Termodinamika in elektromagnetika
v poučevanju: dnevnik predavanj
torek, 22. 5. 2018, 2 uri: (predvidoma)
- notranji upor in gonilna napetost vira
- tok skozi kondenzator pri praznjenju in
polnjenju; napetost kot funkcija časa
- STATIČNO MAGNETNO POLJE
- viri: permanentni magneti, elektromagneti
- definicija in merjenje magnetnega polja, tipične
vrednosti
- Thomsonov eksperiment
- Hallov pojav
sreda, 16. 5. 2018, 4 ure:
- Kirchoffov izrek o napetostih
- zgled: vezje z več viri napetosti in več
tokovnimi zankami
- električni upor pri zaporedni in vzporedni
vezavi
- POSKUS: imamo dve žarnici, 40 W in 100 W; katera
žarnica sveti močneje pri vzporedni in katera pri zaporedni vezavi
- zgled: račun za omenjeni poskus
- merjenje napetosti in toka: kako merjenje
vpliva na izmerjene vrednosti, ko v vezje vežemo voltmeter/ampermeter
- povečanje obsega ampermetra in voltmetra
torek, 15. 5. 2018, 2 uri:
- ELEKTRIČNI TOK
- ocena povprečnega časa med dvema trkoma za
prevodniške elektrone v bakru in povprečne proste poti
- vpliv temperature na upor snovi: prevodnik,
polprevodnik, izolator
- POSKUS: Ohmov zakon pri kovini, ki se ali pa se
ne segreje
- POSKUS: prevodnost polprevodniške diode v
zaporni smeri
- POSKUS: prevodnost žarečega stekla
- električna moč
- Kirchoffov izrek o tokovih
- Kirchoffov izrek o napetostih
sreda, 9. 5. 2018, 4 ure:
- Dielektrik v električnem polju
- dielektrik v kondenzatorju in kapaciteta kondenzatorja
- zgled: električno polje, naboj, napetost in
kapaciteta kondenzatorja, v katerega vtaknemo dielektrik, in je enkrat
priključen na vir napetosti, drugič pa ne
- POSKUS: merjenje napetosti na kondenzatorju, v
katerega vtaknemo dielektrik, in je enkrat priključen na vir napetosti,
drugič pa ne
- tipične vrednosti konstante dielektričnosti
- uvedba polarizacije, gostote električnega
polja
- Gaussov zakon v prisotnosti dielektrika
- uvedba električne susceptibilnosti
- jakost električnega polja v okolici točkastega
naboja v dielektriku
- prebojna jakost električnega polja – zakaj
pride do preboja med kroglama (ali špicama) pri nižji napetosti kot med
vzporednima ploščama
- ELEKTRIČNI TOK
- definicija električnega toka, ampera
- hitrost prevodniških elektronov zaradi
termičnega gibanja
- hitrost premikanja prevodniških elektronov v
kovini v električnem polju
- karakteristični čas prostega gibanja
prevodniških elektronov (= čas med dvema zaporednima trkoma)
- posplošen zapis Ohmovega zakona (z gostoto el.
