Fyzika – je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů. Násobky jednotek název
značka
hodnota
kilo
k
1000
mega
M
1000000
giga
G
1000000000
tera
T
1000000000000
Tělesa a látky Tělesa – jsou všechny objekty kolem nás. Mají tvar a objem. (...) Látky – jsou materiály, ze kterých se skládají tělesa. Mohou být ve skupenství pevném, kapalném, plynném. (….)
Tvar a objem těles Pevná tělesa – mají stálý tvar a objem. Tvar je možné změnit za použití velké síly. Kapalná tělesa – mají nestálý tvar, ale stálý objem. Tvar je závislý na tvaru nádoby, ve které se kapalina nachází. Plynná tělesa – mají nestálý tvar i objem. Objem těles měříme v litrech nebo v m3. 1 m3 = 1 000 l = 1 000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3 1 dm3 = 1 l = 0,001 m3
Vlastnosti pevných látek Dle účinků působící síly můžeme pevné látky rozdělit na: – křehké –
tvárné
–
pružné
Tvrdost - je definována jako odpor látky proti vnikání jiného tělesa.
–
Kovy jsou pevné látky charakteristické dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí a kovovým leskem.
V technické praxi se nejčastěji používá železo a jeho zušlechtěná podoba – ocel.
Vlastnosti kapalných a plynných látek Kapalné látky (kapaliny) – mají tvar dle nádoby – lze je přelévat – hladina kapaliny se ustálí ve vodorovné poloze – kapalné těleso má stálý objem – kapalné látky jsou prakticky nestlačitelné Plynné látky – jsou rozpínavé vyplní celý prostor – jsou stlačitelné
Částicové složení látek
Pevné látky – –
mezi částicemi pevných látek působí velké přítažlivé a odpudivé síly, které způsobují, že pevné látky lze obtížně dělit a deformovat. lze rozdělit dle uspořádání částic ze kterých se skládají na:
1. Krystalické látky – mají částice pravidelně uspořádané do tzv. Krystalické mřížky – vznikají odpařením nebo ztuhnutím (led, sůl, modrá skalice, ocel, ..) 2. Amorfní látky – částice mají uspořádány nepravidelně (sklo, vosk, asfalt,...)
Kapalné látky – – –
částice mají uspořádané nepravidelně částice na sebe působí přítažlivými a odpudivými silami přítažlivé síly jsou menší než u pevných látek
Plynné látky – – –
částice mají uspořádané nepravidelně částice na sebe působí přítažlivými a odpudivými silami přítažlivé a odpudivé síly jsou menší než u kapalných látek
Stavba látek – atom, molekula, prvek, sloučenina Všechny látky se skládají z velmi malých částic: • atomů • molekul – vznikají sloučením dvou a více atomů
Prvky – jsou látky, které jsou složeny z atomu jednoho druhu. Sloučeniny – jsou láky složené ze stejných molekul.
Atom elektronový obal
neutrony
-
jádro atomu
protony
+
N
+
N
elektrony
-
Model atomu helia
Atom se skládá z atomového jádra tvořeného protony a neutrony a elektronového obalu tvořeného elektrony. Atom má vždy stejný počet protonů a elektronů a je tedy elektricky neutrální. Elektron e– částice se záporným elektrickým nábojem (-1,602 . 10-19 C) – hmotnost me = 9,1 . 10-31 kg Proton p+ – částice s kladným elektrickým nábojem (1,602 . 10-19 C) – hmotnost mp = 1,67 . 10-27 kg Neutron n0 – částice bez elektrického náboje – elektricky neutrální – hmotnost mn = 1,67 . 10-27 kg
Difúze –
samovolné pronikání částic jedné látky mezi částice látky druhé .
Brownův pohyb –
neustálý a neuspořádaný pohyb částic
Iont –
je atom, který má různý počet protonu a elektronů. Není tedy elektricky neutrální. Elektron lze z atomu uvolnit dodáním energie (třením, zahřátím,...).
