baza teoria cinetico-moleculara. Pentru studiul evolutiei sistemelor fizice constituie dintr-un numar foarte mare de constiuienti macroscopici, nu se pot utiliza principiile mecanicii punctului material, ci se aplica metoda statistica.

Metoda statistica are ca efect dezvoltarea unei teorii a probabilitatilor. Atat termodinamica cat si teoria cinetico-moleculara studiaza sistemele termidinamice aflate in stare de echilibru. DIPOLUL ELECTRIC

Dipolul electric este o pereche de sarcini electrice egale i opuse, ale cror centre nu coincid. Un atom n care centrul stratului negativ de electroni a fost ndeprtat puin de nucleu de ctre un cmp electric extern reprezint un dipol electric indus. Atunci cnd cmpul extern este ndeprtat, atomul i pierde dipolaritatea. O molecul de ap n care doi atomi de hidrogen se prind pe o latur a unui atom de oxigen reprezint un dipol electric permanent. Latura oxigenului este ntotdeauna uor ionizat negativ, iar cea a hidrogenului uor ionizat pozitiv. ntr-un sistem-dipol simplu, format din dou sarcini-punct, una de valoare +qi cealalt -q, momentul dipol este:

p =qd, unde:

destevectoruldeplasare (distan) ntre +qi -q, orientat de la -qctre +qCONDUCTORI ELECTRICI IN ECHILIBRU ELECTROSTATIC

Un material conductor prezinta mobilitatea sarcinilor electrice in interiorul sau. Sarcina electrica este repartizata in intregime pe suprafata conductorilor si nu in interiorul lor. Acest lucru se datoreaza faptului ca sarcinile electrice de acelasi semn se resping, astfel ca ele se departeaza una fata de cealalta la o distant maxima posibila, astfel ca in final ese se plaseaza la suprafata conductorului intr-o stare de echilibru electrostatic.

O consecinta a acestui fapt este ca pentru un conductor aflat in echilibru electrostatic, campul electric din interiorul conductorului este nul, iar potentialul electric este constant. O alta consecinta este faptul ca la suprafata conductorilor, campul electric este orientat totdeauna normal la suprafata. Suprafata conductorilor fiind o suprafata echipotentiala.

E perpendicular S suprafata echipotentiala

In ipoteza ca intensitatea campului electric nu ar fi normala la suprafata conductorului, consecinta ar fi ca exista o componenta tangentiala a campului electric. Acest fapt ar conduce la punerea in miscare a sarcinilor electrice aflate pe suprafata conductorului. Prin urmare conductorul nu ar mai fi in echilibru electrostatic.

Intensitatea campului electric la suprafata conductorului este data de relatia :

E = -sigma

0-epsilon 0

unde: densitatea superficiala de sarcina

0 permitivitatea electrica a vidului

0=8,854*10-12 C2/N*m2DIELECTRICI IN CAMP ELECTRIC

Dielectricii (izolatorii) sunt medii n care nu apare curent electric n prezena unui cmp electric extern. Cu toate acestea dielectricii i modific starea electric sub aciunea cmpurilor electrice. Astfel, proprietatea electricfundamental a dielectricilor o constituie apariia efectului de polarizare sub aciunea cmpului electric.

ntr-un dielectric, la nivelul atomilor i moleculelor, exist dou tipuri de dipoli electrici microscopici:

1. dipoli electrici permaneni exist indiferent de aciunea unor factori externi iar prezenta unui camp electric determina alinierea acestora dupa directia sa;

2. dipoli electrici indui sunt generai prin aciunea unui cmp electric exterior asupra dielectricului. Acest camp electric modifica distributia sarcinilor electrice din atomi sau molecule astfel incat centrul de greutate al sarcinilor electrice negative este diferit de centrul de greutate al sarcinilor al sarcinilor electrice pozitive. Acesti dipoli indusi sunt aliniati si ei pe directia campului.CAPACITATEA ELECTRICA A UNUI CONDENSATOR

In cazul unui condensator cu fete plan paralele in care intre placile careia se introduce o bucata de material dielectric, sarcinile electrice induse prin polarizare la suprafata dielectricului vor produce un camp electric macroscopic in interiorul materialului.

