Dodatečné příklady k AJFY

Podobné dokumenty
Příklad 33 : Energie elektrického pole deskového kondenzátoru. Ověření vztahu mezi energií, kapacitou a veličinami pole.

MAGNETICKÉ POLE. 1. Stacionární magnetické pole I I I I I N S N N

= 2888,9 cm -1. Relativní atomové hmotnosti. leží stejný přechod pro molekulu H 37 Cl? Výsledek vyjádřete jako

Řešení úloh celostátního kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Autořiúloh:P.Šedivý(1),L.Richterek(2),I.Volf(3)aB.Vybíral(4)

Z toho se η využije na zajištění funkcí automobilu a na překonání odporu vzduchu. l 100 km. 2 body b) Hledáme minimum funkce θ = 1.

Hlavní body - magnetismus

11. cvičení z Matematické analýzy 2

Příklad 22 : Kapacita a rozložení intenzity elektrického pole v deskovém kondenzátoru s jednoduchým dielektrikem

2 i i. = m r, (1) J = r m = r V. m V

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

2.1 Stáčivost v závislosti na koncentraci opticky aktivní látky

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3, 4, 5, 7), M. Jarešová (6)

Téma 8 Přetvoření nosníků namáhaných ohybem I.

Elastické deformace těles

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Josef Schmidt 1. 1

II. 5. Aplikace integrálního počtu

1.5. DYNAMIKA OTÁČIVÉHO A SLOŽENÉHO POHYBU TĚLESA

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

14. cvičení z Matematické analýzy 2

ZÁKLADY KRYSTALOGRAFIE KOVŮ A SLITIN

-R x,a. Příklad 2. na nejbližší vyšší celý mm) 4) Výpočet skutečné plochy A skut 5) Výpočet maximálního napětíσ max 6) Porovnání napětí. Výsl.

1.7 Magnetické pole stacionárního proudu

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

x + F F x F (x, f(x)).

Jev elektromagnetické indukce

ZÁKLADY. y 1 + y 2 dx a. kde y je hledanou funkcí proměnné x.

(1) přičemž všechny veličiny uvažujeme absolutně. Její úpravou získáme vztah + =, (2) Přímé zvětšení Z je dáno vztahem Z = =, a a

7 Kvantová částice v centrálně symetrickém potenciálu.

Téma 9 Přetvoření nosníků namáhaných ohybem II.

56. ročník Matematické olympiády. b 1,2 = 27 ± c 2 25

Inovace předmětů studijních programů strojního inženýrství v oblasti teplotního namáhání

Řešení úloh 1. kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů

3.9. Energie magnetického pole

Couloumbuv zákon stejne jako vetsina zakonu elektrostatiky jsou velmi podobna zakonum gravitacniho pole.

Hyperbola, jejíž střed S je totožný s počátkem soustavy souřadnic a jejíž hlavní osa je totožná

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V PROSTORU

FYZIKA I. Kyvadlový pohyb. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

Téma Přetvoření nosníků namáhaných ohybem

8. cvičení z Matematiky 2

Dvojné a trojné integrály příklad 3. x 2 y dx dy,

Laboratorní práce č. 6 Úloha č. 5. Měření odporu, indukčnosti a vzájemné indukčnosti můstkovými metodami:

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

2002 Katedra obecné elektrotechniky FEI VŠB-TU Ostrava Ing.Stanislav Kocman

Relativiatická fyzika a astrofyzika I. Geometrie

Posouvající síla V. R a. R b. osa nosníku. Kladné směry kolmé složky vnitřních sil. Výpočet nosníku v příčné úloze (ve svislé hlavní rovině xz)

1.1 Numerické integrování

NMAF061, ZS Písemná část zkoušky 25. leden 2018

Obr. 1: Optická lavice s příslušenstvím při měření přímou metodou. 2. Určení ohniskové vzdálenosti spojky Besselovou metodou

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Kapacita a uložená energie

Matematika II: Testy

Kmitavý pohyb trochu jinak

Obvody s rozprostřenými parametry

4. cvičení z Matematiky 2

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Náhodná proměnná Vybraná spojitá rozdělení

Stereometrie metrické vlastnosti 01

Geometrické a fyzikální aplikace určitého integrálu. = b a. je v intervalu a, b záporná, je integrál rovněž záporný.