Kladný iont (počet protonů > počet elektronů) – je atom který má více protonů než elektronů (přišel o jeden či více elektronů) Záporný iont (počet protonů < počet elektronů) – je atom který má více elektronů než protonů (přijal jeden či více elektronů)
Elektroskop – přístroj sloužící k indikaci elektrického náboje
Magnetické vlastnosti látek Magnet – je těleso, které ve svém okolí vytváří magnetické pole. Magnety dělíme na
- přírodní (magnetovec) - umělé (vyrobeny z feritů)
Magnetické pole – se projevuje silovými účinky na magnety a feromagnetické látky umístěné v jeho dosahu. – zobrazujeme pomocí indukčních čar, které nám zobrazují směr silového působení magnetického pole. – se objevuje vždy tam, kde se pohybují elektricky nabité částice
Feromagnetické látky – jsou přitahovány magnety (železo, kobalt, nikl, ocel,...) Souhlasné póly magnetu se odpuzují a opačné přitahují.
Magnetka – magnet zhotovený z tenkého ocelového plechu otáčivý kolem své osy.
Magnetizace látky - je jev při kterém se těleso z feromagnetické látky umístěné v magnetickém poli stane magnetem (zmagnetuje se).
Magneticky měkká látka – po zániku vnějšího magnetického pole přestává být magnetem.
Magneticky tvrdá látka – po zániku vnějšího magnetického pole zůstává trvalým magnetem.
Magnetické pole Země odkaz do učebnice –
je podobné magnetickému poli tyčového magnetu.
–
nás chrání před kosmickým zářením a slunečním větrem.
–
nám umožňuje pomocí kompasu určovat světové strany.
Kompas je přístroj jehož základem je magnetka.
Fyzikální veličiny –
jsou vlastnosti těles, které můžeme změřit nebo spočítat.(délka, hmotnost, objem, teplota, hustota, …..)
Každá fyzikální veličina má značku, číselnou hodnotu a jednotku. Např. hmotnost:
m = 14 kg Značky vám jistě známých fyzikálních veličin Fyzikální veličina
Značka
hmotnost
m
délka
d, l, s, h, ...
čas
t
objem
V
teplota
T
obsah
S
rychlost
v ϱ
hustota
Soustava SI (zkratka z francouzského Le Système International d'Unités)
–
je mezinárodně domluvená soustava jednotek fyzikálních veličin, která se skládá ze: – základních jednotek –
odvozených jednotek (jednotky odvozené ze základních jednotek např. jednotka objemu m3 = m.m.m)
–
násobků a dílů jednotek
Základní jednotky Jednotka
Značka jednotky
Fyzikální veličina
metr
m
délka
kilogram
kg
hmotnost
sekunda
s
čas
ampér
A
elektrický proud
kelvin
K
Termodynamická teplota
mol
mol
Látkové množství
kandela
cd
Svítivost
Násobky jednotek název
značka
hodnota
deka
da
10
hekto
h
100
kilo
k
1000
mega
M
1000000
giga
G
1000000000
tera
T
1000000000000
název
značka
hodnota
deci
d
0,1
centi
c
0,01
mili
m
0,001
mikro
µ
0,000001
nano
n
0,000000001
piko
p
0,000000000001
Díly jednotek
Délka - je fyzikální veličina, která nám říká jaká je vzdálenost mezi dvěma místy. Pro označení délky používáme různá písmena, nejčastěji: d, l, s, h, … Základní jednotkou délky je metr Naměřenou délku místnosti zapíšeme: l = 5,4 m Metr je definován v soustavě SI jako vzdálenost, kterou urazí světlo ve vakuu za 1/299792458 s. Nejčastěji používané násobky a díly pro jednotku metr: Název
Značení
Metrů
kilometr
km
