1.Omów mikroskopowy obraz przewodnictwa w metalach. Jak w tej teorii formułuje się prawo

Ohma ?

V_u=μE j=enμE δ=enμ j=δE U=El E=U/l I/S=δU/l I=(δS/l)U R=l/δS I=U/R

2. Podaj określenia i jednostki następujących wielkości: natężenie prądu elektrycznego, gęstość prądu, prędkość unoszenia - ile w przybliżeniu wynosi ta prędkość w metalach ?

Prąd elektryczny: natężenie prądu
[A], gęstość prądu
[A/m²] (e wektor jednostkowy w kierunku płynięcia prądu). Gęstość prądu zależy od koncentracji elektronów n, prędkości unoszenia V_u. W czasie t=l/V_u przez przekrój S zostanie przeniesiony ładunek Q=enV=enSl czyli I=enV_uS j=enV_u Prędkość unoszenia w przybliżeniu dla atomu Miedzi wynosi 0,24 mm/s.

3. Omów zależność oporu elektrycznego od temperatury w zależności od rodzaju przewodnika.

Przewodność właściwa δ=enμ oporność właściwa ρ=1/δ =1/enμ Zależność oporności od temperatury:

Dla metali (swobodne elektrony są przewodnikami) gdy T rośnie to n=const (nie zmienia się ilość elektronów w przewodniku) μ maleje (bo rosną drgania sieci krystalicznej) więc ρ rośnie ρ=ρ_o[1+α(T-T_o)] indeks „o” temp 20^oC α-temp współczynnik oporu

Dla półprzewodników (elektrony oraz dziury) gdy T rośnie to μ maleje (rośnie amplituda drgań sieci krystalicznej) n rośnie (rośnie ilość nośników które przewodzą) więc ρ maleje.

Dla cieczy (nośnikami mogą być jony -/+ substancja jest rozpuszczona) gdy T rośnie to μ rośnie (bo maleje lepkość elektrolitów) n rośnie (bo rośnie stopień dyslokacji) wynik ρ maleje.

Dla gazów (nośnikami są + jony i elektrony) gdy T rośnie to μ=const n rośnie (bo rośnie stopień dysocjacji) wynik ρ maleje.

4. Podaj prawo Biota - Savarta i wynikające z niego wzory określające indukcję pola magnetycznego prostoliniowego przewodnika, przewodnika kołowego oraz solenoidu

μ_o - przenikalnośc magnetyczna próżni 4π10^-7 [Vs/Am] Calka indukcji
=po całej długości przewodnika. Przewodnik kołowy B=(μ_oI)/2R

Solenoid B=(μ_onI)/l

5. Podaj prawo Ampera.

kontur „l” rotacja (krążenie)

zamknięty pola magnetyczn

Krążenie pola magnetycznego (rotacja B_ jest różna od 0 pole magnetyczne jest polom wirującym) Dla pola elektrostatycznego (pole elektrostatyczne jest stałe w czasie)
Pole elektrostatyczne nie jest poloem wirującym.

6. Podaj wzór określający siłę Lorentza - omów oddziaływanie pola magnetycznego na ładunek elektryczny.

Właściwości:

Pole magnetyczne działa na ładunek który porusza się w nim przecinając linie sił pola magnetycznego (nie ||do linii sił)

Siła Lorentza F_prostopadła V_ czyli jest siła dośrodkowa. Pole zakrzywia tor ruchu ładunku.

Ponieważ siła dośrodkowa nie zmienia wartości prędkości (energi kinetycznej) więc siła Lorentza nie zmienia enerdii ładunku.

7. Omów oddziaływanie pola magnetycznego na przewodnik, w którym płynie prąd elektryczny.

siła elektrodynamiczna

Dla przewodnika umieszczonego w jednorodnym polu magnetycznym B=const
l - długość przewodnika objętego całym polem magn. F=Bil B=F/(Il) [1T=1N/(1A*1m)]

8. Napisz równania Maxwella i podaj jakie prawa pola elektromagnetycznego one opisują.

I) równanie (prawo Gausa dla pola elektrycznego):źródłami pola elektrycznego są ładunki dodatnie i ładunki ujemne.

II) równanie (prawo Gausa dla pola magnetycznego) pole magnetyczne jest bezźródłowe tzn. linie sił tego pola tworzą linie zamknięte.

III) równanie (prawo Faradaya) wiry pola elektrycznego występują tam gdzie jest zmienne w czasie pole magnetyczne. Gdy nie ma zmiennego pola magnetycznego wówczas pole elektryczne jest bez wirowe - jest wtedy potencjalne.

IV) równanie (prawo Ampera) wiry pola magnetycznego powstają wokół poruszającego się ładunku oraz tam gdzie występuje zmienne w czasie pole elektryczne.