toka in električnim poljem) in specifična prevodnost
- vpeljava specifične upornosti ter prevodnosti
in upora
- tipične vrednosti specifične upornosti
torek, 8. 5. 2018, 2 uri:
- Snov v električnem polju
- Prevodnik v električnem polju
- zgled: število elektronov, ki so na voljo za
prenos
- ponovitev definicije elektrostatike
- influenca, influencirani
naboj
- POSKUS: Faradayeva kletka s plazemsko kroglo
in elektroskopom
- POSKUS: ločitev in merjenje influenciranega naboja v električnem polju
- Dielektrik v električnem polju
- odziv polarnih in nepolarnih molekul na
zunanje električno polje
- dielektrik v kondenzatorju ter električno
polje in napetost
sreda, 25. 4. 2018, 2 uri:
- (Električni) Kondenzator in kapaciteta
- druge geometrije kondenzatorjev:
- cilindrični
- sferični
- izolirana sfera
- vzporedna in zaporedna vezava kondenzatorjev
- energija in gostota energije električnega polja
- zgled: ploščatemu kondenzatorju razmikamo
plošče; enkrat je priključen na vir napetosti, drugič ne
- POSKUS: napetost in električno polje v
ploščatem kondenzatorju med razmikanjem plošč
- Snov v električnem polju
- tok v snovi glede na vrsto snovi
torek, 24. 4. 2018, 2 uri:
- Elektrostatična potencialna energija in
elektrostatični potencial
- električni potencial več nabojev
- zgled: električni potencial treh točkastih
nabojev
- električni potencial zvezno porazdeljenega
naboja
- gibanje električno nabitega delca v homogenem
električnem polju
- primerjava jakosti elektrostatske
in gravitacijske sile
- (Električni) Kondenzator in kapaciteta
- ploščati kondenzator:
- jakost električnega polja
- elektrostatični potencial
- vpeljava kapacitete
sreda, 18. 4. 2018, 2 uri:
- Elektrostatična potencialna energija in
elektrostatični potencial
- elektrostatična potencialna energija točkastega
naboja v polju drugega točkastega naboja
- vpeljava el. potenciala in el. napetosti
- POSKUS: merjenje elektrostatičnega potenciala
med ploščama kondenzatorja
- elektronvolt
- grafična ponazoritev potenciala –
ekvipotencialne ploskve za:
- točkast naboj
- električni dipol
- žico
- homogeno električno polje
torek, 17. 4. 2018, 2 uri:
- Električna poljska jakost
- primeri zvezno porazdeljenega naboja:
- linearna
- ploskovna
- prostorska
- POSKUS: merjenje jakosti električnega polja z
merilnikom na mlinček
- električni pretok
- vpeljava in analogija z volumskim pretokom
- električni pretok skozi sklenjeno ploskev – kontinuitetna enačba za naboj
- zgled: električni pretok skozi valj
- Gaussov zakon
- zgled: dipol
- izračun jakosti el. polja za:
- točkast naboj
- enakomerno nabito dolgo žico
- enakomerno nabito ravnino
- enakomerno nabito (izolatorsko) kroglo:
znotraj in zunaj krogle
sreda, 11. 4. 2018, 2 uri:
- Coulombov zakon
- za naboje, ki niso v koordinatnem izhodišču
- Električna poljska jakost
- koncept polja
- vpeljava polja s silo na testni naboj
- ponazoritev električnega polja: + in – točkasti
naboj, dipol in polje dveh enakih nabojev, polje enakomerno nabite
ravnine
- električno polje točkastega naboja
- načelo superpozicije električnega polja
- električno polje dipola – glej rešitev pri
Matematičnih metodah v fiziki 1
- električno polje zvezno porazdeljenega naboja
torek, 10. 4. 2018, 2 uri:
- Toplotni stroji
- POSKUS: hladilni stroj – delovanje in
učinkovitost
- ELEKTROSTATIKA
- pojav električne sile – zgodovinsko
- POSKUS: električni naboj – plasitčna
in steklena palica, privlačna in odbojna sila, elektroskop, kroglica med
ploščama kondenzatorja
- električni naboj mikroskopsko
- električni prevodniki in izolatorji
- influenca, influenciran
naboj
- Coulombov zakon
- načelo superpozicije elektrostatske
sile
sreda, 4. 4. 2018, 2 uri:
- Toplotni stroji
- idealni toplotni stroj – diagram energijskih
tokov
- Carnotov toplotni stroj, izkoristek
- POSKUS: Stirlingov toplotni stroj, žejna raca
- hladilni stroji
- Carnotov hladilni stroj, učinkovitost
torek, 3. 4. 2018, 2 uri:
- Entropija
- Termodinamska vpeljava
- entropijski zakon – splošni zapis
- izračun entropije pri tipičnih reverzibilnih
sprememba
- izračun entropije pri ireverzibilnih
spremembah
- Statistično-mehanska vpeljava
- izpeljava na primeru Hirnovega
poskusa
- zgled: verjetnost, da so vsi delci v izbrani
strani posode, kot funkcija števila delcev
- POSKUS: beli in temni fižolčki v škatli s
pregrado
- Toplotni stroji
- Kaj so?