1000
decimetr
dm
0,1
centimetr
cm
0,01
milimetr
mm
0,001
mikrometr
µm
0,000001
1 km = 1 000 m = 10 000 dm = 100 000 cm = 1 000 000 mm = 1 000 000 000 µm 1 m = 0,001 km = 10 dm = 100 cm = 1 000 mm = 1 000 000 µm km
m 1000
dm 10
cm 10
mm 10
Nemetrické jednotky délky používané v současnosti v USA: ( uvádím pouze pro zajímavost)
Legua 4828,032 m Míle
1609,4 m
Yard
0,9144 m
Stopa 0,3048 m Palec 0,0254 m Příklady na převody jednotek 30 dm =
m
3,4 dm =
cm
4,5 km =
m
3,4 dm =
mm
450 mm =
m
3,4 dm =
m
230 cm =
m
780 mm =
m
64 cm =
mm
43 m =
cm
550 m =
km
µm 1000
Měření délky – –
porovnávání rozměrů těles se stupnicí na délkových měřidlech provádíme délkovými měřidly (pásmo, metr, posuvné měřítko, mikrometr)
Měření posuvným měřítkem: http://zvlasak.net/odyss_v1.htm
Chyba měření Při měření může dojít k chybě měření jejíž velikost by neměla být větší než ½ nejmenšího dílku na měřidlu.
Úkol: Zjistěte pomocí doma běžně dostupných měřidel tloušťku jednoho listu v učebnici fyziky.
Objem V –
patří mezi odvozené jednotky a udává nám jak velký prostor těleso zabírá.
–
základní jednotkou objemu je metr krychlový: m = m . m . m (tato jednotka je odvozena z jednotky délky)
–
značíme písmenem V
–
můžeme určovat:
3
1. Výpočtem pomocí vzorců 2. Pomocí odměrných válců a různých odměrek 3. Pomocí speciálních měřidel (v domácnosti: vodoměr, plynoměr)
Těleso o objemu 1 m3 si lze představit jako krychli o délce hrany 1m.
1m
1
m
1m
V = 1 m3
1 m3 = 1 000 dm3 = 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3 Pro určení objemu kapalin, plynů a vnitřních prostor se často používá jednotka litr.
1 l = 1 dm3 1000 l = 1 m3 Používané díly jednotky litr
1 l = 10 dl = 100 cl = 1000 ml decilitr decilitr
1 dl = 0,1 l
centilitr
1 cl = 0,01 l
mililitr
1 ml = 0,001 l
centilitr
mililitr
Hmotnost m –
patří mezi základní fyzikální veličiny.
–
značíme písmenem m
–
měřící přístroj pro určování hmotnosti se nazývá váha.
Základní jednotkou hmotnosti je kilogram - kg Kilogram kg –
je definován jako hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, který je uložen v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy v Severes u Paříže.
–
patří mezi základní jednotky SI
Používané jednotky hmotnosti miligram
mg
1 mg = 0,001 g
gram
g
1 g = 1000 mg = 0,001 kg
kilogram
kg
1 kg = 1000 g = 1 000 000 mg
metrický cent q
1 q = 100 kg
tuna
1 t = 10 q = 1000 kg
t
1 t = 10 q = 1 000 kg = 1 000 000 g = 1 000 000 000 mg
× t
10
q
100
kg
1000 g
1000 mg
÷
Hustota –
je odvozená fyzikální veličina
–
označujeme ji řeckým písmenem (ró)
–
její základní jednotkou je
kg m3
Hustotu tělesa určíme, když jeho hmotnost vydělíme jeho objemem. hustota=
hmotnost objem
m ρ= V Postup výpočtu hustoty: – převedeme hmotnost na základní jednotky (kg). – převedeme objem na základní jednotky (m3) –
dosadíme v základních jednotkách hmotnost a objem do vzorce ρ =
–
provedeme výpočet (vydělíme hmotnost objemem)
–
u výsledku nezapomeňte uvést jednotky
kg m3
Vzorové řešení výpočtu hustoty: Vypočítejte hustotu dřevěného tělesa o objemu 1500 dm3 a hmotnosti 0,75 t. V = 1500 dm3 = 1,5 m3 m = 0,75 t = 750 kg =?