Acest material poarta numele de camp electric de depolarizare astfel incat campul electric ruzultant va fi mai mic si va produce in final o crestere a capacitatii condensatorului.

ENERGIA CAMPULUI ELECTROSTATIC

Se consider cmpul electrostatic dintr-un mediu dielectric izotrop, liniar i fr polarizare electric permanent, produs de ctre un corp ncrcat electric. In starea iniial corpul este nencrcat, cmpul este nul i energia electrostatic este zero (starea energetic de referin). Corpul se ncarc cu sarcini aduse prin micare lent de la infinit (unde cmpul este nul), astfel c n starea final densitatea de sarcin este

, intensitatea i potenialul ntr-un punct oarecare

sunt

, respectiv

, iar energia electrostatic din ntreg domeniul de existen al cmpului este

. Intr-o stare intermediar, notat cu , aceste mrimi fizice sunt:

unde

Pentru a trece corpul din starea de ncrcare intermediar n-urmtoarea stare ntermediar foarte apropiat, trebuie transportat pe corp sarcina electric elementar

,`

unde este volumul corpului. Sarcina adus pe elementul de volum

este

asupra creia, cmpul din starea intermediar acioneaz cu fora

i care trebuie nvins prin aplicarea din exterior a unei fore egale i de sens opus.

Lucrul mecanic elementar corespunztor forei exterioare este:

unde

este potenialul electric n starea final din punctul unde se depune sarcina

. La infinit

Variaia energiei electrostatice este:

Prin integrarea acestei relaii se obine energia cmpului electrostatic atunci cnd sistemul trece din starea iniial ( = 0) n starea final ( = 1):

Observaie. Relaia este valabil i n cazul cmpului electrostatic produs de mai multe corpuri ncrcate electric, dar situate ntr-un domeniu finit.

Dac exist i corpuri ce conin sarcini electrice repartizate superficial, atunci

In cazul cmpului electrostatic produs de

corpuri metalice, avnd n vedere c potenialul acestora este constant, relaia (4.8) devine:

CAMPUL EEELECTRIC. EFECTE CARACTERISTICE

Deplasarea ordonata in spatiu a particulelor incarcate cu sarcina electrica sub actiunea unui camp electric reprezinta un curent electric.

Particulele incarcate cu sarcina electrica au numele de purtatori de sarcina electrica.

Curentul electric se poate datora mai multor tipuri de purtatori de sarcina:

Exemplu:

in gaze, purtatorii de sarcina sunt atat electronii cat si ionii incarcati pozitiv; in metale purtatoare de sarcina sunt electronii de conductie; in semiconductori purtatorii de sarcina sunt electronii si golurile.

Pentru a avea un curent electric intr-un mediu oarecare acesta trebuie sa contina purtatori de sarcina.

Un mediu fara purtatori de sarcina capabili sa se deplaseze sub actiunea campului electric poarta numele de izolator.

In cazul unui metal aflat la temperatura de 0K, electronii sunt intr-o continua stare de agitatie termica, prin aplicarea unui camp electric peste miscarea de agitatie termica se suprapune o miscare ordonata a electronilor care vor fi dirijati in sens invers campului electric. Un astfel de material poarta numele de conductor.

La trecerea curentului electric printr-un conductor se constata o serie de efecte specifice si anume:

efecte magnetice orice conductor strabatut de un curent electric este inconjurat de un camp magnetic;

efecte termice conductoarele parcurse de un curent electric se incalzesc;

efecte chimice o solutie de electrolit parcursa de un curent electric este urmata de depunerea la catod a ionior pozitivi din solutie respectiv la anod a ionilor negativi. Din acest motiv ionii pozitivi poarta numele de cationi in timp ce ionii negativi poarta numele de anioni.

MARIMI CARACTERISTICE CURENTULUI ELECTRIC

Intensitatea curentului electric este o mrime fizic care msoar sarcina electric ce strbate o seciune transversal a unui conductor, n unitatea de timp. Este o mrime fundamental n SI. Unitatea sa de msur se numete Amper i este o unitate fundamental n SI. Instrumentul utilizat pentru msurarea intensitii curentului electric se numete ampermetru.