- POSKUS: dva parna stroja
sreda, 28. 3. 2018, 2 uri:
- Sevanje
- ocena povprečne temperature na Zemlji
- ocena toplotne moči, ki jo seva človek
- POSKUS: kolo z lamelnimi trakovi, svetlobni
mlinček
- Entropija
- Termodinamska vpeljava
- VIDEI: reverzibilne in ireverzibilne spremembe
- termodinamska vpeljava entropije
- zgled: entropija je funkcija stanja
- entropijski zakon; primeri za reverzibilne in
ireverzibilne spremembe
torek, 27. 3. 2018, 2 uri:
- Prenos toplote – vrste
- Prevajanje
- zgled: prevajanje toplote skozi dve različni
snovi zaporedno – nadaljevanje in vpeljava toplotnega upora
- POSKUS: z voskom prilepljene kroglice na
različne toplotne prevodnike
- Konvekcija
- POSKUS: kartonska kača na grelni plošči,
vrtiljak nad svečami
- izpeljava spremembe gostote snovi zaradi
spremembe temperature
- zgled: vlek v dimniku
- toplotni tok pri konvekciji
- Sevanje
- Stefan-Boltzmannov zakon, konstanta
- emisivnost, albedo
- stacionarno stanje in toplotni tok pri sevanju
- solarna konstanta
sreda, 21. 3. 2018, 2 uri:
- Vlažni zrak
- absolutna vlažnost, relativna vlažnost
- merjenje absolutne in relativne vlažnosti
- POSKUS: psihrometer
in merjenje relativne vlažnosti
- zgled: vlažen zrak ogrejemo; kolikšna je nova
relativna vlažnost
- Prenos toplote – vrste
- Prevajanje
- toplotni tok, gostota toplotnega toka
- toplotna prevodnost
- tipične vrednosti
- zgled: prevajanje toplote skozi dve različni
snovi zaporedno – nadaljevanje sledi prihodnjič
torek, 20. 3. 2018, 2 uri:
- Fazne spremembe
- Ravnovesna stanja sistema iz ene čiste snovi
- fazni diagram za snovi z običajno in z anomalno gostoto
- Odvisnost vrelišča (tališča) od tlaka
- POSKUS: vretje vode pri znižanem tlaku
- izpeljava Clausius-Clapeyronove enačbe
- izpeljava zveze med spremembo ps in spremembo T pri prehodu kapljevina – plin
- zgled: vrelišče vode na Triglavu
- POSKUS: Papinov lonec – vrelišče pri zvišanem
tlaku
- izpeljava zveze med spremembo tališča in
spremembo tlaka pri prehodu trdna snov – kapljevina
- zgled: sprememba tališča ledu pod drsalkami
- Mešanica plinov
- Vlažni zrak
- delni tlak suhega zraka in vodne pare
sreda, 14. 3. 2018, 2 uri:
- Kinetična teorija plinov
- odvisnost cV od T za dvoatomni plin (vodik)
- tipične vrednosti cV
za pline z različnim številom atomov in primerjava z realnimi vrednostmi
- Fazne spremembe
- posplošitev pojma »fazni prehod«
- terminologija v zvezi s faznimi prehodi med
trdno snovjo, kapljevino in plinom
- potek temperature pri faznih prehodih
- potek temperature pri metastabilnih
stanjih (pregreta, podhlajena kapljevina)
- potek temperature pri hlajenju stekla – ni
platoja v grafu T(t) ali T(Qdov)
- Ravnovesna stanja sistema iz ene čiste snovi
- graf p(V) z vsemi značilnostmi
- POSKUS: implozija pločevinke z vodno paro
torek, 13. 3. 2018, 2 uri:
- Kinetična teorija plinov
- translacijska kinetična energija
- povprečna prosta pot
- (porazdelitev hitrosti delcev – Maxwellova
porazdelitev)
- TD spremembe na mikroskopskem nivoju –
adiabatna sprememba
- SIMULACIJA: adiabatna sprememba na
mikroskopskem nivoju