ρ= ρ=
m V
750 1,5
ρ =500 Hustota dřevěného tělesa je 500 kg/m3.
kg m3
m V
Hustoty látek Látka Asfalt Azbest Bakelit Beton Bronz Celuloid Cihla Cín Cukr Čedič Diamant Dřevo (balsa) Dřevo (dub) Dřevo (jasan) Dřevo (jedle) Dřevo (mahagon) Dural Grafit (tuha) Guma Hliník Hořčík Kámen (žula) Kaolín Keramika Klíh Korek Kosti Křemen Křemík Křída Kůže Led Lidské tělo po nadechnutí Lidské tělo průměr Lidské tělo po vydechnutí Měď Mosaz Mramor Nikl Nylon, polyamid Ocel Olovo Pájka Papír Parafín Pískovec Platina
Hustota [kg.m-3] 1300 2 100-2 800 1300 2 300-2 400 7 800-8 800 1400 1 800-2 400 7310 1600 2900 3500 100-300 630-720 560-640 480-560 700 2800 2100 960-1 300 2700 1740 2600 2200 2 000-3 000 1270 150-200 1 700-2 000 2600 2330 1 800-2 600 850-1 000 916,8 945 985 1025 8960 8 400-8 750 2 600-2 900 8900 1100 7850 11340 8 170-11 340 700-1 100 870-930 1 900-2 700 21450
Látka Plexisklo Porcelán PVC Rašelina Rula Sklo Stříbro Sůl kuchyňská Šedá litina Teflon Titan Uhlík Vápenec Vosk Woodův kov Wolfram Země Zinek Zlato Železo Žula
Hustota [kg.m-3] 1180 2 100-2 400 1 200-1 500 330-410 2 400-2 700 2 400-2 800 10500 2160 7250 2 100-2 300 4540 2250 2 000-2 900 950-980 9700 19300 5515 7140 19320 7870 2 600-2 900
Výpočet hmotnosti z hustoty a objemu tělesa Odvození vzorce pro výpočet hmotnosti z již známeho vztahu pro výpočet hustoty: m ρ= .V obě strany rovnice vynásobýme V V m ρ⋅V = ⋅V na pravé straně rovnice se nám V vykrátí V ρ⋅V =m
m= ρ⋅V hmotnost = hustota . objem Vzorové řešení úlohy Unese žák 1. třídy zlatou cihlu o objemu 5 000 cm3? Hustota zlata je V = 5000 cm3 = 0,005 m3 kg ρ =19320 3 m m = ? kg
ρ =19320
kg . m3
m= ρ⋅V m=19320⋅0,005 m=96,6 kg
Žák 1. třídy zlatou cihlu o objemu 5 000 cm3 neunese, protože její hmotnost je 96,6 kg.
Čas t – – – –
je základní fyzikální veličina značíme písmenkem t základní jednotkou času je sekunda, označujeme ji písmenkem s měření času provádíme pomocí hodin
Násobné a dílčí jednotky času a jejich vztah k základní jednotce: minuta
1 min = 60 s
hodina
1 h = 60 min = 3600 s
den
1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s
rok
365 dnů 5 hodin 48 min 45,7 s
milisekunda 1 ms = 0,001 s mikrosekunda 1 µs = 0,000001 s Příklady: 120 min
=
h
360 s
=
min
2,5 d
=
h
1,5 d
=
min
180 min
=
s
Teplota –
je základní fyzikální veličinou soustavy SI.