Tensiunea electric ntre dou puncte ale unui circuit electric, este o mrime fizic care msoar lucrul mecanic efectuat de ctre cmpul electric creat de generator pentru a deplasa unitatea de sarcin electric ntre cele dou puncte. Unitatea sa de msur se numete Volt. Instrumentul utilizat pentru msurarea tensiunii electrice se numete voltmetru.

Legea lui Ohm pentru o poriune de circuit (pentru un dipol pasiv):

dac la capetele unei poriuni de circuit pasiv se aplic o tensiune, intensitatea curentului stabilit prin poriunea respectiv de circuit este direct proporional cu tensiunea aplicat.

Rezistena electric a unui conductor este constanta de proporionalitate din legea lui Ohm. Unitatea de msur pentru rezistena electric se numete Ohm.

Conductorii pentru care este valabil legea lui Ohm se numesc conductori ohmici. Componentele de circuit care au dou borne pentru legarea n circuit se numesc dipoli. Noi ne propunem studiul urmtorilor dipoli: rezistor, bec, diod, surs de tensiune. Caracteristica curent-tensiune a unui dipol este reprezentarea grafic a intensitii curentului stabilit prin dipol n funcie de tensiunea aplicat la bornele sale.CONDUCTIA ELECTRICA IN METALE

Solidele sunt substanele care au volum constant i form proprie. Solidele au o structur cristalin format printr-un aranjament ordonat spaial al atomilor i moleculelor, o repetare periodic pe cele trei axe de coordonate a unei celule elementare. La orice solid cristalin exist trei vectori primitivi a,b,c, care formeaz un paralelipiped, astfel nct structura cristalin rmne invariant n urma unei translaii cu un vector r definit prin:

r = ma + nb + pc

n care m, n, p, sunt numere ntregi.

Reeaua cristalin astfel construit se numete reea Bravais.

Reeaua cristalin astfel construit se numete reea Bravais. Toate celulele reelei sunt ocupate de atomi identici sau molecule identice i sunt echivalente ntre ele.

Solidele se mpart n funcie de modul n care conduc curentul electric la temperatura normal (T300K), n trei grupe, dup valoarea conductivitii electrice, mrime egal cu inversul rezistivitii.

Analiznd modelul benzilor energetice i mecanismele conduciei, solidele pot fi mprite n dou clase:

conductoare, la care conductivitatea este ridicat ntr-o gam larg de temperatur i scade cu temperatura.

semiconductoare i izolatoare, la care conductivitatea are valori mici i crete cu temperatura; diferena ntre semiconductoare i izolatoare este c la primele, conducia are loc la temperaturi normale i este influenat de doparea cu impuriti i aplicarea de radiaii termice, luminoase i de modificarea temperaturii.

La conductoare (metale) prin reeaua cristalin format din ioni pozitivi se deplaseaz electronii provenii de pe nivele de valen care pierzndu-i individualitatea formeaz gazul electronic (teoria LorentzSommerfeld). Datorit numrului mare de electroni liberi (n0 1023cm-3 ) metalele au valori ridicate pentru conductivitate.

La semiconductoare i izolatoare exist deasemenea o reea cristalin cu atomii (ionii) fixai n nodurile reelei, dar deosebirea const n faptul c electronii au o micare localizat n jurul unuia sau a doi atomi. Exist dou cazuri extreme:

a) reeaua cristalin este format din dou tipuri de atomi care difer puternic prin proprieti: unul are tendina s cedeze uor electroni, cellalt s-i ataeze aceti electroni, aprnd astfel ioni pozitivi i ioni negativi care conduc la crearea unei legturi prin fore electrostatice numit legtur heteropolar sau ionic (exemplu NaCl).

b) reeaua cristalin este constituit din atomi de acelai fel sau care difer foarte puin. n acest caz doi electroni de valen, de spin opus, cte unul din fiecare atom , devin comuni celor doi atomi avnd loc o dezindividualizare a electronilor i formndu-se o legtur covalent (ex. Si, Ge, Se, Pb, SiC, CuO, InSb, GaAs, GaP).MAGNETISMUL ORBITAL AL ATOMULUI CU UN SINGUR ELECTRON

Conform mecanicii cuantice starile stationare ale atomului cu un singur electron sunt determinate de patru numere cuantice :

1. numarul cuantic principal n = 1,2,3,....

