Fizyka

Podbój kosmosu – pierwsze kroki

Posted on November 20, 2008 by admin

Temat :
PODBÓJ KOSMOSU

Niewiele jest osób które potrafią powiedzieć cokolwiek o ?pionierach? lotów kosmicznych, i mało znane są nazwiska uczonych, którzy stworzyli oraz rzetelnie i naukowo opracowali idee lotów kosmicznych – wyprzedzając swoją epokę.
Najwięcej osób wymieniłoby postać Konstantego Ciołkowskiego. – autor pracy “Badania przestrzeni kosmicznej za pomocą urządzeń odrzutowych” z roku 1903.
Konstantin Edwardowicz Ciołkowski (Konstanty Ciołkowski) ur. 5 września 1857 w Iżewskoje w obwodzie riazańskim, który był synem polskiego zesłańca, uczony polskiego pochodzenia, wynalazca i twórca teorii lotu rakiet. Z zawodu był nauczycielem matematyki i fizyki. Idee techniczne wysunięte przez Ciołkowskiego stanowią podstawę działania wszystkich, historycznych i współczesnych, silników rakietowych, rakiet i statków kosmicznych.
Opracował projekt metalowego sterowca (1887).
W 1894 roku wykonał projekt samolotu jednopłatu o konstrukcji praktycznie stosowanej 15 lat później.
W 1897 roku zbudował pierwszy w Rosji tunel aerodynamiczny i opracował technikę pomiarów aerodynamicznych.
W 1900 roku przeprowadził badania oporu aerodynamicznego różnych ciał.
W 1903 roku ogłosił w artykule “Issledowanije mirowych prostranstw rakietiwnymi priborami” teorię lotu rakiety z uwzględnieniem zmiany masy (pierwsza poważna praca z dziedziny astronautyki).
Wprowadził tzw. liczbę Ciołkowskiego – jeden z podstawowych parametrów charakteryzujących konstrukcję rakiety, rakiety nośnej, bądź pocisku rakietowego. Jest zdefiniowana, jako masa rakiety z pełnym zapasem paliwa do masy własnej rakiety, tj. bez paliwa.
W roku 1903 Konstanty Ciołkowski w artykule wyłożył teorię lotu rakiety z uwzględnieniem zmiany masy (pierwsza poważna praca z dziedziny astronautyki). W roku 1929 Ciołkowski opracował teorię ruchu rakiet wielostopniowych w ziemskim polu grawitacyjnym. Zaproponował zastosowanie w rakietach stabilizatorów żyroskopowych, chłodzenie komory spalania silnika rakietowego składnikami paliwa. Po raz pierwszy w dziejach podał podstawy teorii silnika rakietowego na paliwo ciekłe. Zaprojektował wiele rakietowych mieszanek paliwowych. Na podkreślenie zasługuje fakt, że Ciołkowski opracował podstawy lotów
kosmicznych, zanim jeszcze bracia Wright wykonali pierwszy w świecie lot samolotem.

Cytaty z wypowiedzi naukowca :
…. Człowiek musi za wszelką cenę pokonać grawitację Ziemi i mieć w rezerwie przestrzeń, przynajmniej Układu Słonecznego…

…Ludzie są teraz słabi, a mimo to przekształcają powierzchnię Ziemi. W ciągu milionów lat ich możliwości wzrosną w takim stopniu, że zmienią powierzchnię Ziemi, jej oceany, atmosferę, i samych siebie. Będą kontrolowali klimat i Układ Słoneczny tak, jak kontrolują Ziemię. Będą podróżowali poza granicę naszego systemu planetarnego.; dotrą do innych słońc i używać będą ich świeżej energii zamiast energii swojej umierającej gwiazdy…

…Ziemia jest kolebką ludzkości, ale nikt nie zostaje w kołysce na wieki.

Druga ważną postacią jest Ary Sternfeld jako pionier współczesnych lotów orbitalnych i międzyplanetarnych. A jest to postać niezwykła.
Ary Sternfeld urodził się w rodzinie żydowskiej w Sieradzu 14 maja 1905 roku. Warsztat mechaniczny tak zafascynował małego chłopca że został inżynierem mechanikiem. W gimnazjum Ary interesował się przedmiotami przyrodniczymi. W tych latach przeprowadził część obliczeń uwzględniających wpływ grawitacji Księżyca i planet na ruchy ciał w Układzie Słonecznym. Po uzyskaniu matury rozpoczął studia na Uniwersytecie Jagiellońskim 1923 – 1924Po trzech latach, ukończył studia uzyskując dyplom inżyniera mechanika 27 lipca 1927 r. Ukończył Instytut w Nancy z drugą lokatą na 31 dyplomantów. Nie ustaje oczywiście w swoich marzeniach o lotach kosmicznych. Podczas wspinaczki w Alpach wpadł na pomysł zbudowania robota, który wykonywałby za człowieka trudne i niebezpieczne zadania w kosmosie i na Ziemi. Projekt był gotowy w 1932 roku. Zaprezentował go w ZSRR, bowiem liczył, że tam właśnie będzie najwięcej szans na praktyczną realizację projektu. Później podczas stałego pobytu w Moskwie złożył 3 formalne wnioski patentowe w związku z tym pomysłem. W latach 1928 – 1930 studiował na Sorbonie. Wstąpił na uczelnię z zamiarem zrobienia doktoratu w dziedzinie lotów kosmicznych. dopiero w roku 1929 miał okazję zapoznać się z pracami Ciołkowskiego a od 1930 datuje się korespondencja obu uczonych. Chcąc zapoznać szeroką opinię publiczna z kosmonautyką Sternfeld napisał artykuł w prasie francuskiej. Udowadniał w nim, że tylko przy pomocy rakiet można wyzwolić się z grawitacji ziemskiej. Omówił zjawiska fizjologiczne występujące w czasie lotu rakiety. Zapoznał czytelników z zasadą działania silnika rakietowego i jego zastosowania. Nawiązał do prac teoretycznych Ciołkowskiego, Goddarda, Ensault – Pelterie, Obertha i Hofmanna. Na zakończenie stwierdził, że największe szanse na urzeczywistnienie projektów astronautycznych widzi w Związku Radzieckim (okazał się dobrym prorokiem). Do roku 1932 zebrał dużo materiału i dokonał wielu wyliczeń dla udokumentowania swych tez i zamierzał przystąpić do pisania pracy doktorskie na ten temat. Ostatecznie po wielu trudnościach teoria lotów kosmicznych zyskała uznanie i uczony otrzymał za nią Międzynarodową Nagrodę Astronautyczną.
W 1932 Sternfeld przebywał w Moskwie gdzie wysłuchano go z entuzjazmem. Uznał, że tam będzie najbardziej odpowiedni klimat do kontynuowania pracy. Decyzję tę umacnia korespondencja z K. Ciołkowskim. Ary Sternfeld wyprzedził swoją epokę, snując fantastyczne idee.
Dla naukowców stał się jednym z najwybitniejszych współtwórców teorii lotów kosmicznych. Dla przeciętnych ludzi marzycielem o lotach człowieka w kosmos. Nigdy jednak nie żył w oderwanie od realiów życia i nauki. Nie uznawał fantastyki nie dającej się opisać aparatem matematycznym. Ma w swoim dorobku 8 książek, 85 ich wydań, ok. 400 artykułów. Jego prace przetłumaczono na 36 języków
Bardzo wiele sztucznych satelitów i statków załogowych weszło na orbity sternfeldowskie (do roku 1966 ponad 150 obiektów). Po latach trudów i niechęci nadeszła era satysfakcji. W 1960 r. Sternfeld został Członkiem Honorowym Lotaryńskiego Towarzystwa Naukowego.

Obydwaj naukowcy korespondowali ze sobą . Wymieniali się swoimi ?teoriami?- osiągnięciami, spostrzeżeniami i poglądami.
Niestety do spotkania z Ciołkowskim nie doszło z powodu jego choroby i śmierci 19.IX.1935 roku.

