ELEKTRICITET I MAGNETIZAM

1.Elektrostatika Elektrostatika je dio nauke o elektricitetu u stanju mirovanja.Tijelo moe ima jednu od dvije vrste naelektrisanja: pozitivno i negativno. Istoimena naelektrisanja se odbijaju a raznoimena privlae. Mjerna jedinica za koliinu naelektrisanja je Kulon (C)Elektroskop je ureaj kojim se utvruje da li je neko tijelo naelektrisano, kojom vrstom elektriciteta i kojom koliinom.

Elektrostatika silaKulonov zakon: Sila uzajamnog djelovanja dvije takaste koliine elektriciteta direktno je proporcionalna tim koliinama elektriciteta a obrnuto proporcionalana kvadratu njihovog rastojanja. ( u vakumu i vazduhu) - relativna permitivnost sredineRelativna permitivnost neke sredine pokazuje koliko je puta sila uzajamnog djelovanja dva naelektrisanja manja u toj sredini nego u vakumu.

Elektrino poljeProstor oko naelektrisanog tijela u kojem se oituje djelovanje na druga naelektrisana tijela zove se elektrino poljeJaina elektrinog polja u nekoj taki brojno je jednaka sili kojom to polje djeluje na jedininu koliinu elektriciteta u toj taki ( vakum i vazduh) ( druge sredine) 1.Elektrini potencijal i naponElektrini potencijal je fizika veliina koja se koristi za skalarno opisivanje elektrinog polja.Potencijal elektrinog polja u nekoj taki brojno je jednakpotencijalnoj energiji jedininog probnog naelektrisanja. .Sila elektrinog polja vri rad i premjeta naelektrisanje iz jedne take u drugu. Taj rad rauna se po formuli Napon izmeu dvije take elektrinog polja je jednak radu koji izvre sile pri premjetanju nalektrisanja iz jedne take u drugu. Elektrini napon je razlika potencijala uzmeu dvije take elektrinog polja Mjerna jedinica elektrinog potencijala i elektrinog napona je Volt (V)Homogeno elektrino polje je polje koje ima istu jainu u svim takama.Veza izmeu homogenog elektrinog polja i elektrinog napona d- rastojanje izmeu ploa.Rad sile elektrinog polja pri premjetanju naelektrisanja q od jedne ploe do druge raunamo po formuli A=qEd

Kretanje naelektrisanih estica u elektrinom poljuKada se naelektrisana estica nae u elektrinom polju jaine E na nju djeluje elektrostatika sila F=qE. Prema drugom Njutnovom zakonu estica e dobiti naelektrisanje Brzinu koju dobije estica moemo odrediti iz zakona o odranju energije

Elektrini kapacitet provodnikaElektrini kapacitet provodnika brojno je jednak koliini elektriciteta koju treba dovesti provodniku da bi mu se potencijal poveao za jedinicu.Kapacitet oznaavamo sa C, mjerna jedinica je farad(F), a raunamo ga po formuli Sistem od dva provodnika koji moe primiti veu koliinu elektriciteta nego kad su odvojeni naziva se elektrini kondezator. 2.U tehnici kondezatori imaju veliku praktinu primjenu. Prema obliku mogu biti ploasti, sferni i cilindrini.Ploasti kondezator se sastoji od dvije paralelne ploe, naelektrisane istom koliinom elektriciteta suprotnog smjera. Elektrini kapacitet ploastog kondezatora zavisi od povrine jedne od ploa S i razmaka izmeu njih d. ako se izmeu ploa nalazi neki dielektrik, tada je kapacitet provodnika Kondezatore moemo vezati serijski i paralelnoUkupni kapacitet paralelno vezanih kondezatora je Ukupni kapacite serijski vezanih kondezatora je