2. numarul cuantic orbital l = 0,1,2,...(n-1)

3. numarul cuantic magnetic orbital m = 1,(l-1),...0,...-(l-1)-l)

4. numarul cuantic magnetic de spin ms = 1

2

P = 1(l+1)

P1z = m

Acestui moment cinetic orbital ii corespunde un moment magnetic orbital a carui marime este data de relatia:

1= l(l+1) =l(l+1) BPMomentul cinetic total al tuturor electronilor cuprinsi intr-un atom este egal cu suma vectoriala a celor doua momente cinetice ale acestuia adica cel orbital si cel de spin.

P=PS+P1

CLASIFICAREA SUBSTANTELOR DUPA PROPRIETATILE LOR MAGNETICE

Toate substantele poseda proprietati magnetice indiferent de starea lor de agregare. Atunci cand substantele sunt introduse intr-un camp magnetic se constata experimental ca unele substante sunt atrase in campul mangetic in timp ce altele sunt respinse de campul magnetic.1. Substante diamagnetice Aur Argint Germaniu Seleniu

Aceste substante sunt respinse de campul magnetic

2. Substante paramagnetice Platina Cromul Sodiul Potasiul Aluminiul

Aceste substante sunt atrase slab de campul magnetic

3. Substante feromagnetice Fier Cobalt Nichel

Aceste substante sunt puternic atrase de campul magnetic.

Aceasta clasificare a fost facuta de catre fizicianul Faraday in 1845. Pentru caracterizarea comportarii magnetice a unui substante se foloseste vectorul intensitate de magnetizare si el reprezinta suma vectoriala a momentelor magetice ale atomilor si moleculelor care compun substanta respectiva raportata la volumul care le contin.

Unitatea de masura in sistemul international este: amper / metru

SI=A/m

Masuratorile experimentale au aratat ca intensitatea de magnetizare a unei substante depinde de campul magnetic extern aplicat. Pentru unele substante, aceasta dependent este liniaraCAMPUL MAGNETIC

Cmpul magneticeste omrime fizicvectorial ce caracterizeazspaiuldin vecintatea unuimagnet,electromagnetsau a unei sarcini electricen micare. Acestcmp vectorialse manifest prinforelecare acioneaz asupra unei sarcini electrice n micare (for Lorentz), asupra diverselor materiale (paramagnetice,diamagneticesauferomagneticedup caz). Poate fi msurat cumagnetometrul. Mrimea care msoar interaciunea dintre cmp magnetic i un material se numetesusceptibilitate magnetic.

Campul magnetic este o forma de existenta a materiei. El se manifesta prin actiunea unor forte care actioneaza asupra obiectelor introduse in camp.

Obiectele respective prezinta fie proprietati magnetice, fie sunt incarcate cu o sarcina electrica. Campul magnetic este descris cu ajutorul marimii numita inductia campului magnetic vectorul B.

Liniile campului magnetic sunt curbe tangente la vectorul v in fiecare punct al campului magnetic. Numarul de linii pe unitatea de volum este proportional cu intensitatea campului magnetic. Campul magnetic este mai intens acolo unde liniile campului magnetic sunt mai dese. Aceste linii prin conventii ies prin polul nord si intra prin polul sud. Ele pot fi puse in evidenta in mod fizic cu ajutorul unei pulberi magnetice imprastiate in campul magnetic al unui magnet.

DEPLASAREA PARTICULELOR INCARCATE CU SARCINI ELECTRICE IN CAMPUL MAGNETIC

Asupra acestei particule actioneaza forta Lorentz. Fiind perpendiculara pe traiectoria sarcinii electrice, aceasta forta nu schimba energia cinetica a particulelor ci le modifica traiectoria. In feleul acesta traiectoria particulei se curbeaza ajungandu-se la un echilibru atunci cand forta Lorentz devine egala cu forta centrifuga.

FL=FCf

Traiectoria particulei la echilibru este circular. Raza traiectoriei depinzand de viteza particulei, sarcina specifica a acestuia si inductia campului magnetic.Particulele cu viteza mare se misca pe cercuri cu raze mari.

Pentru o particular incarcata cu sarcina electrica atunci cand intra intr-un camp magnetic uniform si care face un unghi oarecare cu inductia capata o miscare elicoidala in jurul vectorului inductie.