Jeszcze kilka nazwisk które wniosły jakąś cząstkę w rozwój badań kosmicznych:

.Robert Hutchings Goddard (1882 – 1945), amerykański konstruktor i wynalazca lotniczy, pionier techniki rakietowej i astronautyki. W latach 1919-43 był profesorem uniwersytetu Clarka w Worcester. Uzyskał 214 patentów za opracowania z dziedziny techniki rakietowej. W 1926 roku odbył się udany start rakiety eksperymentalnej konstrukcji Goddarda.
.Wernher von Braun był głównym inżynierem nazistowskich Niemiec w zakresie prac nad rakietą V2. W ostatnich dniach wojny poprowadził konwój pracowników niemieckiego programu rakietowego do linii amerykańskich, gdzie się poddali i zostali przetransportowani do USA, gdzie pracowali nad rozwojem rakiet amerykańskich (stało się to w ramach operacji Spinacz, gdyż jako naziści nie mogli oficjalnie otrzymać azylu w Ameryce). Von Braun otrzymał amerykańskie obywatelstwo i poprowadził zespół, który stworzył i pomyślnie wystrzelił Explorera 1, pierwszego amerykańskiego satelitę. Później von Braun kierował Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla, gdzie wraz z zespołem opracował rakietę Saturn V, która wyniosła pojazdy załogowe na księżyc.
.Hermann Oberth Niemiecki uczony żył w latach (1894-1989) jeden z pionierów techniki rakietowej i astronautyki. W 1923 opublikował swoją rozprawę doktorską Die Rakete zu den Planetenräumen na temat napędu rakietowego i wykorzystania go do realizacji lotów kosmicznych. pracując nadal nad zagadnieniami napędu rakietowego i lotów kosmicznych. Za pracę Wege zur Raumschiffahrt (1929) uzyskał międzynarodową nagrodę astronautyczną Prix R.E.P.-Hirsch. Był konsultantem ośrodka rakietowego w Peenemunde, pracował nad pociskiem V2.
. Reinhold Tilling Był współpracownikiem Hermana Obertha
Siergiej Korolow, do którego osiągnięć należy rakieta R-7 i program Sojuz, który jest aktywny po dziś dzień. Korolow stał za pierwszym satelitą, pierwszym mężczyzną, pierwszą kobietą na orbicie, a także za pierwszym spacerem kosmicznym. Do chwili śmierci, jego tożsamość pozostawała ściśle strzeżoną tajemnica. Nawet jego matka nie wiedziała, że jest on odpowiedzialny za stworzenie radzieckiego programu kosmicznego.

Początek ery załogowych lotów kosmicznych datuje się na 12 kwietnia 1961 roku, kiedy na pokładzie statku kosmicznego WOSTOK I wystrzelono kosmonautę radzieckiego Jurija Gagarina(1934-1968). Jego statek wykonał okrążenie Ziemi w 90 minut. Po katapultowaniu się ze statku, który opadł na ziemię, Gagarin wylądował na spadochronie.
Stany Zjednoczone były drugim krajem, który wysłał człowieka w przestrzeń okołoziemską. 20 lutego 1962 roku na pokładzie kapsuły kosmicznej FRIENDSHIP 7 w kosmos został wystrzelony John Glenn.
Wkrótce po nim kosmonauta Herman Titow dokonał 17 okrążeń Ziemi.

W grudniu 1968 roku NASA odniosła wielki sukces, gdy wysłała Apolla 8. Lot Apolla 8 był pierwszą wyprawą ludzi na większą odległość od własnej planety, połączoną z oblotem Księżyca w odległości zaledwie setek kilometrów.
Po raz pierwszy człowiek miał okazję spojrzenia bezpośrednio na powierzchnię innego ciała niebieskiego z tak małej odległości. Korzystając z tego członkowie wyprawy Apolla 8 wykonali m. in. serię dokładnych, barwnych zdjęć powierzchni Księżyca mających nieocenioną wartość poznawczą, a także praktyczną-pomogły one w wyborze miejsc lądowania przyszłych ekspedycji. Członkami załogi Apolla 8 byli Frank Borman, James Lovell i William Anders.

Zanim zdecydowano się na wyprawę na powierzchnię Srebrnego Globu, dokonano wielu prób między innymi na orbicie satelitarnej Ziemi przećwiczono poszczególne fazy wyprawy księżycowej w warunkach naśladowanych. Apollo 10 skierowano na orbitę parkingową, opasującą Księżyc. Przebywał on na niej przez ponad 60 godzin. W tym czasie astronauci Th. Stafford i E. Cernan oddzielili lądownik LM, w którym przebywali, od statku Apollo i wykonali manewr poprzedzający normalne lądowanie na Księżycu. Zbliżyli się wtedy do powierzchni tego ciała niebieskiego na odległość zaledwie 15 km .

Historyczny lot na powierzchnię Księżyca zapoczątkowano 16 lipca 1969 roku. Lądowanie N.Amstronga i E.Aldrina nastąpiło 20 lipca. Lądownik LM opadł na powierzchnię Srebrnego Globu na wielkiej równinie Mare Tranquillitatis w kierunku wschodnim od krateru Sabine. Załogę statku Apollo 11 tworzyli doświadczeni piloci armii Stanów Zjednoczonych: Neil Amstrong, Michael Collins i Edwin ?Buzz? Aldrin. Fazy lotów wszystkich statków Apollo są podobne do siebie, chociaż poszczególne misje różnią się w szczegółach.

21 lipca 1969 roku astronauta Neil Armstrong opuścił pojazd księżycowy statku kosmicznego Apollo 11, który kilka godzin wcześniej wylądował na powierzchni Księżyca. Przebywał on tam 3 godziny. Miliony ludzi na całym świecie usłyszały jego słowa: “Dla człowieka to jeden mały krok, a dla ludzkości ogromny krok naprzód”. Wkrótce potem dołączył do niego Buzz Aldrin. Był to jeden z najważniejszych momentów w historii badania przestrzeni kosmicznej. Po raz pierwszy istoty ludzkie postawiły stopę w innym świecie. Obaj lunonauci odziani byli w specjalne skafandry chroniące ich przed szkodliwym oddziaływaniem skrajnie obecnego środowiska. Na plecach nosili oni układy życiodajne, utrzymujące właściwą atmosferę we wnętrzu skafandrów i zabezpieczające odpowiednią klimatyzację. Układy te pozwalały na przebywanie poza kabiną lądownika przez okres do 4,5 godzin. Obaj lunonauci rozstawili też na powierzchni Mare Tranquillitatis przyrządy wchodzące w skład zestawu EASEP(Zestaw pierwotny naukowej aparatury doświadczalnej Apollo). Był to układ sejsmometrów biernych PSEP oraz zwierciadło do odbijania promieniowania laserowego wysyłanego z Ziemi.

W statku Wostok 6 poleciała w kosmos pierwsza kobieta – Rosjanka Walentina Tiereszkowa (16 czerwca 1963 roku).

Dla nas Polaków, dzień 27 czerwca 1978r. nabrał szczególnego znaczenia. W dniu tym pierwszy Polak, mjr dypl. Pil. Mirosław Hermaszewski znalazł się w Kosmosie. Wraz z kosmonautą radzieckim płk Piotrem Klimukiem wystartował statkiem ?SOJUZ 30? z kosmodromu Bajkonur, aby w dn. 28.06.1978r. przejść do stacji ?SALUT 6? i przystąpić do wykonywania doświadczeń i badań przewidzianych programem. Cały czas lotu naszego kosmonauty- podobnie jak radzieckiego- wypełniony był pracą. W programie badań przeważała tematyka medyczno- biologiczna, na drugim planie znalazły się badania dla polskich fizyków, na trzecim- dla technologów, poza tym badano atmosferę i powierzchnię Ziemi oraz urządzenia opracowane w ramach programu ?Interkosmos?