Vzorová řešení čtvrté série úloh

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ. katedra fyziky ZÁKLADY FYZIKY II. Pro obory DMML, TŘD a AID prezenčního studia DFJP

6. Rozptyl Leoš Dvořák, MFF UK Praha, Rozptyl

Fyzikální korespondenční seminář UK MFF 10. II. 2

Stabilita a vzpěrná pevnost tlačených prutů

LectureIII. April 17, P = P (ρ) = P (ε)

M A = M k1 + M k2 = 3M k1 = 2400 Nm. (2)

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

Název: Studium kmitání matematického kyvadla

Téma 2 Úvod ke staticky neurčitým prutovým konstrukcím

Matematické metody v kartografii

Studium termoelektronové emise:

I. termodynamický zákon

integrovat. Obecně lze ale říct, že pokud existuje určitý integrál funkce podle různých definic, má pro všechny takové definice stejnou hodnotu.

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

Ohýbaný nosník - napětí


2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

Téma 6 Staticky neurčitý rovinný oblouk

26. listopadu a 10.prosince 2016

18. x x 5 dx subst. t = 2 + x x 1 + e2x x subst. t = e x ln 2 x. x ln 2 x dx 34.

Laboratorní práce č.8 Úloha č. 7. Měření parametrů zobrazovacích soustav:

1. Pokyny pro vypracování

Komplexní čísla. Pojem komplexní číslo zavedeme při řešení rovnice: x = 0

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

Martin Kihoulou. j plos F = Protože magnetické pole je homogenní, lze jej z integrálu vytknout

FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEDNOTKY

Komplexní čísla tedy násobíme jako dvojčleny s tím, že použijeme vztah i 2 = 1. = (a 1 + ia 2 )(b 1 ib 2 ) b b2 2.

Téma 3 Úvod ke staticky neurčitým prutovým konstrukcím

Správné řešení písemné zkoušky z matematiky- varianta A Přijímací řízení do NMgr. studia učitelských oborů 2010

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEDNOTKY

F7 MOMENT SETRVAČNOSTI

Hlavní body. Teplotní závislosti fyzikálních veličin. Teplota, měření

Definice. Nechť k 0 celé, a < b R. Definujeme. x < 1. ϕ(x) 0 v R. Lemma [Slabá formulace diferenciální rovnice.] x 2 1

Theory Česky (Czech Republic)

Seriál XXVII.III Aplikační

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE KŘIVKOVÝ INTEGRÁL

Přehled základních vzorců pro Matematiku 2 1

Říkáme, že přímka je tečnou elipsy. p T Přímka se protíná s elipsou právě v jednom bodě.

1. Je dána funkce f(x, y) a g(x, y, z). Vypište symbolicky všechny 1., 2. a 3. parciální derivace funkce f a funkce g.

Transkript:

Doečné příkdy k AJFY 1. Odhdněte veikost tomů, víte-i, že: ) 1 kpk,5 % roztoku kyseiny oejové v kohou vytvoří n vodě kruhovou oejovou skvrnu o průměru 3 cm, objem kpky je si, cm 3 (Frnkin), b) výprné tepo vody je,1 MJ/kg její povrchové npětí 7 mj/m (Weisskopf), c) ktivit,1 mg pooni 1 činí 1,67 1 1 Bq, střední dob život je 1,7 1 7 s jeho hustot je 94 kg/m 3. Z odhdnuté veikosti tomu zjistěte, koikrát byste musei rozpůit větší jbko (1 dm 3 ), byste získi kousek veikosti tomu. (Feynmn) ) Jedn kpk roztoku obshuje 5 1 3 V kyseiny oejové (V =, cm 3 je objem kpky). Poch skvrny je S = πd /4, kde D = 3 cm je uvedený průměr. Toušťk vrstvy odhdující rozměr tomu činí d = 5 1 3 V/ πd /4 = 1 V/πD 1, 1 7 cm = 1, 1 9 m. b) Při výpru 1 m 3 vody se spotřebuje QρV tep (Q = tepo výprné, ρ = 1 kg/m 3 hustot vody V = 1 m 3 ). Toto tepo se spotřebuje n vytvoření povrchu jednotivých moeku vody. Oznčíme-i veikost krychičky odpovídjící 1 moekue d, pk vzniký povrch činí V/d 3.6d = 6V/d (počet krychiček povrch krychičky) potřebná energie činí 6Vσ/d, kde σ je povrchové npětí vody. Porovnáním d = 6σ/Qρ 1 1 m. c) Počet tomů v m =,1 mg pooni je Aτ (A je ktivit, τ je střední dob život). Objem uvedeného množství pooni je V = m/ρ, tkže n 1 tom připdá objem V 1 = m/ρaτ rozměr tomu můžeme odhdnout jko d = 3 V 1 = 3 ( m/ρaτ ) 3,3 1 1 m. Rozměr tomu (resp. moekuy) je tedy zřejmě řádově 1 1 m. Při této veikosti tomu musíme jeden rozměr jbk zmenšit miirdkrát. Protože tisícinásobné zmenšení vyžduje cc 1 řezů ( 1 1), potřebujeme pro jeden rozměr 3 řezů. Uvážíme-i 3 rozměry jbk je počet řezů trojnásobný, tj. 9.. Spočtěte výchyky v příčném eektrickém příčném mgnetickém poi při Thomsonově metodě určování měrného náboje eektronu njděte vyjádření pro měrný náboj. ) Pohyb v příčném eektrickém poi. Eektron nechť vétá do kondenzátoru rychostí v ve směru osy x je vychyován poem mířícím ve směru osy z. Pohybové rovnice mjí zřejmě tvr d x d y d z m =, m =, m = ee, kde m e je hmotnost resp. náboj eektronu E veikost působícího poe. Vzhedem k počátečním podmínkám je x = vt y = (počátek souřdnic n počátku kondenzátoru) pro výchyku ve směru osy z dostneme užitím d z d dz d dz dx dx d z = v = = dx dx dx d z e = E dx