Označení T – pro teplotu uváděnou v kelvinech [K] t – pro teplotu uváděnou ve stupních celsia [°C] Převod mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí: bod varu vody
373,15 K = 100 °C
bod tání ledu (tuhnutí vody)
273,15 K = 0 °C
absolutní nula 0 K = -273,15 °C (teplota při které ustane tepelný pohyb částic) Měřící přístroj k určování teploty se nazývaný teploměr. Teploměry lze rozdělit dle funkčního principu na: 1. Kapalinový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti kapaliny(rtuť, líh apod.). 2. Bimetalový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá bimetalový (dvojkovový) pásek složený ze dvou kovů s různými teplotními součiniteli délkové roztažnosti. Při změně teploty se pásek ohýbá a tento pohyb se přenáší na ručku přístroje. 3. Odporový teploměr - teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče na teplotě. Speciální součástka, která slouží i k teplotně závislé regulaci se nazývá termistor.
Délková a objemová roztažnost Při zvyšování teploty se rozměry těles a tím i jejich objem zvětšuje a při ochlazování zmenšuje. Objem a rozměry těles z různých látek se za stejných podmínek změny teploty mění různě – mají různý součinitel délkové a objemové teplotní roztažnosti. (viz pokus se zahříváním ocelové a mosazné tyče)
Bimetal (dvojkov) –
je pásek ze dvou kovů o různých tepelných roztažnostech (ocel, mosaz).
–
při změně jeho teploty dochází vlivem různé tepelné roztažnosti každého z kovu k jeho ohnutí. (viz pokus)
Využití bimetalu: –
teploměr, termostat, elektrický jistič, tepelná pojistka.
Síla F [N] –
je odvozená fyzikální veličina.
–
sílu označujeme písmenkem F.
–
jednotkou síly je newton značíme písmenkem N
–
k měření síly se používá siloměr.
–
má vždy působiště, velikost a směr.
Zápis síly o velikosti 5 newtonů: F = 5 N Používané násobky pro jednotku N: 1 kN = 1 000 N 1 MN = 1 000 000 N Účinky síly na těleso 1. Pohybové - působením síly lze těleso uvést do pohybu, nebo ho zastavit, nebo změnit směr pohybu tělesa. 2. Deformační – působením síly můžeme těleso zdeformovat dočasně nebo trvale.
Znázornění síly Sílu znázorňujeme pomocí orientované úsečky. Její velikost určuje velikost síly. Je nutné zvolit vhodné měřítko např. 1 cm odpovídá 1 N. Počátek úsečky nazýváme působištěm síly.
Elektrický obvod –
je vodivé spojení elektrických součástek nebo prvků, jako např. spínačů, žárovek, zvonků apod.
Schéma jednoduchého elektrického obvodu Základní elektrický obvod obsahuje zdroj, vypínač a spotřebič. Jednotlivé součásti, ze kterých se skládá elektrický obvod, jsou propojeny pomocí vodičů.
Elektrický obvod skládající se z elektrického článku, vodičů, spínače a žárovky.
Vodiče a izolanty – elektrické vodiče jsou látky, které jsou schopné dobře vést elektrický proud jsou elektricky vodivé (různé kovy), mají dostatečné množství volných nositelů náboje (u kovů volných elektronů) – elektrické izolanty jsou látky, které nejsou schopny vést elektrický proud, jsou elektricky nevodivé (např. plast, sklo nebo guma), nemají volné nositele elektrického náboje. – vodné roztoky mohou vést elektrický proud – vzduch je za normálních podmínek nevodivý, vodivým se může stát jen za určitých podmínek např. během bouřky (blesk). Elektrický proud I [A] – je základní fyzikální veličina. – je uspořádaný pohyb částic s elektrickým nábojem. – označujeme písmenem I – jeho jednotkou je ampér značíme A – měříme ampérmetrem Elektrické napětí U [V] – je fyzikální veličina (udává rozdíl množství náboje na dvou místech např. na kladném a záporném pólu článku) – označujeme písmenem U – jednotkou je volt značíme V – měříme voltmetrem Zdroje napětí – galvanický článek – akumulátor – generátor