Myślę, że mimo tak wielkich osiągnięć i ogromu pracy włożonej w badania kosmosu ludzkość jest dopiero na początku drogi do poznania tajemnicy wszechświata, nie mówiąc już o jego podboju, mimo że od zarania dziejów właśnie o tym marzą i naukowcy i zwykli ludzie

Bibliografia:

1.Encyklopedia Powszechna PWN
2.Świat Wiedzy
3.Świat Nauki
4.Focus

Posted in Referaty | Leave a comment

Laser

Posted on November 20, 2008 by admin

Wyraz laser jest skrótem pełnej angielskiej nazwy mechanizmu jego działania: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – wzmacnianie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Laser jest urządzeniem wytwarzającym światło różniące się bardzo od zwyczajnego. Czym różni się światło lasera od zwykłego? Zwyczajne światło, które widzimy jako białe, w rzeczywistości jest mieszaniną wielu różnokolorowych promieni o różnych długościach fali. Natomiast światło lasera jest monochromatyczne (jednobarwne), czyli składa się wyłącznie z promieni o jednakowej długości fali i jest widoczne w postaci wiązki o bardzo czystym kolorze. Fale zwykłego światła rozchodzą się w sposób nieregularny, ich wierzchołki i doliny nie są ze sobą zgodne, natomiast światło lasera jest spójne, czyli składa się wyłącznie z promieni o identycznej długości fali, biegnących w tym samym kierunku i zsynchronizowanych ze sobą. Daje to bardzo duży efekt wizualny. Zwykłe światło rozchodzi się ze źródła w różnych kierunkach. Dlatego średnica plamy światła latarki na ścianie jest tym większa, a jasność tej plamy tym mniejsza, im dalej odsunie się latarkę od ściany. Wiązka światła lasera natomiast nie rozszerza się i pozostaje spójna nawet na bardzo długim dystansie. Na amerykańskim promie kosmicznym z łatwością można odebrać wiązkę laserową, skierowaną do niego z Ziemi z odległości 300 km. Nawet na tak długiej drodze rozszerza się ona bardzo niewiele. Dzięki swojej spójności, natężeniu i monochromatyczności laser nadaje się do widowiskowych efektów w dyskotekach i rozświetlania nieba nad miastami na specjalne okazje.
Wnętrze lasera półprzewodnikowego. W pobliżu środka znajduje się komora pompująca z ośrodkiem laserującym. W tym laserze do pompowania ośrodka laserującego stosuje się lampę błyskową. Światło lasera opuszcza system, przechodząc przez szereg soczewek skupiających je w wąską wiązkę. W laserach wykorzystuje się dwoisty charakter światła, które zachowuje się i jak fala, i jak cząsteczki. Najmniejsza cząstka światła nosi nazwę fotonu. Fotony zachowują się trochę jak fale, trochę jak cząstki. Każdy foton niesie pewną ilość energii. W laserze atomy lub cząsteczki oddają część swojej energii w postaci fotonów świetlnych. Ale żeby ją oddać, muszą zostać najpierw wzbudzone, czyli wprowadzone na wyższy poziom energetyczny. W laserze uprzednie doprowadzanie energii odbywa się na przykład przez włączenie prądu elektrycznego. Nazywa się to “pompowaniem” lasera. Doprowadzona energia gromadzi się w ośrodku laserującym i zostaje zużyta do wzbudzenia, czyli wprowadzenia na wyższy poziom energetyczny jego atomów. Atomy zawsze mają skłonność do przechodzenia do najniższego poziomu energetycznego wkrótce, więc niektóre z nich oddadzą nadmiar energii przez wysłanie fotonu. Fotony te zderzają się z innymi atomami, pobudzając je z kolei do emisji następnych fotonów, których liczba szybko narasta w lawinowej reakcji. Reakcję tę potęgują lustra na obu końcach rury, odbijając fotony tam i z powrotem, pobudzając coraz więcej atomów do emisji światła