Oud dvojí integrcí ( je vzdáenost ke stínítku) x e = Edx dx. x Integrujeme-i metodou per prtes (f = Edx, g = x ), dostneme e e = Edx xedx = ( x) Edx. Je-i dék kondenzátoru poe v kondenzátoru homogenní, pk ( x) Edx = ( ) E e z E = ( ) E. b) Pohyb v příčném mgnetickém poi. Eektron nechť jko výše vétá do systému rychostí v ve směru osy x. Mgnetická indukce nechť míří ve směru osy y. Zjevně se bude pohyb dít v rovině xz. Pohybová rovnice pro z- sožku pohybu má tvr d z e = vx B. m Oud dostneme postupem stejným jko výše d z e e e = vx B = B B, dx x x když jsme ještě poožii v x v, což ptí, pokud je počáteční rychost dosti veiká. Dvojím integrováním integrcí per prtes dostneme obdobně jko výše. = e ( x) Bdx. Je-i mgnetické poe homogenní doshuje ž ke stínítku, pk ( x) Bdx = B e z = B B. V Thomsonově metodě vykompenzujeme obě výchyky, tkže ze = B. Vyoučením rychosti pk dostneme e 4 U = ( ), 4 m d B když jsme ještě vyjádřii intenzitu eektrického poe E pomocí npětí n kondenzátoru U vzdáenosti desek d. ( Ovšem E = U/d. )

3. Určete ionizční energii He I, He II C I Sterovou metodou. Ve Sterově metodě je vzebná energie eektronu dán vzthem E = (Z σ) /n *.Ry, kde Z je nábojové číso jádr, prmetr σ popisuje stínění náboje jádr, n * je efektivní kvntové číso hdiny Ry = 13,6 ev je tzv. Rydbergov energie. Efektivní kvntové číso je dáno přiřzením n n * n 1 3 4 5 6 n * 1 3 3,7 4 5 Pro určení stínící konstnty jsou hdiny rozděeny do supek (1s), (s, p), (3s, 3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d) (5f). Ve vstní supce je stínící konstnt rovn,35, kromě supky (1s), tm je jen,3. Pro supky typu (s,p) je stínění od nejbižší hubší supky,85, od hubších 1. Pro supky typu (d) (f) je stínění od hubších supek rovné 1. U He I s nábojovým čísem Z = máme eektrony ve stvu 1s. Stínící konstnt je rovn,3, tkže efektivní náboj jádr činí 1,7. Protože efektivní kvntové číso zůstává rovné 1, je energie jednoho eektronu rovn E 1 = 1,7 /1 Ry =,89 Ry ceková vzebná energie E(He I) = E 1 = 5,78 Ry. Energie vzby He II (ion hei) je E(He II) = /1.Ry = 4 Ry (není stínění!). Energie ionizce He I je zřejmě E i (He I) = E(He I) E(He II) = 1,78 Ry = 4, ev. Experimentání hodnot činí 4,58 ev. Ionizční energie He II je ovšem rovn E(He II) vychází přesně (vodíkupodobný systém). U C I máme eektrony ve supce 1s, ve supce s ve supcep. Dv eektrony ve supce dávjí příspěvek k vzební energii rovný (5,7) /1.Ry = 3,49 Ry (stínění,3). Čtyři eektrony ve supce (s,p) dávjí příspěvek 4 3,5 / Ry = 4,64 Ry (stínění,85 + 3,35 =,75). Cekem E(C I) = 75,54 Ry. U C II jsou ve supce (s,p) jen tři eektrony, tkže přísušný příspěvek je jen 3 3,6 / = 3 3,4 Ry (stínění,85 +,35 =,4). Cekem E(C II) = 74,7 Ry. Ionizční energie je rovn rozdíu vzebních energii, E i (C I) = E(C I) E(C II) =,84 Ry = 11,4 ev. Experimentání hodnot činí 11,6 ev. 4. Jkou pochu potřebujeme pro větrné eektrárny, mjí-i pokrýt výkon 1 GW, koik to stojí? Reáná : Thnet offshore (v moři) UK: 1 3 MW větrníků n 35 km z cc 8 M 3 GKč, využití 3 % Poch pro 1 GW se rovná 1/3 35 km = 117 km, při využití cc 3 % tedy 385 km. Cen 1/3 3 GKč = 1 GKč, s úvhou o využití 33 GKč.