2. Elektrina strujaPrenoenje naboja, gustina strujeElektrina struja je usmjereno kretanje naelektrisanih estica.Smjer elektrine struje je smjer elektrinog polja, to je smjer kretanja pozitivnog naelektrisanja. Obzirom na smjer struja moe biti naizmjenina i jednosmjerna.Jaina elektrine struje brojno je jednaka koliini elektriciteta koja protekne kroz presjek provodnika u jedinici vremena.Jainu struje oznaavamo sa I, mjerna jedinica je amper (A) a raunamo je po formuli Gustina struje brojno je jednaka jaini elektrine struje po jedinici povrine poprenog presjeka provodnika.Gustinu struje oznaavamo sa j, mjerna jedinica je amper po kvadratnom metru (, a raunamo po formuli .

Omov zakon. Elektrini otporElektrini otpor je odnos elektrinog napona i jaine struje koja tee kroz provodnik. Elektrini otpor oznaavamo sa R, mjerna jedinica za elektrini otpor je om().Provodnik ima elektrini otpor od 1 kada kroz njega protie struja od 1A pri razlici potencijala od 1V izmeu njegovih krajeva. 3.Elektrini otpor provodnika zavisi od duine provodnika, poprenog presjeka S i materijala od kojeg je napravljen provodnik. Omov zakon za dio provodnika: jaina elektrine struje u provodniku direktno je proporcionalna naponu na njegovim krajevima, a obrnuto proporcionalna njegovom otporu .Omov zakon za kolo strujeUreaj koji odrava stalnu razliku potencijala u toku proticanja elektrine struje naziva se izvor elektrine struje.Za stalno proticanje elektrine struje potrebno je da postoji zatvoreno strujno kolo. Osnovni elementi strujnog kola su: elektrini izvor , potroa elektrine energije R, provodnici koji vezuju potroae sa elektrinim izvorom i prekida koji ukljuuje ili iskljuuje strujno kolo.Svaki elektrini izvor karakterie elektromotorna sila izvora i unutranji otpor r.Elektromotorna sila izvora brojno je jednaka radu spoljanjih sila za prenoenje koliine elektriciteta sa nieg na vii potencijal. .Ako kroz kolo protie struja onda se u kolu javlja pad napona, kako na spoljanjem otporu R tako i na unutranjem otporu r. Pad napona na spoljanjem dijelu kola je , a na unutranjem . Zbir padova napona na unutranjem dijelu kola i spoljanjem dijelu kola jednak je elektromotornoj sili izvora =Omov zakon za strujno kolo glasi: jaina struje u zatvorenom kolu proporcionalna je elektromotornoj sili a obrnuto proporcionalna zbiru svih otpora u kolu

Kirchoffova pravilaKirchoff je dao dva pravila koja se zasnivaju na zakonu odranja koliine elektriciteta i Omovom zakonu.Prvo Kirchoffovo pravilo glasi: Zbir jaina struje koje utiu u jedan vor jednak je zbiru jaine struje koje izlaze iz vora. . Algebarski zbir jaina struje u svakom voru jednak je nuli .Drugo Kirchoffovo pravilo glasi: Algebarski zbir svih elektromotornih sila u zatvorenoj strujnoj konturi jednak je zbiru svih padova napona u toj konturi 4.

Vezivanje elektrinih otpornikaElektrine otpornike moemo vezati serijski i paralelnoVie otpornika veemo serijski tako da kraj prvog veemo za poetak drugog, kraj drugog za poetak treeg i tako redom. Kod serijski vezanih otpornika jaina struje kroz sve otpornike je ista, tj. I=constUkupni otpor kod serijski vezanih otpornika jednak je zbiru pojedinih otpora Kod paralelno vezanih otpornika struja se grana na onoliko dijelova koliko imamo otpornika. Ukupna jaine struje jednaka je zbiru jaina struje kroz svaki otpornik. Kod paralelno vezanih otpora reciprona vrijednost ukupnog otpora jednaka je zbiru recipronih vrijednosti pojedinih otpora