Użytkownicy laserów muszą je bardzo starannie dobierać do swoich potrzeb, ponieważ każdy emituje światło o jednej tylko szczególnej długości fali i określonym zakresie mocy, przystosowanym do danego zadania. Chociaż istnieją setki różnych laserów, to nie ma lasera uniwersalnego. Spójne światło lasera jest nie tylko widowiskowe, ale i bardzo użyteczne, ponieważ można nim bardzo dokładnie sterować. Naukowcy i inżynierowie znaleźli wiele sposobów wykorzystywania specyficznych właściwości światła lasera. Dzięki swoim właściwościom promieniowanie laserowe nadaje się idealnie do przesyłanie sygnałów światłowodami. Sygnałami tymi mogą być rozmowy telefoniczne, a także inne dane i informacje, którym nadaje się formę krótkich impulsów świetlnych. Silna, nierozszerzająca się wiązka światła laserowego jest doskonałym narzędziem do wyznaczania prostych linii na duże odległości oraz do bardzo dokładnego pomiaru odległości. Spójny strumień światła lasera nadaje się także do tworzenia hologramów – obrazów trójwymiarowo odwzorowujących oryginał i dających się oglądać z różnych stron. Łatwość szybkiego włączania i wyłączania lasera pozwala na kierowanie dużych i precyzyjnie odmierzonych “porcji” energii na bardzo małe powierzchnie. Dzięki tym właściwościom lasery są doskonałymi narzędziami do cięcia, wiercenia i spawania. Za pomocą luster odbijających światło lasera moc wiązki laserowej może być kierowana do miejsc trudno dostępnych.
Od czasu wynalezienia w roku 1960, lasery umożliwiły rozwiązanie tysięcy różnych problemów w nauce, przemyśle i w naszym codziennym życiu. W przemyśle i w medycynie szerokie zastosowanie znalazły lasery gazowe. Przez wiele lat był to najbardziej rozpowszechniony typ lasera. Laser z dwutlenkiem węgla jest ważnym narzędziem przemysłowym do cięcia, spawania i do obróbki powierzchni. Ten typ lasera jest także używany przez chirurgów do operacji. Specjalny rodzaj lasera, laser ekscymerowy, emituje impulsy o bardzo dużej mocy i czasie trwania kilku nanosekund. Lasery ekscymerowe emitują światło ultrafioletowe, niewidoczne dla ludzkiego oka. Są one bardzo ważnymi narzędziami do produkcji niezmiernie małych obiektów, jak mikroukłady półprzewodnikowe. Laserów półprzewodnikowych, w których jako ośrodek laserujący stosuje się nieprzewodzące prądu elektrycznego ciała stałe, używa się na różne sposoby w przemyśle do obróbki materiałów. Przykładem lasera z ciała stałego jest laser rubinowy. Wiązkę jego światła można wprowadzić do światłowodu, umożliwiając doprowadzenie mocy do miejsc w inny sposób niedostępny. Lasery półprzewodnikowe różnią się od innych laserów. Nie mając rur wypełnionych ośrodkiem laserującym, składają się z cieniutkich płytek kryształów, emitujących światło, gdy zostaną złożone razem. Lasery półprzewodnikowe są często używane w czytnikach kodów paskowych przy kasach w supermarketach i w odtwarzaczach płyt kompaktowych. Lasery barwnikowe, w przeciwieństwie do większości rodzajów laserów, są zdolne do emisji światła o kilku różnych długościach fali. W danym momencie mogą one jednak emitować światło o jednej tylko barwie. W tych laserach ośrodkiem laserującym są cząsteczki barwnika rozpuszczone w cieczy. Struktura tych barwników jest bardzo skomplikowana i umożliwia im emisję światła o wielu różnych długościach fali. Za pomocą zwierciadeł i soczewek wewnątrz lasera “dostraja się” go w taki sposób, że działa tylko w wąskim zakresie długości fali. Laserów barwnikowych używa się w wielu dziedzinach nauki.
Lasery gazowe i półprzewodnikowe wytwarzają ciągłą wiązkę światła. Nazywa się to działaniem z falą ciągłą, czyli CW (Continuous Wave). Inne rodzaje laserów, półprzewodnikowe i ekscymerowe, działają impulsowo. Ich światło laserowe jest wytwarzane w impulsach. Lasery impulsowe mogą wytwarzać krótkie impulsy o dużej mocy za pomocą techniki trybu blokowania lub przełączania Q. W trybie blokowania potężne impulsy tworzy się przez wymuszanie zgodnego ruchu wszystkich fotonów w przód i w tył z tą samą częstotliwością, zanim światło zostanie zwolnione. Przy przełączaniu Q pomiędzy ośrodkiem laserującym a półprzepuszczalnym lustrem (pokrytym materiałem nie całkiem odbijającym) jest umieszczona przesłona. Uniemożliwia ona ucieczkę energii i przyczynia się do zwiększenia gromadzącej się w ośrodku porcji energii. Gdy przesłona zostanie otwarta, laser emituje impuls światła o ogromnej energii. Impuls ten trwa przez maleńki ułamek sekundy, ale uderza z wielką siłą. Moc impulsu może osiągać setki tysięcy watów. Jest to wielka moc, jeżeli ją porównać z mocą wiertarki do betonu, która wynosi 400 W.
Najpotężniejsze lasery świata są używane przede wszystkim do badania struktury atomów i reakcji rozszczepienia. Emitują one potężne impulsy energii w zakresie terawatów (bilionów watów) – impulsy te jednak są bardzo krótkie, krótsze od pikosekundy (bilionowa część sekundy). Najpotężniejszy laser brytyjski, nazywający się “Vulcan”, ma moc 50 terawatów, a największy w USA, “Nova” – 10 terawatów. W obu tych laserach ośrodkiem jest szkło.
Mimo, że każdy rodzaj światła rozchodzi się prostoliniowo, światło lasera nadaje się szczególnie do wytyczania prostych linii. Jego intensywna, wąska wiązka nie rozprasza się nawet na bardzo długich dystansach. Podczas drążenia tuneli, czy pod Alpami, czy pod kanałem La Manche, inżynierowie posługiwali się laserami do tyczenia kierunku na duże odległości. Lasery służą także w stoczniach do precyzyjnego dopasowania wielkich fragmentów kadłubów statków, co ułatwia późniejszy montaż. Przy pomiarach bardzo dużych i bardzo małych odległości laserowe urządzenia pomiarowe coraz częściej stają się dla inżynierów i techników niezastąpione.
Geodeci używają przyrządów zwanych dalmierzami laserowymi do bardzo dokładnych pomiarów odległości – od kilku metrów do około 3 km. Wiązka dalmierza laserowego jest kierowana na odbijający cel. A gdy natrafi na lustro, zostaje obita z powrotem do niego. Instrument rejestruje czas, który upłynął od wysłania impulsu świetlnego do jego odbioru, i oblicza z niego odległość do celu.
Laser znalazł swoje zastosowanie również w osprzęcie wojskowym. Podczepiony do broni palnej ułatwia szybkie celowanie.
Pomiar odległości za pomocą światła: Dalmierz laserowy rejestruje czas upływający pomiędzy wysłaniem impulsu świetlnego a odebraniem odbitego od obiektu echo tego impulsu. Wiadomo, że szybkość światła jest stała i wynosi około 300000 km/s. Dystans do obiektu, obliczony z pomnożenia czasu przez szybkość, pojawi się na wyświetlaczu dalmierza. Na tej samej zasadzie działa LIDAR, rodzaj radaru, w którym zamiast fal radiowych stosuje się światło lasera. W tym systemie do pomiaru odległości oddalonych obiektów używa się impulsowych wiązek laserowych. LIDAR zastał wykorzystany do kilku efektownych doświadczeń. W roku 1969, gdy amerykańscy astronauci umieścili odbłyśniki laserowe na powierzchni Księżyca, za pomocą tego systemu zmierzono odległość do Księżyca z dokładnością do kilku centymetrów.
Do pomiarów bardzo małych odległości przydatne okazały się interferometry laserowe. W urządzeniach tych wykorzystuje się inną właściwość światła laserowego, jego spójność i synchronizację fal. W interferometrii laserowej wiązka laserowa jest rozszczepiana na dwie. Każdą z nich kieruje się na inną powierzchnię odbijającą. Obie wiązki maja do przebycia różne drogi, więc gdy spotykają się po odbiciu, są nieco przesunięte w fazie. W wyniku tego powstają naprzemienne układy linii światła i cienia, zwane prążkami interferencyjnymi, na podstawie, których można bardzo dokładnie zmierzyć odległość pomiędzy dwoma punktami. Zastosowanie interferometrów laserowych są bardzo liczne. W przemyśle używa się ich do pomiaru średnicy bardzo cieńkich drucików lub do sprawdzania, czy wymiary produkowanych detali są dokładnie takie jak potrzeba. Interferometry laserowe służą także geologom w badaniach przyczyn trzęsień ziemi przez pomiary bardzo małych przesunięć wzdłuż uskoków pęknięć skorupy ziemskiej. Satelity i samoloty rozpoznawcze zbierają z dalekiej odległości informacje o powierzchni Ziemi. Niektóre ze służących do tego przyrządów opierają się na technice laserowej i korzystają z wysyłanych przez nie wiązek światła o ściśle określonej długości fali i dużym zasięgu. Analizując pochłanianie światła o różnych długościach fali przez chemikalia zawarte w powietrzu, można mierzyć skażenie atmosfery. Niektóre związki chemiczne, pobudzone energią lasera, emitują charakterystyczne dla siebie światło. Zjawisko to nosi nazwę fluorescencji. Posługując się podniebnym laserem o odpowiedniej długości fali świetlnej i rejestrując wywołaną przez niego fluorescencję, naukowcy mogą badać tak różne zjawiska, jak stan zdrowia lasów czy rozmiary plamy ropy naftowej na morzu.
Wczesne wykrywanie trzęsień ziemi: Po trzęsieniu ziemi w roku 1995, które wyrządziło ogromne zniszczenia w mieście Kobe w Japonii, rząd japoński podjął decyzję o budowie sieci stacji laserowych, nazywanej Zwornikiem. Ma ona służyć do obserwacji ruchów skorupy ziemskiej na obszarze Japonii. Zwornik ma dokonywać synchronicznych laserowych pomiarów pozycji satelitów okrążających Ziemię w celu wykrycia, czy zmienia się ich położenie względem siebie. Uważa się, że uzyskane informację pomogą w przewidywaniu trzęsień ziemi
Dźwięk i dane na CD jest przechowywany w formie danych cyfrowych, czyli serii zer i jedynek. Cyfrowy zapis dźwięku nie tylko ułatwia jego bardzo dokładne odtwarzanie, ale także umożliwia dokonywanie w nim zmian za pomocą komputera w celu jego ulepszania oraz wstawiania specjalnych efektów dźwiękowych. Indeksowanie informacji cyfrowych jest łatwe, zatem specjaliści od dźwięku mogą z łatwością odnaleźć dokładnie ten fragment, który ma być przetworzony, a słuchacz w domu może odszukać ścieżkę, której chce słuchać. Zapis dźwięku i danych na CD składa się z ciągu zagłębień – wycinanych za pomocą małego lasera półprzewodnikowego w warstwie metalu pokrywającej plastykowy dysk. Płyta wiruje w napędzie z dużą szybkością, a wiązka światła laserowego jest skupiona na jej płaszczyźnie. Gdy wiązka trafi na zagłębienie zostaje rozproszona, a gdy płaska powierzchnia odbije ją do detektora, wytwarza impuls. Z impulsów tych składa się kod zarejestrowanych danych lub dźwięku. Układ elektroniczny odtwarzacza zamienia ten kod na prąd sygnału elektrycznego, który zostaje przekształcony w dane lub dźwięki.
W miarę jak coraz więcej ludzi używa Internetu, telefonu i faksu, rośnie zapotrzebowanie na łącza telekomunikacyjne. I w tej dziedzinie lasery są pomocne. Kable światłowodowe, przewodzące sygnały w formie impulsów świetlnych o różnej intensywności, przenoszą wielokrotnie więcej informacji, niż tradycyjne miedziane kable telefoniczne. W światłowodowych sieciach telekomunikacyjnych pojedyncze włókno może równocześnie przesyłać tysiące rozmów telefonicznych. Kabel ten składa się ze światłowodów. Te cienkie szklane włókna przewodzą sygnały w formie impulsów światła lasera. Kable światłowodowe umożliwiają przesyłanie jednym przewodem wielu tysięcy rozmów.
Sądzę, iż nawet nie zauważymy jak laser stanie się przedmiotem codziennego użytku w wielu innych dziedzinach życia.

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Energia jądrowa i promieniotwórczość

