Planering Fysik för V, ht-14, lp 2 Kurslitteratur: Häfte: Experimentell metodik, Kurslaboratoriet 2014, Fysik i vätskor och gaser, Göran Jönsson, Teach Support 2013 samt utdrag ur Tillämpad ellära, Göran Jönsson, Teach Support 2014. markerar viktigt avsnitt, * markerar överkurs. EXPERIMENTELL METODIK 3/11 Storheter, mätetal och enheter 1 Om dimensionslösa storheter 2 Allmänt om tabeller och diagram 3 Om diagramritning på dator 8 Enhetsanalys 8 Produktansats 8 Övningsuppgifter 12 1. TEMPERATUR 4/11 Varmt och kallt 12 Temperaturskalor 13 Termodynamisk jämvikt 16 Vad är temperatur? 17 Värmeutvidgning 19 Längdutvidgning 19 Volymutvidgning 21 Volymutvidgning av vatten 23 Temperaturmätare 25 2. VÄRME 5/11 Vad är värme? 31 Värme och inre energi 32 Värmekapacitet 33 Fasövergångar 35 Smältvärme och ångbildningsvärme 36 Avdunstning 39 Effekt 40 3. TRYCK Lufttryck 48 Tryckenheter 49 Pascals lag 51 6/11 Vätsketryck 52 Hydrostatiska paradoxen 54 Tryck i alla riktningar 55
Arkimedes princip 57 Koncentrationsbestämning 61 Ballonger 62 Kommunicerande kärl 63 Låga tryck 65 4. IDEALA GASLAGEN En vakuumshow 74 Ideala gaslagen 74 Gasdensitet och partikeldensitet 79 Höjdmätning med barometer 81 10/11 Partialtryck 83 Relativ luftfuktighet 85 Hygrometrar 88 5. REALA GASER OCH VÄTSKOR Ideala och reala gaser 99 Van der Waals' ekvation 100 Kritisk temperatur 104 * Molekylkrafter och potentiell energi 108 * Ångtryckskurvor 112 * Smältpunktens tryckberoende 115 12/11 Trippelpunkt 117 * pvt ytor 118 *6. YTENERGI 7. STRÖMMANDE GASER OCH VÄTSKOR Fluid 141 Friktion och viskositet 141 Laminär och turbulent strömning 144 Reynolds tal 145 Ideal strömning 146 Volymflöde 147 Bernoullis ekvation 149 Några tillämpningar 153 13/11 Venturirör 156 Pitotrör eller Prandtls rör 158 Fri utströmning 159 * Skruvade bollar 160 * Konsten att flyga 162 * Poiseuilles lag 165
8. TERMODYNAMIKENS FÖRSTA HUVUDSATS Makroskopiskt mikroskopiskt 175 17/11 Tryckhärledning 175 Temperaturhärledning 179 Frihetsgrader 179 Inre energi i en gas 180 Termodynamikens första huvudsats 181 Fyra tillståndsändringar 183 9. MOLAR VÄRMEKAPACITET Specifik eller molar värmekapacitet 193 19/11 Isokor värmekapacitet 193 Isobar värmekapacitet 195 Tvåatomiga gaser 196 Mysteriet med de saknade frihetsgrader na 199 Kvoten mellan C p och C V 201 20/11 Adiabatisk tillståndsändring 202 * Värmekapacitet i vätskor och fasta ämnen 205 * Dulong Petits lag 206 10. KRETSPROCESSER Energikällor 211 Arbete och värmemaskiner 212 Vår energibalans 213 Reversibel process 216 Irreversibel process 216 Termodynamikens andra huvudsats 217 Kretsprocess 219 Nettoarbete 220 Verkningsgrad 222 11. VÄRMEMASKINER, KYLSKÅP OCH VÄRMEPUMPAR Carnotprocessen 229 24/11 Kraftverk 232 Stirlingprocessen 235 Kylmaskin 240 26/11 Kylskåp och luftkonditionering 243 Värmepump 245 Entropi 247 Entropin ökar och energin blir otillgänglig 249 Universums värmedöd 251 Entropi och tid 252 Exergi och energikvalitet 254