Rad i snaga elektrine strujeKada kroz neki provodnik tee elektrina struja elektroni se kreu sa mjesta gdje im je potencijal vei ka mjestu gdje im je potencijal manji. Rad sile elektrinog polja koji se izvri pri pomjeranju neke koliine elektriciteta iz jedne take u drugu jednak je proizvodu iz te koliine elektriciteta i razlike potencijala u tim takama A=qU. Ako su napon i jaina struje stalni onda moemo pisati da je q=It, tada je A=UitRad elektrine struje jednak je proizvodu napona, jaine struje i vremena proticanja.Snaga elektrine struje jednaka je izvrenom radu u jedinici vremena. U toku proticanja elektrine struje kroz neki provodnik elektrina energija se pretvara u toplotu. Osloboene koliina toplote u provodniku jednaka je proizvodu otpora provodnika, kvadrata jaine struje i vremena proticanja - Dul- Lencov zakon

3. Magnetizam Magnetno polje stalnih magneta, magnetska indukcijaMagnet je tijelo koje ima sposobnost da privlai eljezna tijela. Magneti mogu biti prirodni i vjetaki. Prirodni magnet je ruda eljeza magnetit. Vjetaki magneti se dijele na stalne i elektromagnete. Stalni magneti izrauju se od posebnih eljeznih legura i trajno zadravaju magnetna svojstva. Elektromagneti su magneti samo dok kroz njih tee elektrina struja, to su zavojnice sa jezgrom od mekog eljeza. Svaki magnet ima dva pola, sjeverni i juni. 5.Magnetno polje je prostor u kome se opaa jednog magneta na druge magnete. Magnetno polje prikazujemo magnetnim silnicama, magnetne silnice uvijek izlaze iz sjevernog pola (N) i uviru u juni pol(S)Magnetni fluksje skup linija sile magnetnog polja. Gustina magnetnog fluksa je magnetna indukcija. Magnetna indukcija B brojno je jednaka magnetnom fluksu po jedinici povrine -magnetni fluks (Wb-veber) B-magnetna indukcija (T-tesla)Pored veliine magnetna indukcija koristi se i veliina jaina magnetnog polja, magnetna indukcija i jaina magnetnog polja povezane su relacijom B=H H- jaina magnetnog polja (A/m- amper po metru)- permeabilnost sredine linije sile magnetskog polja pravolinijskog provodnika su koncentrini krugovi ije su ravni okomite na pravac strujeMagnetnska indukcija pravolinijskog provodnika u nekoj taki direktno je proporcionalno jaini struje kroz provodnik a obrnuto proporcionalna rastojanju posmatrane take od provodnika Magnetnu indukciju krunog provodnika raunamo po formuli Magnetnu indukciju soleneida raunamo po formuli N- broj namotaja, I-jaina struje, l-duina provodnika

Amperova i Lorencova sila

Sila uzajamnog djelovanja magnetskog polja i strujnog provodnika naziva se elektromagnetska ( Amperova ) sila 6.Amperova sila jednaka je proizvodu jaine struje kroz provodnik I, magnetska indukcije B i duine provodnika Za odreivanje smjera elektromagnetske sile koristi se pravilo lijeve ruke.Kada naelektrisana estica uleti u magnetno polje tada magnetno polje djeluje na naelektrisanu esticu silom F=qvB ( Lorencova sila). estica se kree po krunoj putanji pa je centripetalna sila jeednaka Lorencovoj sili

4. Elektrodinamika Naizmjenina strujaElektrina struja ija se jaina i smjer periodino mijenjaju u toku vremena, naziva se naiznjenina struja. Ureaji pomou kojih se proizvodi naizmjenina struja nazivaju se generatori, njihov rad zasnovan je na elektromagnetskoj indukciji.Kod naizmnjenine struje ne moemo govoriti o stalnoj jaini struje i napona, zato to se njihova vrijednost periodino mijenja, nego govorimo o trenutnoj vrijednosti