FORTA ELECTROMOTOARE

Asupra fiecarei sarcini electrice care strabate un conductor actioneaza o forta Lorentz.

f=q (v * B); F= Nf

Forta totala care actioneaza asupra unui conductor de lungime l.

Numarul purtatorilor de sarcina electrica din conductorul de lungime l:

F=Nf = nfSq (v * B)

Unde: n reprezinta concentratia purtatorilor de sarcina din

conductorul de lungime l

l lungimea conductorului

s aria sectiunii transversal a conductorului

Locul vectorului viteza v se poate introduce vectorul l care are modul egal cu lungimea conductorului astfel incat forta exercitata asupra conductorului parcurs de current in campul magnetic va deveni:

F=nvsq (l * B) F=I l*B forta electromagnetica

CALCULUL INDUCTIEI MAGNETICE

In jurul unui conductor electric intr-un plan perpendicular ia nastere un camp magnetic. Biot si Savart au facut urmatoarele observatii experimentale:

1. Campul magnetic intr-un punct oarecare este perpendicular pe planul care contine conductorul si punctual respectiv;

2. Liniile campului magnetic formeaza curbe inchise;

3. Campul magnetic este invers proportional cu distant dintre fir si punctual in care se observa efectele acestuia;

4. Sensul campului magnetic obtinut este asociat cu sensul curentului electric care parcurge firul conductor prin regula burghiului drept.

Pornind de la aceste observatii experimentale s-a ajuns la concluzia ca expresia matematica pentru campul magnetic produs de un conductor liniar intr-un punct situat la distanta r de conductor este dat de urmatoarea relatie:

B = 0 = I

2r

Unde: 0 permitivitatea magnetica a vidului

I intensitatea curentului electric care strabate

conductorul

r distanta fata de conductor

FORTA DE INTERACTIUNE INTRE DOUA CONDUCTOARE PARALELE

ntre dou conductoare rectilinii, paralele, filiforme i foarte lungi parcurse de cureni se exercit fore de interaciune. Conductorul parcurs de curentul i2 se afl n cmpul magnetic de inducie magnetic B1 i va fi supus aciunii unei fore acrei valoare este:

dac se ine seam c inducia magnetic a cmpului produs de un conductor parcurs de curent :

rezult relaia care exprim fora lui Ampre ,de forma

Observaii:

Dac conductorii sunt parcuri de cureni n acelasi sens ntre ei se va exercita o for de atracie, iar dac sensul curenilor este opus fora este de respingere.

Pornind de la formula forei electrodinamice se poate da o definiie standardizat a unitii pentru intensitatea curentului, a amperului; dac i1=i2=1A i d=1m

rezult pentru raportul F/l=2.10-7N/m

CAMPUL MAGNETIC IN SOLENOID

Un solenoid este reprezentat de un sistem de spire paralele strabatute de un curent electric. Lungimea grupului de spire fiind mai mare decat diametrul acestora.

Campul magnetic creat de un solenoid este asemanator cu cel dat de un magnet permanent. Liniile de camp au un circuit inchis in interiorul dolenoidului ele fiind paralele.

Inductia este data de relatia :

B = NI

L

Unde: N numarul de spire

I intensitatea

L lungimea solenoidului

BUCLA DE CURENT INTR-UN CAMP MAGNETIC UNIFORM

Marimea totala a momentului care poate roti bucla in jurul axei ei longitudinal este :

M = F2 *a + F4 * a = Ib * B a +Ib*B a = Ib*B (a + a) =Ib * Ba

2 2

2 2

2 2

Generalizand momentul fortelor care actioneaza asupra unei bucle de current de orice forma este:

M = I (S * B)

Marimea aceasta m = I * S reprezinta momentul magnetic de dipole. Prin urmare o bucla de current este echivalenta cu un dipole magnetic.

Momentul fortelor care tinde sa alinieze bucla de current perpendicular pe campul magnetic este:

M = m * B_1034067511.unknown

_1303481450.unknown

_1293992615.unknown

_1303481186.unknown

_1293992614.unknown

_1293992613.unknown

_1073286868.unknown

_1073286903.unknown

_1034067523.unknown

_1034067504.unknown

_1034067505.unknown

_1034067502.unknown

_1034067503.unknown

_1034067500.unknown

_981290378.unknown