Posted on November 20, 2008 by admin

Energia jądrowa i promieniotwórczość

Energia jądrowa to rodzaj energii uzyskiwany na drodze rozszczepiania jąder atomowych.
Rozszczepienie jądra atomowego to rodzaj rozpadu promieniotwórczego wzbudzonego jądra atomowego ciężkich pierwiastków na ogół na dwa, czasem na więcej fragmentów, również będących jądrami atomowymi.
Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie mają własności rozszczepienia jąder uranu i plutonu, gdyż izotopy 235U, 233U oraz 239Pu ulegają rozszczepieniu już przy bombardowaniu neutronami o dowolnie małej energii (nawet neutronami termicznymi), podczas gdy większość izotopów ciężkich pierwiastków ulega rozszczepieniu od pewnej progowej energii bombardującego neutronu. Pojedynczy akt rozszczepienia jądra atomowego może w sprzyjających warunkach indukować (poprzez emitowane neutrony) dalsze rozszczepienia, prowadząc do reakcji łańcuchowej, co znalazło zastosowanie w reaktorze jądrowym i broni jądrowej. Ktoś kiedyś powiedział:
„Jakie są argumenty za i przeciw energetyce jądrowej?
- Za: ekologia.
- Przeciw: ekologia.”
Jądro atomowe jest niezwykle skomplikowanym układem kwantowym wielu cząstek zwanych nukleonami, do których zaliczają się proton oraz neutron. Cząstki te mogą tworzyć jądro dzięki oddziaływaniom silnym o małym zasięgu (rzędu wielkości jądra), które ma charakter wymienny. Samo jądro ma wymiary rzędu 10-15 m. Jedną z najważniejszych cech jąder atomowych z punktu widzenia wykorzystania użytkowego jest tzw. defekt masy tj. fakt, że suma mas składników jądra (nukleonów) jest większa od masy samego jądra wyznaczonej doświadczalnie za pomocą metod spektroskopii masowej. Owa brakująca masa jest wykorzystana na energię wiązania jądra zgodnie ze wzorem E=mc2.
Energia wiązania jest to energia potrzebna na rozbicie jądra atomowego na pojedyncze nukleony.
Stabilność jąder atomowych jest zależna od ilości energii wymaganej do jego rozerwania (równej energii wiązania). Gdy jądro atomu przejmuje neutron czy proton musi na nowo przebudować swoją strukturę. Jeżeli w czasie tego procesu energia jest uwalniana, energia wiązania maleje. Jeżeli energia jest absorbowana, energia wiązania rośnie.
W roku 1934 Enrico Fermi i Emilio Segre przeprowadzili doświadczenie, w którym bombardowali uran neutronami. Zaobserwowali rozpady beta. Nie zgadzało się to z dotychczasową wiedzą, ponieważ jak było wiadomo uran rozpadał się z emisją cząsteczek alfa, a nie beta. Tymczasem obserwowano emisję beta. Naukowcom wydawało się więc, iż w wyniku bombardowania neutronami powstają nowe pierwiastki – transuaranowce rozpadające się właśnie w rozpadzie beta.
Reakcja rozszczepienia uranu przebiegającą w wyniku bombardowania powolnymi neutronami:

Innym rodzajem reakcji jądrowych jest reakcja syntezy. Od wielu wieków naukowcy zastanawiali skąd Słońce i inne gwiazdy czerpią swoją energię. Gdyby było to klasyczne spalanie, Słońce zgasłoby po niezbyt długim czasie. W 1938 roku Hans Albrecht Bethe (ur. 1906) stwierdził, iż mechanizmem zapewniającym Słońcu energię jest właśnie synteza jądrowa. Synteza ta miała polegać na łączeniu się dwóch jąder w jedno cięższe jądro z emisją znacznej ilości energii. Reakcje takie mogą zachodzić we wnętrzu gwiazd, czyli w środowisku o bardzo wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Atomy w takich warunkach są silnie zjonizowane i tworzą gorącą plazmę. W takich warunkach zachodzi synteza jąder atomowych i zostaje wyzwolona wielka energia

Czy można wykorzystać syntezę jądrową do wytworzenia energii na Ziemi podobnie jak robi się to ze zjawiskiem rozszczepiania jąder? Tak. Jednak jest to znacznie trudniejsze. Trudno jest zbudować pomieszczenie do otrzymywania i przechowywania bardzo gorącej plazmy. Stosuje się specjalne pułapki magnetyczne, w których w specjalnie dobranych polach magnetycznych więzi się gorące jony. Buduje się specjalne urządzenia zwane tokamakami, w których pracuje się nad syntezą jądrową.
Promieniowanie jądrowe jest to emisja cząstek lub promieniowania elektromagnetycznego (promieniowanie gamma) przez jądra atomów. Promieniowanie zachodzi podczas przemiany promieniotwórczej lub w wyniku przejścia wzbudzonego jądra do stanu o niższej energii. Rodzaj wysyłanego promieniowania oraz jego energia zależy od rodzaju przemiany jądrowej. Najbardziej znane rodzaje promieniowania to: promieniowanie alfa, promieniowanie beta i promieniowanie gamma.
Rozpad promieniotwórczy jest to zjawisko spontanicznej przemiany jądra atomowego danego izotopu w inne jądro. Podstawową własnością rozpadu promieniotwórczego jest brak wpływu fizykochemicznych czynników zewnętrznych na proces. Rozpad promieniotwórczy zachodzi zgodnie z kinetyką I rzędu.
Nasuwa się więc pytanie: Czy energia jądrowa i promieniotwórczość są na tyle bezpieczne, że powinny znaleźć zastosowanie w dzisiejszym świecie? Biorąc pod uwagę bombę atomową z pewnością można stwierdzić, że nie, lecz wyczerpujące się naturalne źródła energii i coraz to większe zapotrzebowanie na nią, zmuszają nas do poszukiwań kolejnych sposobów wytworzenia energii. Wywnioskować można, że jesteśmy niemalże zmuszeni do korzystania z energii atomowej. Jedyny warunek jaki musimy spełnić, to zachowanie szczególnej ostrożności, aby tak wielkie osiągnięcie jakim jest energia jądrowa, była dla nas bezpiecznym sprzymierzeńcem, a nie wrogiem który może zagrozić ludzkości.

Bibliografia:
Internet:
www.library.thinkquest.org
www.gm3.wirtualnyotwock.com.pl
www.chemia.viii-lo.krakow.pl
www.oilpeak.pl
www.kwark.if.pw.edu.pl
www.encyklopedia.naukowy.pl
www.portalwiedzy.onet.pl

Posted in Uncategorized | Leave a comment

Dynamika – powtórka do klasówki

Posted on November 20, 2008 by admin

1.1 I zasada dynamiki Newtona

Ruch bezwładny- występuje wtedy, gdy usunięte zostaną wszystkie opory ruchu. Ciało wprawione w taki ruch będzie się poruszać dowolnie długo. Odbywa się po drodze najkrótszej ze wszystkich możliwych, odbywa się po torze prostoliniowym.
I zasada dynamiki Newtona (prawo bezwładności lub inercji)-
Każde ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, dopóki działanie innych ciał nie zmusi go do zmiany tego stanu. A = F/m

1.2. Inercjalne układy odniesienia i zasada względności

Zasada bezwładności- Istnieją układy odniesienia, zwane układami inercjalnymi, względem, których wszystkie ciała nieoddziaływujące
z innymi ciałami poruszają się jednostajnie prostoliniowo.
Zasada względności Galileusza- Istnieje nieskończenie wiele układów inercjalnych. Wszystkie te układy są równoważne i żaden z nich nie jest wyróżniony za pomocą jakiegokolwiek zjawiska mechanicznego.
Układ inercjalny- to układ odniesienia, który względem innego układu inercjalnego rusza się bez przyśpieszenia.

1.3. Siła

Siła- Miara wzajemnego oddziaływania ciał. Źródło w czterech oddziaływaniach: grawitacyjnym, elektromagnetycznym, jądrowym i słabym. Siła jest wektorem.
Ciężar- ciężar ciała jest równy sile, z jaką Ziemia przyciąga to ciało.
Masa- jest skalarem. Wyrażana w [kg].

1.4. II zasada dynamiki Newtona

F = ma- Siła [F] działająca na ciało o masie m udziela mu przyśpieszenia [a] o wartości proporcjonalnej do wartości siły, a współczynnikiem proporcjonalności jest masa [m].
1 N jest to siła, która ciału o masie 1kg nadaje przyśpieszenie 1 m/s.

1.5. III zasada dynamiki Newtona

III zasada dynamiki Newtona- Jeżeli ciało A działa na ciało B siłą Fab, to ciało B działa na ciało A siłą Fba, która ma tę samą wartość i kierunek, lecz przeciwny zwrot, czyli: Fab=-Fba

1.6. Pęd i popęd

F▲t = mv2- mv1 ,
F▲t = ▲p –wyrażenie to nazywamy popędem. Po prawej stronie występuje różnica dwóch wyrażeń tego samego typu, iloczynu masy
i prędkości. Popęd jest to zmiana pędu ciała pod wpływem jakiejś siły zewnętrznej. Popęd jest wektorem!
Pęd- Jest to iloczyn masy i prędkości oznaczany symbolem [p]
p = mv
Przyrost pędu jest równy popędowi udzielonemu ciału.

F = ▲p/▲t

Zmiany w pędzie: ▲p = p2-p1 = mv- (-mv)= mv + mv = 2mv

1.7. Prawo zachowania pędu

Całkowity pęd układu odosobnionego jest stały i nie ulega zmianie podczas dowolnych procesów w układzie.

