Sammanfattning: Fysik A Del 2

Sammanfattning: Fysik A – Del 2
Optik  Reflektion  Linser  Syn


Ellära  Laddningar  Elektriska kretsar


Värme

Optik

Reflektionslagen Ljus utbreder sig rätlinjigt. En blank yta ger upphov till spegling eller reflektion. Reflektionslagen: Reflektionsvinkeln är lika med infallsvinkeln:

r=i

Avbildning i plana speglar

Avbildning med konkav spegel

En konkav spegel ger en förstorad bild.

Rakspegel

Avbildning med konvex spegel

En konvex spegel ger en förminskad bild.

Backspegel

Brytningsindex Ett ämnes brytningsindex n talar om hur snabbt ljuset rör sig genom mediet; n = hastigheten i vakuum/hastigheten i mediet. medium 1, n1

medium 2, n2

Ljusstrålen tar alltid den snabbaste vägen mellan två punkter. Denna princip kan användas för att bestämma brytningsvinkeln b.

Brytningslagen medium 1, n1

n1 sin(i ) = n2 sin(b)

medium 2, n2

Totalreflektion Totalreflektion kan inträffa då ljus går från ett optiskt tätare ämne mot ett optiskt tunnare. Villkor för gränsvinkel g:

n2 sin( g ) = n1

(n2 < n1 krävs)

Fiberoptik Fiberoptik bygger på totalreflektion.

Linser

Linsen vi konstruerat är en samlingslins eller positiv lins. En samlingslins är alltid tjockast på mitten.

Brännpunkt och brännvidd En positiv lins bryter parallella horisontella strålar längs huvudaxeln till en och samma punkt, brännpunkten.

En lins har två brännpunkter som ligger på avståndet f från linsen. Avståndet f kallas brännvidden.

Dioptri Brytningsstyrkan mäts i enheten dioptrier, D:

1 D= f

där f mäts i meter.

En lins med brännvidden 50 cm har t.ex. D = 1/0,5 = 2.

Negativa linser

En spridningslins eller negativ lins sprider ljusstrålarna. En spridningslins är alltid tunnast på mitten. Dioptrin för en negativ lins är negativ: D=-1/f.

Avbildning med positiv lins Konstruktionsstrålar: 1. Den stråle som är parallell med huvudaxeln bryts mot F1. 2. Strålen mot linsens mitt går igenom obruten. 3. Strålen genom F2 blir parallell med huvudaxeln.

Virtuella bilder Om föremålet placeras innanför linsens brännpunkt kan bilden inte fångas upp på en skärm. Bilden är virtuell, rättvänd och förstorad.

Linsformeln

1 1 1 + = a b f

Förstoringen = H1/H = b/a

Ögat

Normalt öga i vila. Föremål på stort avstånd avbildas skarpt på näthinnan.

Synfel Närsynta behöver negativa linser

Översynta behöver positiva linser

Ljus och färg Färgaddition: Ögats tappar är känsliga för de primära färgerna rött, grönt eller blått.

Färgsubtraktion: Blå färg absorberar grönt och rött ljus.

Förstoringsglaset

(en positiv lins)

Vinkelförstoringen G:

synvinkel med instrument β G= = bästa synvinkel utan instrument α α motsvarar att föremålet befinner sig 25 cm från ögat.

Mikroskopet

(två positiva linser)

Mikroskopets vinkelförstoring är lika med objektivets förstoring multiplicerat med okularets förstoring.

Kikaren

(två positiva linser)

G=

f objektiv f okular

Laddningar
Laddningar mäts i Coulomb [C].
En proton har laddningen e där e = 1,6—10-19 C.
En elektron har laddningen –e.

Repulsion och attraktion
Laddningar med samma tecken repellerar varandra
Laddningar med olika tecken attraherar varandra.

Coulombs lag laddning 1 ⋅ laddning 2 Kraften = konstant ⋅ (avståndet) 2 Q1 ⋅ Q2 F =k⋅ r2 k = 8,988—109 Nm2/C2

Isolatorer och ledare
I ledare finns lättrörliga ledningselektroner.
Typiska ledare är metaller.
Typiska isolatorer är plast, glas och luft. Isolator

Ledare

Elektrisk energi och spänning Den elektriska energin E är lägesenergin hos en laddning Q. Spänningen U ges av U = E/Q. Enhet: Volt [V] (1 V = 1 J/C) Om en laddning Q flyttas mellan två punkter med spänningsskillnaden U omsätts energin E = Q—U.

