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, n 1 medium 2, n 2 Ljusstrålen tar alltid den snabbaste vägen mellan två punkter. Denna princip kan användas för att bestämma brytningsvinkeln b.
Brytningslagen medium 1, n 1 n 1 sin( i) = n2 sin( b) medium 2, n 2
Totalreflektion Totalreflektion kan inträffa då ljus går från ett optiskt tätare ämne mot ett optiskt tunnare. sin( g ) = Villkor för gränsvinkel g: (n 2 < n 1 krävs) n n 2 1
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: D = 1 där f mäts i meter. f 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 F 1. 2. Strålen mot linsens mitt går igenom obruten. 3. Strålen genom F 2 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 a + 1 b = 1 f Förstoringen = H 1 /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: G = synvinkel med instrument bästa synvinkel utan instrument = β 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 f objektiv okular
Laddningar Laddningar mäts i Coulomb [C]. En proton har laddningen e där e = 1,610-19 C. En elektron har laddningen e.
Repulsion och attraktion Laddningar med samma tecken repellerar varandra Laddningar med olika tecken attraherar varandra.
Coulombs lag Kraften = konstant F = k Q1 Q 2 r k = 8,98810 9 Nm 2 /C 2 2 laddning1 laddning 2 2 (avståndet)
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 = QU.
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: I = Q 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 = QU. För en ström gäller att Q = It och därmed E = UIt. Eftersom effekt är energi per tidsenhet har vi att P = UI.
Spänning, ström och resistans Ohms lag: U = RI 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=UI Ohms lag: U=RI Elektrisk effekt i resistorer: P =UI= RI 2 =U 2 /R
Seriekoppling Energi: UIt = U 1 It + U 2 It + U 3 It + U 4 It + U 5 It Spänning: U = U 1 + U 2 + U 3 + U 4 + U 5
Parallellkoppling Energi: UIt = UI 1 t + UI 2 t + UI 3 t Ström: I = I 1 + I 2 + I 3
Ersättningsresistanser: Seriekoppling U = U 1 + U 2, alltså är RI = R 1 I + R 2 I och R = R 1 + R 2 (+ )
Ersättningsresistanser: Parallellkoppling I = I 1 + I 2, alltså är U/R = U/R 1 + U/R 2 och 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 (+ )
Polspänning och ems Den spänning, ε, som alstras i ett batteri kallas elekromotorisk spänning, eller ems. Eftersom batteriet har en inre resistans, R i, är spänningen mellan polerna på batteriet, U, lägre än ε om en ström flyter i batteriet. Polspänningen ges av U = ε R i 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 o C, 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 = c s m Konstanten c s 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 = c k m Konstanten c k 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.