1.8. Siły bezwładności, układy nieinercjalne

Siły pozorne- nazywane także siłami bezwładności. Ich zwrot jest zawsze przeciwny do zwrotu przyśpieszenia.

Przeciążenie- występuje wtedy, gdy działa siła większa niż siła grawitacji. Człowiek znosi przeciążenie do 4G.

Sposoby przeciwdziałania sile bezwładności to: pochylenie się i zrównoważenie siły. Nie wolno hamować na zakrętach (siła bezwładności jest wtedy jeszcze większa).

1.9. Siły w ruchu po okręgu

Siła dośrodkowa——–(równoważy)—–> Siła odśrodkowa

Fr = m * (v2/r)
lub
m * w2 * r
lub
m * 4pi2/T2 * r
lub
m * 4pi2 * f2 * r

1.10. Siła tarcia

Siły tarcia zawsze działają na styku dwóch powierzchni. Siły te nie zależą od prędkości przesuwających się względem siebie powierzchni.

T = µ(współczynnik tarcia)*Fm(siła nacisku)

Siła tarcia jest taka sama bez względu na powierzchnią tarcia, ponieważ zmienia się siła nacisku.

Siła nacisku zależy od masy! [g*m]

Wyróżniamy następujące siły tarcia:

-siła tarcia kinetycznego (kiedy ciała poruszają się względem siebie)
-siła tarcia statycznego (kiedy są w stanie spoczynku), siła ta jest większa od kinetycznej.

Posted in Ściągi | Leave a comment

Falowe własności światła

Posted on November 20, 2008 by admin

Siatka dyfrakcyjna – jeden z najprostszych przyrządów do przeprowadzania analizy widmowej. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin. Jest to przezroczysta lub półprzezroczysta płytka ? kryształowa, szklana lub z tworzywa sztucznego. Na jedną ze stron płytki zostaje naniesiona seria równoległych nieprzezroczystych linii, o stałym i odpowiednio małym rozstawie – od kilkunastu linii na milimetr aż do tysiąca w przypadku dobrych siatek. Działanie siatki dyfrakcyjnej polega na wykorzystaniu zjawiska dyfrakcji i interferencji światła do uzyskania jego widma. W tym celu pomiędzy źródłem światła a białym ekranem umieszcza się siatkę dyfrakcyjną. Na ekranie ukazuje się w ten sposób widmo światła. Interferencja to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach nieliniowych oprócz interferencji zachodzą też inne zjawiska wywołane nakładaniem się fal, w ośrodkach liniowych fale o jednakowej częstotliwości ulegając interferencji spełniają zasadę super pozycji. Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali. Dyfrakcja używana jest do badania fal, oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza zdolność rozdzielczą układów optycznych. Jeżeli wiązka fal przechodzi przez szczelinę lub omija obiekt, to zachodzi zjawisko ugięcia. Zgodnie z zasadą Huygensa fala rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt fali staje się nowym źródłem fali, tak powstałe fale rozchodzą się jako fale kuliste a fala w każdym punkcie jest sumą wszystkich fal (interferencja). Za przeszkodą pojawią się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal. Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal dźwiękowych oraz fal materii. Zjawisko fotoelektryczne polega na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Emitowane w ten sposób elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości. Gdy oświetlanym środkiem jest gaz mamy do czynienia z tzw. fotojonizacją. Prawidłowość zjawiska fotoelektrycznego

1. Liczba wybijanych elektronów jest wprost proporcjonalna do natężenia światła oświetlającego metal.
2. Energia wybijanych elektronów nie zależy od natężenia światła.
3. Energia elektronów jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali światła.
4. Dla każdego metalu istnieje taka długość fali zwana graniczną, której przekroczenie powoduje, że zjawisko nie zachodzi.
5. Koincydent (współzależność czasowa) emisja elektronów następuje natychmiast po oświetleniu metal

Hipoteza Plancka ? Światło to struga cząsteczek
przenoszących energię i pęd lecz pozbawionych masy

Ef ? energia fotonu (kwantu)
Pf ? pęd fotonu
h ? stała Plancka
c ? prędkość światła w próżni
? ? długość fali świetlnej

Zjawisko fotoelektryczne może nastąpić pod
warunkiem Ef ? W

Posted in Ściągi | Leave a comment

Opis planet

Posted on November 20, 2008 by admin

Słońce – gwiazda centralna Układu Słonecznego, wokół której krąży Ziemia, inne planety oraz mniejsze ciała niebieskie. Słońce to najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi. Zbudowane głównie z wodoru i helu. Ciśnienie 250 mld atmosfer. Temperatura na powierzchni ok.6000 K. Średnica ok. 1,4 mln km. Pokryte jest ciemnymi plamami.

Merkury – pierwsza według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Jest planetą wewnętrzną, skalistą, zwaną także planetą „Lodu i ognia”. W ciągu doby występują 2 wschody i zachody Słońca. Obieg wokół Słońca 88 dni. Obrót wokół własnej osi 59 dni. Średnica 4 900 km. Odległość od Słońca 58 mln km. W dzień temperatura rozgrzewa się do 430C a w nocy spada do -170C. Nie posiada atmosfery. Nie ma księżyca.

Wenus – druga według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Znana jest również pod nazwą Jutrzenki i jest najjaśniejszym ciałem niebieskim na niebie po Słońcu i Księżycu. Jest to planeta wewnętrzna, skalista. Masa, rozmiar i kształt podobne do Ziemi. Obieg wokół Słońca 225 dni. Obrót wokół własnej osi 243 dni. Średnica 12 100 km. Odległość od Słońca 108 mln km. Temp. Powierzchni 475C. Atmosfera zawiera pary i krople kwasu siarkowego (VI). Nie ma księżyca.

Ziemia – trzecia według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Jest ona największa ze wszystkich planet wewnętrznych. Powierzchnię głównie zajmują oceany. Obieg wokół Słońca 365 dni. Obrót wokół własnej osi 24 h. Odległość od Słońca wynosi jedną jednostkę astronomiczną 150 mln km. Temp. Powierzchni 14C. Atmosfera właściwa, złożona z 78% azotu, 21% tlenu i 1% innych gazów. Posiada 1 naturalnego satelitę, czyli Księżyc.

Mars – czwarta według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Planeta skalista, wewnętrzna. Występuje woda i żelazo, czapy lodowe, pory roku, a także złożona atmosfera. Obieg wokół Słońca 2 lata. Obrót wokół własnej osi 24 h. Średnica 6 800 km. Odległość od Słońca 228 mln km. Temp. pow. od –93 do 27*C. Posiada 2 księżyce.

Jowisz – piąta według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Jest on zarazem największą i najcięższą planetą. Jest planetą gazową, zewnętrzną. Ma bardzo małą gęstość. Ciśnienie rzędu kilku milionów atmosfer i wodór staje się metalem. Obieg wokół Słońca 12 lat. Obrót wokół własnej osi 10 h. Średnica 143 000 km. Odległość od Słońca 778 mln km. Temp. pow. –150*C. Posiada 32 księżyce (Europa).

Saturn – szósta według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Jest to planeta gazowa, zewnętrzna. Gęstość materii z jakiej jest zbudowany jest mniejsza od gęstości wody. Masa 75 razy większa od masy Ziemi. Obieg wokół Słońca 30 lat. Obrót wokół własnej osi 10 h. Średnica 121 000 km. Odległość od Słońca 1 430 mln km. Temp. pow. –180*C. Posiada 3 pierścienie. 28 księżyców, z których 2 mają atmosferę właściwą, a największy Tytan ma gęstą atmosferę.

Uran – siódma według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Jest to planeta gazowa, zewnętrzna. Został on odkryty w 1871r. Spowity metanem. Obieg wokół Słońca 84 lata. Obrót wokół własnej osi – 17 h. Średnica 52 400 km. Odległość od Słońca 2 900 mln km. Temp. pow. od –271*C do –213*C. Posiada pierścienie i 15 księżyców (Miranda).

Neptun – ósma według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Został on odkryty w 1846r. Jest to planeta gazowa, zewnętrzna. Atmosfera niebieska od zawartego w niej metanu. Obieg wokół Słońca – 165 lat. Obieg wokół własnej osi 18 h. Średnica 50 000 km. Odległość od słońca 4 500 mln km. Temp. pow. –210*C. Posiada 4 bardzo rzadkie i wąskie pierścienie, a także ok.15 księżyców (Tryton).