12. STATISTISK MEKANIK Medelvärden 264 27/11 Gaussfördelning 265 Maxwell Boltzmannfördelning 268 * Medelfart i en och tre dimensioner 271 * Translationsenergins medelvärde 273 * Stöttal 273 * Medelfriväg 275 13. VÄRMEÖVERFÖRING Värmetransport 281 1/12 Värmebalans i kroppen 283 Tekniska tillämpningar 284 Ledning 284 Konvektion 288 Värmeövergång 289 Strålning 292 3/12 Samtidig värmeöverföring 297 Meteorologi 297 Klimat 299 Växthuseffekt 301 Tillämpad ellära Genomgång av laboration i praktisk ellära Labhäfte, 4/12 *1. HISTORIK 2. LADDNING, ELEKTRISKT FÄLT OCH SPÄNNING 8/12 Laddning 38 Ledare och isolatorer 39 Strömriktning 41 Coulombs lag 41 Elektriskt fält 42 Elektrisk potential och spänning 44 Metaller i elektriska fält 47 Elektriskt flöde 47 Gauss lag 50 Avlänkning i elektriskt fält 51 Övningsuppgifter 52 3. SPÄNNINGSKÄLLOR Likström och växelström 55 Batterier 55 Laddningsbara batterier 58
Batteriladdning 59 Serie- och parallellkoppling av batterier 60 Kortslut aldrig ett batteri 61 Piezoelektrisk effekt 61 Solceller 62 * Termoelektrisk effekt 65 * Termoelement och termostapel 65 * Termoelektrisk generator 67 * Peltierelement 68 Övningsuppgifter 70 4. MOTSTÅND OCH RESISTANS 10/12 Resistans 72 Olika resistorer 72 Resistivitet 73 Temperaturberoende 74 * Supraledning 75 Fotoresistor 76 Effekt 77 Säkringar 78 * Glödtrådslampor 79 Kirchhoffs strömlag 80 Kirchhoffs spänningslag 81 Seriekoppling av motstånd 82 Parallellkoppling av motstånd 82 Spänningsdelning 83 Inre resistans 84 Övningsuppgifter 86 5. KONDENSATOR OCH KAPACITANS 11/12 Lagring av laddning 89 Kondensator och kapacitans 89 Energilagring 92 Parallellkopplade kondensatorer 94 Seriekopplade kondensatorer 95 Urladdning 96 Uppladdning 98 Övningsuppgifter 100 6. MAGNETISM OCH INDUKTION 15/12 Magneter 105 Kompass 105 Jordens magnetfält 106 Gauss lag för magnetism 107 Kraft i magnetfält 108 En ström ger magnetfält 110
Spole 111 Toroid 114 Inducerad spänning 115 Lenz' lag 116 Faradays induktionslag 116 * Mikrofon och pickup 119 * Atomernas magnetfält 120 * Paramagnetism 121 * Diamagnetism 121 * Ferromagnetism 122 * Magnetostriktion 123 * Hysteres 124 * Curietemperatur 125 * Hårddisk 126 Magnetisk kraft på strömledare 127 Högtalare 129 Likströmsmotor 130 Virvelström 131 Självinduktion och induktans 133 Energin i en spole 135 Övningsuppgifter 135 7. VÄXELSTRÖM 17/12 Likström kontra växelström 140 Generator 140 Visardiagram, amplitud och frekvens 142 Oscilloskop 143 Impedans 145 Växelspänning och resistor 146 Effekt och effektivvärde 146 Växelspänning och kondensator 148 Växelspänning och spole 150 Medeleffekt 151 Seriekoppling 152 * Parallellkoppling av spole & kondensator 155 * Transformator 159 * Transformering av spänning och ström 160 * Impedanstransformering 162 Trefas 163 18/12 El i hemmet 166 Elsäkerhet 168 Ström genom kroppen 169 Övningsuppgifter 171