-kruna frekvencija T-period, f-frekvencija

Otpori u kolu naizmjenine strujeU kolu naizmjenine struje zbog stalnog mijenjanja jaine struje pored termogenog otpora (R) javlja se i induktivni otpor i kapacitivni otporInduktivni otpor se javlja kada se u kolo prikljui zavojnica, a kapacitivni kada je u kolu prikljuen kondenzator.Induktivni otpor je proporcionalan krunoj frekvenciji naizmjenine struje i induktivitetu zavojnice Kapacitivni otpor je obrnuto proporcionalan krunoj frekvenciji i kapacitetu provodnika 7 Omov zakon za kolo naizmjenine strujeUkupan otpor u kolu naizmjenine struje naziva se impedanca (Z)

Fazni ugao izmeu struje i napona raunamo pomou formule Omov zakon za kolo naizmjenine struje ima oblik Proizvod jaine struje i komponente napona koji je u fazi sa strujom je aktivna snaga Ureaji kojima se poveava ili smanjuje naizmjenini napon nazivaju se transformatori. Osnovni dijelivi transformatora su primar-kalem na koji se dovodi naizmjenina struja i sekundar-kalem u kojem se indukuje struja.Jaine struje kroz primar i sekundar odnose se obrnuto naponima na primaru i sekundaru

OPTIKASvjetlost, priroda svjetlostiOptika je dio fizike koja prouava svjetlosne pojave. Optika se dijeli na geometrijsku optiku, talasnu optiku i fotometriju. Geometrijska optika objanjava rad optikih instrumenata, talasna optika prouava prirodu svjetlosti, fotometrija se bavi mjerenjem jaine vidljive svjetlosti koju svjetlosni izvori emituju u prostor.Priroda svjetlosti je dualna- svjetlost je i talasne i korpuskularne prirode zavisno koju pojavu posmatramo.

Fotometrija Fotometrija se bavi mjerenjem svjetlosnih veliina, kao to su jaina svjetlosti, svjetlosni fluks, osvjetljenost.Izvori svjetlosti mogu biti primarni i sekundarni, prirodni i vjetaki. Fotometrija se bavi samo vidljivim dijelom spektra. Sve veliine u fotometriji se uglavnom odnose na takaste svjetlosne izvore. 8 Fluks svjetlosne energije definie se kao energija koju emituje svjetlosni izvor u jedinici vremena. Svjetlosni fluks prestavlja snagu svjetlosnog izvora . Fizikalna jedinica za svjetlosni fluks je vat(W) a subjektivna jedinica za svjetlosni fluks je lumen 1W=683lm.Jaina svjetlosti I nekog svjetlosnog izvora je svjetlosni fluks koji taj izvor zrai u jedinini prostorni ugao Jedinica za prostorni ugao je steradijan (sr), a za jainu svjetlosti je kandela (cd)Osvjetljenost je kolinik svjetlosnog fluksa koji pada na neku povrinu i te povrine Lambertov zakon: Osvjetljenost neke take na povrini srazmjerna je jaini izvora svjetlosti i kosinusu ugla izmeu pravca svjetlosnog izvora i normale na povrinu, a obrnuto srazmjerno kvadratu rastojanja

Osnovni zakoni geometrijske optikeGeometrijska optika se zasniva na etiri osnovna zakona1. Zakon pravolinijskog prostiranja svjetlosti2. Zakon nezavisnosti prostiranja svjetlosnih zraka3. Zakon odbijanja svjetlosti ( upadni ugao jednak je prelomnom)4. Zakon prelamanja svjetlosti ( sinusi upadnog i prelomnog ugla obrnuto su proporcionalni odgovarajuim indeksima prelamanja )Indeks prelamanja neke sredine je odnos brzine svjetlosti u vakumu i toj sredini