Pluton – ostatnia, dziewiąta według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego. Został on odkryty dopiero w 1930r.. Jest planetą skalistą, zewnętrzną. Obieg wokół Słońca 248 lat. Obrót wokół własnej osi 6h. Średnica 2300 km. Odległość od Słońca 6000 mln km. Temp. pow. –230*C. Posiada 1 księżyc (Charon), bardzo do siebie podobny.

Posted in Astronomia | Leave a comment

Termometry Rodzaje i ich zastowanie

Posted on November 20, 2008 by admin

Termometr ? przyrząd do pomiaru temperatury metodą pośrednią, na podstawie zmiany pod wpływem temperatury właściwości termometrycznej ciała termometrycznego zastosowanego w termometrze. Zakres mierzonych temperatur i zastosowań termometru w znacznym stopniu zależy od ciała termometrycznego i właściwości termometrycznej. Termometr może służyć do pomiaru dowolnej temperatury w określonym zakresie lub wskazywania tylko wybranych wartości temperatury (wskaźniki temperatury).

Współcześnie najbardziej rozpowszechnione są termometry cieczowe. Chyba każdemu termometr kojarzy się ze szklaną rurką, zaopatrzoną w skalę i zmieniającą wysokość słupa cieczą ? alkoholem, bądź rtęcią, zamkniętą w szklanym zbiorniku wyposażonym w rurkę o małym przekroju, zwaną kapilarą. Z przestrzeni nad powierzchnią cieczy usunięte zostało powietrze, a kapilarę szczelnie zamknięto. Każda zmiana temperatury powoduje zmianę objętości cieczy i w efekcie zmianę poziomu jej słupa. Im temperatura wyższa, tym ciecz zajmuje większą objętość. Odczyt temperatury umożliwia skala umocowana wzdłuż kapilary.
Jak wspomniano, termometry takie wypełnia się zwykle rtęcią bądź barwionym alkoholem. Rtęć łatwiej reaguje na zmiany temperatury i nie przylega do ścianek rurki

Rodzaje termometrów:

Termometry cieczowe: są stosowane w przemyśle najczęściej w osłonkach stalowych jako termometry proste i kolankowe.

*Termometr alkoholowy:
Alkohol zamarza w -112°C, dlatego termometry alkoholowe są używane przez meteorologów. Z kolei alkohol wrze przy 78°C, co czyni go niezbyt odpowiednim dla zastosowań laboratoryjnych.

*Termometr rtęciowy:
Termometry, w którym do pomiaru temperatury wykorzystuje się duży współczynnik rozszerzalności cieplnej rtęci. Rtęć łatwiej reaguje na zmiany temperatury i nie przylega do ścianek rurki. Jednak termometry takie nie mogą być używane w temperaturach poniżej -39°C, gdyż wtedy rtęć zamarza. Rtęć wrze dopiero w temperaturze 360°C, nadaje się, więc do pomiarów średnio wysokich temperatur w laboratoriach.

Termometr stacyjny:
W meteorologii używa się termometru stacyjnego do pomiaru aktualnej temperatury powietrza. Jest on zaopatrzony w skalę Celsjusza. Składa się ze zbiorniczka z rtęcią i złączonej z nim rurki, zasklepionej u góry. Pod wpływem rozgrzewania się rtęć powiększa swą objętość, podnosi jako słupek w rurce i wskazuje wysokością swego słupka temperaturę. Przy silnych mrozach, ponieważ rtęć zamarza w temperaturze -39 st. C, używa się termometrów alkoholowych. Termometry stacyjne skalowane są co 0.2°C, ale odczyt poprze interpolację dokonywany jest z dokładnością do 0.1°. Żeby wykonywane pomiary temperatury były ze sobą porównywalne, termometry stacyjne, przed dopuszczeniem do użytku są sprawdzane w specjalnych komorach termicznych, gdzie ich wskazania są porównywane ze wskazaniami termometrów wzorcowych. Na podstawie porównań ich wskazań, każdy termometr stacyjny dopuszczony do użytku otrzymuje świadectwo cechowania oraz tabelę poprawek instrumentalnych.

Termometr gazowy:
Czynnikiem roboczym jest gaz, mierzy się parametry gazu np. objętość, przy stałym ciśnieniu lub ciśnienie przy stałej objętości. Stosowany głównie w badaniach naukowych.
Termometr bimetaliczny: zasadą działania jest różna rozszerzalność dwóch różnych metali. Dwa cienkie paski różnych metali złączonych zwiniętych ze sobą, pod wpływem temperatury różnie się rozszerzają i poruszają wskazówką, która obraca się wokół skali. Taśma bimetalowa jest płaska, pod wpływem wzrostu temperatury taśma bimetalowa wygina się w kierunku metalu biernego. Ich zalety to trwała konstrukcja, małe wymiary, duża odporność na drgania, dokładność wystarczająca do większości zadań przemysłowych, wskazania termometru ustala się zazwyczaj poniżej 1 minuty. Stosowanie termometrów bimetalowych polecane jest wszędzie tam gdzie nie ma konieczności zdalnego przekazywania wskazań oraz szczególnie przy pomiarach temperatury w obiektach pod napięciem. Typowe zastosowanie to pomiar cieczy, gazów w zbiornikach, kotłach, pomiar temperatury oleju transformatorów energetycznych itp.

Termometr parowy:
Stosowany często w termostatach, np. samochodowych; wykorzystuje zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury

Termometr magnetyczny: korzystają ze ścisłej relacji pomiędzy podatnością magnetyczną (podatnością na namagnesowanie) pewnych substancji a ich temperaturą. Są bardzo przydatne w pewnych dziedzinach techniki, ponieważ pozwalają także na pomiar temperatur bliskich zera bezwzględnego – zera w skali Kelwina.

Termometr oporowy: wykorzystuje zjawisko zmiany oporu elektrycznego przy zmianie temperatury, stosowanym czynnikiem jest platyna, brąz, półprzewodniki, specjalne stopy; patrz termistor. Konstrukcja i zastosowane materiały umożliwiają stosowanie termometrów w miejscach pomiaru gdzie występują wstrząsy, media agresywne i temperatura do 300°C w zależności od materiału z którego dany termometr został wykonany.

Podział termometrów ze względu na przeznaczenie:
?termometr lekarski – zakres temperatur: od 35 do 42°C i jest to termometr temperatury maksymalnej
?termometr zaokienny – zakres temperatur: od -50 do 50°C
?termometr pokojowy – zakres temperatur: od 0 do 40°C
?termometr laboratoryjny – zakres temperatur: bardzo różny (zazwyczaj od 0 do 120°C)

Najbardziej powszechne to:

Termometr lekarski jest termometrem rtęciowym, skonstruowanym specjalnie do pomiaru temperatur w wąskim zakresie około 37°C. Kapilara zwęża się nad bańką z rtęcią utrudniając przepływ rtęci z kapilary do bańki. Gdy ogrzewamy termometr wsadziwszy go na przykład pod pachę, rtęć w bańce rozszerza się, przepychając się przy tym przez przewężenie. Gdy termometr wyjmujemy, aby dokonać odczytu, rtęć w bańce ulega ochłodzeniu, zmniejszając tym samym swą objętość. Rtęć z kapilary nie może przez przewężenie spływać z powrotem do bańki, słup cieczy pozostaje tam, dokąd wspiął się podczas ogrzewania i możemy odczytać maksymalną temperaturę, jaką termometr zanotował. Obecnie lekarskie termometry rtęciowe zastępowane są urządzeniami elektronicznymi, które są bezpieczniejsze w użyciu i bardziej wytrzymałe mechanicznie

Termometr laboratoryjny (wyspecjalizowany sprzęt laboratoryjny używany do pomiaru temperatur ciał, istot żywych i substancji poddawanych obserwacjom, najczęściej znajdujących się w zamknięciu i odizolowanych od bezpośredniego otoczenia. Termometry takie łączone są z aparaturą poprzez tzw. reduktory, z jednej strony mające uszczelkę, a z drugiej – specjalny szlif, co umożliwia ich stosowanie na dowolnej głębokości wewnątrz układu zamkniętego.