Räkneövningsplanering Första övningen: 3+4/11 Förkunskaper: Experimentell metodik Räkneuppgifter: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.7 Andra övningen: 7/11 Förkunskaper: Experimentell metodik Räkneuppgifter: 2.1, 2.3, 2.7 Tredje övningen: 10+11/11 Förkunskaper: Fysik i vätskor och gaser Kapitel 1+2 Räkneuppgifter: 1.1, 1.2, 1.4, 1.6, 2.2, 2.4 Diskussionsuppgifter: 1.10, 1.14, 1.16, 2.13, 2.14 Meningen med diskussionsuppgifterna är att du ska lära dig att prata fysik, dvs. förklara problem utan att göra några detaljerade beräkningar. Många av frågorna ställs och besvaras under föreläsningarna, men det finns också svar i facit. Fjärde övningen: 14/11 Förkunskaper: Kapitel 2+3 Räkneuppgifter: 2.6, 2.7, 2.10, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.9 Diskussionsuppgifter: 2.19, 2.23, 3.14, 3.20, 3.13, 3.22, 3.24 Femte övningen: 17+18/11 Förkunskaper: Kapitel 4 Räkneuppgifter: 4.2, 4.4, 4.5, 4.6, 4.14, 4.20, 4.21 Diskussionsuppgifter: 4.25, 4.29, 4.30, 4.34 Sjätte övningen: 21/11 Förkunskaper: Kapitel 5+7 Räkneuppgifter: 5.2, 5.4, 5.6, 7.5, 7.8, 7.13, 7.14, 7.15 Diskussionsuppgifter: 5.16, 5.25, 7.20, 7.25, 7.26, 7.27 Sjunde övningen: 24+25/11 Förkunskaper: Kapitel 8 Räkneuppgifter: 8.1, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.9 Diskussionsuppgifter: 8.10, 8.11, 8.14, 8.18, 8.19 Åttonde övningen: 28/11 Förkunskaper: Kapitel 9+10 Räkneuppgifter: 9.1, 9.4, 9.6, 9.7, 9.8, 10.1, 10.2, 10.5 Diskussionsuppgifter: 9.12, 9.14, 9.15, 9.16, 10.8, 10.9, 10.10 Nionde övningen 1+2/12 Förkunskaper: Kapitel 11 Räkneuppgifter: 11.1, 11.2, 11.5, 11.7, 11.9, 11.12, 11.14 Diskussionsuppgifter: 11.18, 11.19, 11.20, 11.21
Tionde övningen: 5/12 Förkunskaper: Kapitel 13 Räkneuppgifter: 13.1, 13.3, 13.6, 13.8 Diskussionsuppgifter: 13.12, 13.18, 13.20, 13.26 Elfte övningen: 8+9/12 Förkunskaper: Tillämpad Ellära Kapitel 2+3 Räkneuppgifter: 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 Diskussionsuppgifter: 2.10 Tolfte övningen 12/12 Förkunskaper: Kapitel 4 Räkneuppgifter: 4.1, 4.2, 4.3, 4.6, 4.7, 4.9, 4.13 Diskussionsuppgifter: 4.13, 4.16, 4.17 Trettonde övningen 15+16/12 Förkunskaper: Kapitel 5+6 Räkneuppgifter: 5.1, 5.3, 5.6, 5.7, 5.10, 5.12, 6.2, 6.3, 6.4, 6.8 Diskussionsuppgifter: 5.15, 6.10, 6.13, 6.14 Fjortonde övningen 19/12 Förkunskaper: Kapitel 7 Räkneuppgifter: 7.1, 7.3, 7.5, 7.6, 7.8, 7.13 Diskussionsuppgifter: 7.12, 7.13