- notranja energija in specifična toplota enoatomnega plina
- notranja energija in specifična toplota eno-, dvo- in večatomnih plinov
sreda, 7. 3. 2018, 2 uri:
- Idealni plin
- TD spremembe idealnega plina in energijskegi zakon
- Izotermna atmosfera
- Adiabatna atmosfera
- povišanje temperature in pri adiabatnem vžigu
in vnetišče bombaža
- Kinetična teorija plinov
- plinski zakon za en sam delec
- POSKUS: model termičnega gibanja delcev s
kroglicami in EM vzbujevalnikom
- SIMULACIJA: termalizacija
molekul pri termičnem gibanju (Java)
- povezava tlaka in temperature s povprečjem
kvadrata hitrosti delcev
- kinetična energija delca plina pri dani
temperaturi plina
torek, 6. 3. 2018, 2 uri:
- Idealni plin
- TD spremembe idealnega plina in energijskegi zakon
- adiabatna sprememba; izpeljava vseh treh zvez
med p, V in T
- POSKUS: adiabata in
primerjava z izotermo
- delo pri adiabatnem razpenjanju
- POSKUS: adiabatni vžig vate
- ekspanzija v vakuum – Hirnov
poskus
sreda, 28. 2. 2018, 2 uri:
- Idealni plin
- Avogadrovo število in množina snovi
- intenzivne in ekstenzivne fizikalne količine
- izpeljava splošne plinske enačbe
- zapis plinskega zakona in splošne plinske
konstante
- gostota pri plinskem zakonu; ZGLED: gostota
zraka pri normalnih pogojih
- izpeljava temperaturnega koeficienta
prostorninskega raztezka za plin iz plinske enačbe
- TD spremembe idealnega plina in energijskegi zakon
- izotermna sprememba, POSKUS: graf izoterme
- izohorna spremeba
- izobarna sprememba in zveza med cp
in cV ter uvedba razmerja cp/cV
torek, 27. 2. 2018, 2 uri:
- Termično raztezanje/krčenje
- Energijski zakon – 1. zakon termodinamike
- segrevanje snovi z delom
- POSKUS: Joulov poskus
- teminologija: sistem, okolica, stanje sistema, ravnovesno
stanje, toplotno izoliran sistem, termodinamske
spremenljivke
- energijski zakon v diferencialni obliki
- delo in toplota pri plinih: »aparat« za prikaz
TD sprememb
- delo pri plinih, prikaz p-V grafih, delo ni TD spremeljivka
- Posebni primeri 1. zakona TD:
- adiabatni proces
- izohorni proces
- krožna sprememba
- Idealni plin
- Gay-Lussacov zakon
- Boyleov zakon
- Avogadrovo število in množina snovi
sreda, 21. 2. 2018,
2 uri:
- Termično raztezanje/krčenje
- prostorninski raztezek
- pri plinih
- pri trdnih snoveh
- Toplota
- vpeljava toplote
- toplotna kapaciteta
- specifična toplota
- specifična molarna toplota
- toplota pri faznih prehodih
- talilna toplota
- izparilna toplota
- toplota pri kemijskih spremembah
- Energijski zakon – 1. zakon termodinamike
torek, 20. 2. 2018, 2 uri:
- TERMODINAMIKA
- Kaj je termodinamika?
- Temperatura
- POSKUSI: bimetalni trak, termočlen,
kapljevinski termometer, plinski termometer, tekočekristalna
folija
- temperatura <> toplota
- 0. zakon termodinamike
- ravnovesno <> stacionarno stanje
- umeritev termometra (Celzijeva, Fahrenheitova in
Kelvinova skala)
- POSKUS: bimetalni termometer s kazalcem
- Termično raztezanje/krčenje
- linearni raztezek
- POSKUS: tri kovinske cevi segrevamo s paro
- prostorninski raztezek
POSKUS:
kapljevinski termometer – volumsko raztezanje vode