VI. 4. Porovnejte: grvitční, eektrickou mgnetickou síu v přípdě tomu vodíku. Potřebná : grvitční konstnt je rovn 6,7 1 11 N m /kg, permitivit vku 8,9 1 1 F/m, rychost svět 3, 1 8 m/s, hmotnost protonu eektronu je 1,7 1 7 kg,9 1 3 kg eementární náboj 1,6 1 19 C. Typická rychost eektronu v tomu je 1/1 rychosti svět. Řešení: Pro veikost grvitční eektrické síy v tomu vodíku ptí F gr = κ.m.m/r, F e = 1/(4πε o).e /r, kde κ je grvitční konstnt, ε o permitivit vku, M m hmotnost protonu resp. eektronu, e je eementární náboj r je vzdáenost protonu eektronu. Protože obě síy závisejí n vzdáenosti stejně, ptí bez ohedu n rozměr tomu F gr /F e = κ.4πε o.m.m/e 4,5 1 4. Grvitční sí je tedy v tomu zce znedbtená. Porovnejme nyní mgnetickou eektrickou síu. Poměr těchto si bude záviset i n rychostech částic, protože veikost mgnetické síy působící n eektron je F mg = ev B = µ o.e /(4π.r ). v (V r o ), kde µ o je permebiit vku, v V rychost eektronu protonu r o jednotkový vektor ve směru od protonu k eektronu. Použii jsme ovšem Biotův-Svrtův zákon. Uvžme pro jednoduchost přípd, kdy obě rychosti jsou komé n spojnici obou částic (tk tomu v podsttě v tomu vodíku ksicky chápném je, protože mgnetická sí bude pouze mou korekcí). Pk F mg /F e = µ o.ε o.v.v = v.v/c, protože µ o ε o = 1/c. Dosti jsme tk chrkteristický výrz pro retivistickou korekci, která je pro mé rychosti ovivňujících se částic má. Uvážíme-i typickou rychost eektronu nvíc, že m.v = M.V (neboť těžiště tomu ze povžovt z nepohybivé), dostneme F mg /F e = m/m.v /c = 5 1 8, protože poměr m/m je přibižně roven 1/. VI. 13. Spočtěte: cekovou vstní eektrickou energii homogenně nbité kuičky. Jk veký by by eektron, kdybychom si ho předstvii jko tkovouto kuičku? Možné dší příspěvky k jeho energii neuvžujte. Řešení: Z Gussovy věty dostneme pro intenzitu eektrického poe kuičky E.4πr = 1/εo.Q = 1/ε o.q.r 3 /R 3 pro r < R = 1/ε o.q pro r > R, kde Q je její náboj R její pooměr. (Porovnejte s příkdy 9 1.) Je tedy E = 1/(4πε o ).Q.r/R 3 pro r < R = 1/(4πε o ).Q/r pro r > R. Cekovou energii dostneme jko integrá hustoty energie přes ceý prostor, tj. ze vzthu

W = 1 εo.e.dv. Zřejmě díky kuové symetrii ptí R W = 1 ε o.q /(4πε o ).r /R 6.4π.r.dr + 1 ε o.q /(4πε o ).1/r 4.4π.r.dr R = [1/1 Q /(4πε o.r) + 1/ Q /(4πε o.r)] = 3/5 Q /(4πε o.r). Povšimněte si, že příspěvek vnějšku kuičky je větší než příspěvek vnitřku. Pro R jde energie do nekonečn. Mě-i by eektron odpoví tkové kuičce, mě by této energii odpoví jeho kidová energie, tj. měo by ptit 3/5 e /(4πε o.r) = m e.c oud R = 3/5 e /(4πε o.m e.c ). Výrz e /(4πε o.m e.c ) nzýváme ksický pooměr eektronu R c =,8 1 15 m.