Elektrisk ström Spänningen mellan batteriets påverkar laddade partiklar med en kraft som sätter dem i rörelse. Vi definierar strömmen, I, som den laddning, Q, som passerar ett tvärsnitt av ledaren under tiden t:

Q I= t

Enheten är 1 ampere, 1 A = 1 C/s.

Likström och växelström
Ett batteri levererar likström (DC); laddningsbärarna rör sig i samma riktning hela tiden.
Vägguttaget levererar växelström (AC); strömriktningen ändras hela tiden.

Elektrisk energi och effekt Om en laddning Q flyttas mellan två punkter med spänningsskillnaden U omsätts energin E = Q—U. För en ström gäller att Q = I—t och därmed E = U—I—t. Eftersom effekt är energi per tidsenhet har vi att P = U—I.

Spänning, ström och resistans Ohms lag: U = R—I

Konstanten R är ledarens resistans (motstånd). Enheten för resistans R = U/I är 1 Ω (ohm) = 1 V/A.

Elektrisk effekt i resistorer
Elektrisk effekt: P=U—I
Ohms lag: U=R—I
Elektrisk effekt i resistorer:

P =U—I= R—I2=U2/R

Seriekoppling

Energi: U—I—t = U1—I—t + U2—I—t + U3—I—t + U4—I—t + U5—I—t Spänning: U = U1 + U2 + U3 + U4 + U5

Parallellkoppling

Energi: U—I—t = U—I1—t + U—I2—t + U—I3—t Ström: I = I1 + I2 + I3

Ersättningsresistanser: Seriekoppling

U = U1 + U2 , alltså är R—I = R1—I + R2—I och

R = R1 + R2

(+ …)

Ersättningsresistanser: Parallellkoppling

I = I1 + I2 , alltså är U/R = U/R1 + U/R2 och

1/R = 1/R1 + 1/R2

(+ …)

Polspänning och ems
Den spänning, ε, som alstras i ett batteri kallas elekromotorisk spänning, eller ems.
Eftersom batteriet har en inre resistans, Ri, är spänningen mellan polerna på batteriet, U, lägre än ε om en ström flyter i batteriet.
Polspänningen ges av

U = ε – Ri—I

Inre energi, värme och temperatur Atomerna har både rörelseenergi och ”fjäderenergi” (potentiell energi). Ett ämnes inre energi är summan av potentiell energi och rörelseenergin hos den oordnade rörelsen (värmerörelsen).

Värme Värme är energi som av sig själv flödar från ett varmare område till ett kallare enbart som en följd av temperaturskillnad. Temperaturen hos ett föremål är ett mått på den genomsnittliga oordnade rörelseenergin hos föremålets atomer eller molekyler. Den lägsta möjliga temperaturen: -273,15 oC, absoluta nollpunkten. Den högsta temperaturen: ingen gräns.

Specifik värmekapacitet Då temperaturen hos ett föremål med massan m ökar eller minskar med beloppet ∆T, upptas eller avges energin

E = c⋅m⋅∆T. Konstanten c kallas specifik värmekapacitet och anger den energimängd som behövs för att värma 1 kg av ämnet 1 grad. Enheten är J/(kg⋅grad).

Fasövergångar Alla ämnen har tre faser: Fast ämne, vätska eller gas. Den energi E som krävs för att smälta ett ämne är proportionell mot den massa som smälts.

E = cs ⋅ m Konstanten cs kallas specifik smältentalpi och har enheten J/kg. Sambandet gäller även när en vätska stelnar.

Förångning Den energi E som krävs för att förånga en vätska med massan m är proportionell mot den massa som förångas

E = ck∙m Konstanten ck kallas specifik ångbildningsentalpi och har enheten J/kg. Sambandet gäller även när en gas kondenserar.

Vatten: vätska, fast form och gas

Termodynamikens huvudsatser Termodynamikens första huvudsats: Energi kan varken skapas eller förstöras utan endast omvandlas mellan olika former (energiprincipen). Termodynamikens andra huvudsats: Värme flödar aldrig av sig själv från en kallare kropp till en varmare.