Prawa Maxwella stanowią podstawę do opisu pól elektromagnetycznych.

9. Scharakteryzuj widmo fal elektromagnetycznych.

Fale elektromagnetyczne

rozchodzą się w próżni z

prędkością c

Widmo fali elektromagnetycznej:

Fale radiowe λ≈10⁸-10¹ [m] ν≈10¹-10⁷ [Hz]

Mikrofale λ≈10¹-10^-2 [m] ν≈10⁷-10¹¹ [Hz]

Podczerwień λ≈10^-2-10^-5 [m] ν≈10¹¹-10¹⁴ [Hz]

Fale widzialne λ≈0,4*10^-6-0,7*10^-6 [m] ν≈10¹⁴-10¹⁵ [Hz]

Nadfiolet λ≈10^-7-10^-8 [m] ν≈10¹⁵-10¹⁷ [Hz]

Promieniowanie X λ≈10^-8-10^-15 [m] ν≈10¹⁷-10²⁴ [Hz]

Promieniowanie gamma λ≈10^-9-... [m] ν≈10¹⁸-... [Hz]

10. Omów prawa promieniowania ciała doskonale czarnego.

Ciało doskonale czarne jest to ciało, które w 100% absorbuje promieniowanie elektromagnetyczne (czyli 1). Może nim być pudełko zamknięte pokryte od środka substancją w 100% absorbującą fale i małym otworem przez który wpada fala i nie wychodzi na zewnątrz.e(ν,T)- ilość energii promieniowania wysyłanej z jednostki powierzchni w ciągu 1s w postaci fali elektromagnetycznej o częstotliwości z przedziału (ν,ν+dγ) a(ν,T) - stosunek energii promienistej o częstotliwości ν do energii padającej na powierzchnię w danej temperaturze T. Dla ciała doskonale czarnego a=1. Prawo Kirchhoffa - stosunek zdolności emisyjnej do zdolności absorpcji jest dla wszystkich powierzchni jednakowy
-

zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego. Prawo Stefana-Boltzmanna - całkowita energia E wypromieniowana przez jednostkową powierzchnię w czasie 1s jest proporcjonalna do 4 potęgi temperatury ciała
. Prawo Wiena funkcja ε(ν,T) ma max które zależy od temperatury. Im wyższa temperatura tym max przypada dla wyższej częstotliwości ν_max=const*T

11. Omów zjawisko fotoelektryczne.

Zjawisko fotoelektrycze - promieniowanie elektromagnetyczne wybija elektron z powierzchni metalu. Liczba wybitych elektronów jest proporcjonalna do natężenia padającego promieniowania. Max energii kinetycznej fotoelektronów zależy od częstości padającego promieniowania, a nie od natężenia. Istnieje częstotliwość graniczna poniżej której zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi. hν=W+E_K h=6,63 10^-34 [Js] ν - częstotliwość padającego promieniowania W -praca wyjścia elektronu z metalu E_K - energia kinetyczna elektronu

12. Omów zjawisko Comptona i wyprowadź wzór określający zmianę długości fali (Δλ) świetlnej w tym zjawisku.

Zjawisko Comptona (1923r) polega na rozproszeniu elastycznym (sprężystym) fotonu na elektronach.(foton prom. X)

13. Omów dualizm korpuskularno - falowy światła. Jakie zjawiska świadczą o falowej a jakie o korpuskularnej naturze światła.

Światło ma naturę falową (zjawiska: interferencja dyfrakcja światła) ale ma także naturę korpuskularną (zjawiska promieniowanie ciała doskonale czarnego -fotoelektron,-Compton)

14. Podaj postulaty Bohra i omów budowę atomu wodoru. Jaka jest, wg tej teorii, zależność energii elektronu na dozwolonej orbicie, a jaka promienia tej orbity od głównej liczby kwantowej n ?

Model atomu Bora wodoru

Postulaty Bora:

1) elektrony krążą tylko po

orbitach (tzw. dozwolonych)

na których ich moment pędu jest całkowitą wielokrotnością h/2π J=nh_

2) na orbicie dozwolonej elektron nie emituje energii

3) Przejście elektronu z orbity dozwolonej na inną orbitę dozwoloną odbywa się poprzez absorpcję lub emisję kwantu energii odpowiadającego różnicy energii jaką elektron posiada na tych orbitach Energia kinetyczna na dozwolonej orbicie
promień

15. Wyprowadź wzór na promień orbity dozwolonej w atomie wodoru (wg teorii Bohra)

16. Wyprowadź wzór na energię elektronu na orbicie dozwolonej w atomie wodoru (wg teorii Bohra).

wstawia się r do pierwszego równania i mamy wyliczone

17. Wymień serie widmowe atomu wodoru i wyjaśnij ich pochodzenie na gruncie modelu Bohra.

---