KVANTNA FIZIKAToplotno zraenje Tijelo koje na svakoj temperaturi potpuno apsorbuje zraenje svih talasnih duina naziva se idealno crno tijelo.Ukupni intezitet zraenja idealno crnog tijela je Postoje dva zakona zraenja crnog tijela1. Wienov zakon pomjeranja: talasna duina na kojoj je intezitet zraenja maksimalan, obrnuto je proprcionalna apsolutnoj temperaturi 9 2. Stefan-Bolcmanov zakon: Ukupni intezitet zraenja idealnog crnog tijela proporcionalan je etvrtom stepenu apsolutne temperature

Plankov zakon zraenjaPlank uvodi hipotezu da se energija ne emituje kontinuirano ve diskontunirano u odreenim konanim iznosima koji se nazivaju kvanti. Svaki kvant nosi odreenu koliinu energije =hf f-frekvencija h=Ukupna emitovana energija jednaka je cjelobrojnom umnoku energije jednog kvanta E=nhf

Fotoelektrini efekatFotoelektrini efekat je pojava emisije elektrona sa povrine metala kada se obasja svjetlou.Kod fotoefekta uoene su pojave:1. Jaina fotostruje proporcionalna je jaini svjetlosti2. Kinetika energija izbijenih elektrona ne zavisi od jaine svjetlosti ve samo od njene frekvencijeFotoelektrini efekat objasnio je ajtajn 1905.godineEnergija fotona je E=hf. Energija koju mora posjedovati elektron da bi napustio metal jednak je izlaznom radu . Prema zakonu ouvanja energije vai Da bi dolo do fotoefekta svjetlost mora imati neku minimalnu frekvenciju koja se zove granina frekvencija 10

Zadaci 1.

Na kolikom rastojanju su dva naboja u vakumu ako je sila meudjelovanja F=5,5N, .1. Dva jednaka takasta naboja, nalaze se na rastojanju 3m i privlae se silom od 0,4N u vazduhu. Odredi veliinu svakog naboja .1. Odredi veliinu takastog naboja ako je na udaljenosti 9cm jaina polja u vazduhu 1. Elektrino polje obrazuje takasti naboj od 400nC, koji je smjeten u transformatorsko ulje , relativne permeabilnosti 2,5. Odredi potencijal i jainu elektrinog polja na udaljenosti 20cm od naboja.1.

Koliki je napon na krajevima provodnika otpora 5, ako kroz njegov presjek svake sekunde protekne elektrona, .1. Izraunaj otpor cekasa ice duine 2m i povrine presjeka . Specifini otpor cekasa je .1. Odredi pad napona na aluminijskogm provodniku duine 500m, povrine presjeka , specifinog otpora . Jaina struje kroz provodnik je 1,5A.1. Dva otpornika od 1 i 2, vezana su serijski i prikljuena na napon od 12 V. Odredi a) jainu struje kroz otornike b) napon na krejevima svakog otpornika.1. Magnetni fluks kroz okomitu povrinu iznosi . Kolika je jaina magnetnog polja.1. Magnetna indukcija unutar solenoida isnosi 1,2mT, odredi jainu struje kroz namotaje solenoida ako on ima 820 namotaja i duinu 64cm. 1. Svjetlosni zrak pada iz vazduha na povrinu tenosti pod uglom , a prelama se pod uglom . Kolika je brzina svjetlosti u toj tenosti1. Na dnu jezera je zaboden tap visine 1,25m. Odredi duinu sjene tapa na dnu jezera ako zraci padaju pod uglom 381. Na povrinu volframa pada zraenje sa talasnom duinom 220nm, odredi maksimalnu brzinu fotoelektrona ako je izlazni rad volframa 4,56eV. 1. Izlazni rad elektrona iz cinka iznosi 4,2eV. Koliki je potreban zaustavni napon da bi zaustavio fotoefekat ako se cink obasja svjetlou talasne duine 1,2 PHz