Posted in Laborki | Leave a comment

Wpływ promieniowania na organizmy

Posted on November 20, 2008 by admin

Wpływ promieniowania na organizmy

Odkrycie promieniotwórczości sięga przełomu XIX i XX w. Z jednej strony dało ono człowiekowi możliwości pozytywnego wykorzystania tegoż zjawiska ale z drugiej strony obarczyło ludzkość odpowiedzialnością za właściwe jej wykorzystanie. Znajomość zagadnień związanych z promieniotwórczością, wpływem promieniowaniana na organizmy żywe oraz sposobów ochrony przed promieniowaniem może pomóc ludziom zmniejszyć zagrażające zdrowiu skutki promieniowania. Rozpatrując wpływ promieniowania na organizmy należy pamiętać , że składają się nań narządy , które z kolei zbudowane są z tkanek , te zaś zawierają komórki.
Na jeszcze głębszym szczeblu organizacji należy rozpatrywać działanie promieniowania na poszczególne molekuły istotne dla procesów biologicznych.
Od lat mówi się o szkodliwości promieniowania. Na ogół znamy złe strony promieniowania , takie jakie jest emitowane po próbach jądrowych , katastrofach okrętów o napędzie atomowym czy wypadkach w elektrowniach jądrowych. Po próbach z bronią jądrową teren , na którym odbywały się próby wymiera. Roślinność i zwierzęta wymierają bezpowrotnie. W wyniku katastrofy w elektrowni jądrowej w Czarnobylu śmierć poniosło wiele osób , skażone zostały większe obszary Ukrainy , Białorusi i Polski.
Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące. Wywołuje ono w obojętnych atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych , czyli jonizację. Promieniowaniem jonizującym jest promieniowanie jądrowe ? , ? i ? oraz promieniowanie Roentgena. Promieniowanie ? łatwo zatrzymać kartką papieru lub dłonią. Promieniowanie ? czyli elektrony przenikają przez 1-2cm warstwę ciała ludzkiego lub wody , ale zatrzymuje je płytka aluminiowa. Promieniowanie rentgenowskie i ? odznaczają się dużą przenikliwością i łatwo przenikają np. przez ciało ludzkie. Przed tym promieniowaniem chroni duża warstwa ołowiu , betonu lub wody. Promieniowanie ? i ? jest znacznie mniej przenikliwe.
Różnice we właściwościach promieniowania ? , ? i ? wynikają z przemian jądrowych ,w wyniku których zmienia się skład i stan energetyczny jądra kosztem emisji promieniowania jądrowego.
Izotopy promieniotwórcze w zetknięciu z organizmem żywym mogą oddziaływać niekorzystnie poprzez:
1. Napromieniowanie żywej tkanki promieniowaniem jądrowym ? promieniowanie typu jonizującego lub neutronowego.
2. Skażenia izotopami promieniotwórczymi, które dostały się do wnętrza organizmu lub znalazły się w kontakcie zewnętrznym.

Promieniowanie jądrowe ?, ? i ? oraz promieniowanie Roentgena, noszą nazwę promieniowania jonizującego, gdyż poprzez oddanie swojej energii wytwarzają jony. Dla organizmów żywych te jony mogą być szkodliwe, gdyż prowadzi to do zakłócenia przemian biochemicznych warunkujących prawidłowe funkcjonowanie organizmu i do zmian strukturalnych komórek. Promieniowanie jonizujące powoduje radiolizę wody, czyli jej rozkład na jony pod wpływem promieniowania. W wyniku tego procesu powstają wolne rodniki, które mogą reagować ze związkami wchodzącymi w skład komórki, powodując zakłócenia w jej funkcjonowaniu. Niektóre zakłócenia mogą zostać skorygowane dzięki autoregulacyjnym właściwościom organizmu, inne zmiany są nieodwracalne i prowadzą do obumarcia komórek. Czułość tkanki ludzkiej na promieniowanie jonizujące zmienia się w szerokich granicach. Najczulsze są organy krwiotwórcze i tkanki rozrodcze, najmniej czułe są mózg i mięśnie. Jeśli ułożyć tkanki według zmniejszającej się czułości, to otrzymamy kolejno następujący szereg: tkanka limfatyczna, nabłonek jąder, szpik kostny, nabłonek żołądkowo – jelitowy, jajniki, skóra, tkanka łączna, kości, wątroba, trzustka, nerki, nerwy, mózg i mięśnie.
Uszkodzenia popromienne ze względu na rodzaj ich następstw dzielimy na uszkodzenia somatyczne tzn. wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy życiu oraz genetyczne tzn. naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech potomstwu.
Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń somatycznych jest choroba popromienna. Składają się na nią między innymi mdłości, bóle i zawroty głowy, ogólne osłabienie organizmu, zmiany we krwi, biegunki, niedokrwistość, obniżenie odporności i wypadanie włosów. W zależności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu.
Promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenia genetyczne polegające na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutacje, w efekcie których wśród napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się mutanty, tzn. osobniki różniące się szeregiem cech od organizmów macierzystych. Na szczęście organizmy wykazują w pewnych granicach zdolność do naprawiania niepożądanych zmian.
Innym następstwem ekspozycji żywego organizmu na napromieniowanie jest powstawanie nowotworów. Częstym schorzeniem osób narażonych na duże dawki promieniowania jest białaczka, czyli nowotwór krwi. Bardzo niebezpiecznym izotopem promieniotwórczym jest tutaj stront ? 90, który ma możliwości wbudowywania się w tkankę kostną i dlatego może być przyczyną białaczki lub innych nowotworów. Do organizmu ludzkiego może się dostać wraz z mlekiem krów, które wypasały się na pastwiskach skażonych pyłem promieniotwórczym. Podobnie zachowuje się cez ? 137, który wbudowuje się w mięśnie zamiast sodu i potasu. Rakotwórczość promieniowania jonizującego nie różni się zasadniczo od rakotwórczości czynników chemicznych, w obu przypadkach podział komórki w wyniku ekspozycji zasadniczo przyczynia się do powstania raka. Jest to szczególnie prawdziwe w odniesieniu do raka tarczycy i raka piersi. U dzieci poniżej 10 roku życia tarczyca jest organem o największej podatności na rakotwórcze działanie promieniowania jonizującego. Można stwierdzić, że czas przebywania izotopu promieniotwórczego w organizmie zależy od okresu jego połowicznego zaniku jak i od sposobu związania go w danym organizmie, oraz od indywidualnych cech skażonego i jego wieku.
Innym skutkiem promieniowania jest choroba oczu ? katarakta, która nie leczona powoduje zanik widzenia.
Pierwiastki promieniotwórcze, mają także toksyczne działanie na organizm na skutek ich właściwości chemicznych. Bardzo często są to metale ciężkie. U osób stykających się z pyłem związków pochodzących z naturalnych szeregów promieniotwórczych uranu i toru stwierdzono ciężkie schorzenia układu krwionośnego, nowotwory płuc i schorzenia nerek. Innym pierwiastkiem jest pluton, który wchłonięty przez drogi oddechowe, może przedostać się do kości i spowodować powstanie nowotworów.
Badania na zwierzętach i roślinach wskazują, że małe dawki promieniowania skutkują zerowymi lub pozytywnymi ze względu na zdrowie skutkami. Należą do nich np:
1.Zmniejszenie liczby nowotworów,
2.Zwiększenie średniego czasu życia,
3.Zwiększenie szybkości wzrostu,
4.Wzrost wielkości i masy ciała,
5.Wzrost płodności i zdolności reprodukcyjnych,
6.Zredukowana liczba mutacji.

Wykazano, że reakcje fizjologiczne roślin i zwierząt na małe dawki promieniowania są analogiczne efektom działania wielu naturalnych pierwiastków i związków chemicznych, które stanowią zasadnicze składniki pożywienia, natomiast przy wyższych stężeniach są dla organizmu toksyczne.
Aby ocenić skutki promieniowania jonizującego, należy z jednej strony znać rodzaje promieniowania, ilość substancji promieniotwórczej, energię promieniowania oraz odległość i czas przebywania w pobliżu materiałów promieniotwórczych. Wszystkie te czynniki składają się na wartość pochłoniętej dawki promieniowania. Miarą dawki pochłoniętej przez materię jest energia pochłonięta przez tę materię w procesie promieniowania, w przeliczeniu na jednostkę masy.

Grej (Gy, J/kg) i miligrej (mGy) to jednostki określające ilość przeniesionej energii przez promieniowanie do każdego kilograma materii. Do niedawna stosowaną jednostką dawki pochłoniętej był rad. 1Gy = 100 radów. Obowiązującą obecnie jednostką promieniowania jest siwert.

W przypadku promieniowania X, ? i ? dawka 1 greja (1 Gy) jest w przybliżeniu równoważna 1 siwertowi (1 Sv). W przypadku promieniowania ? i promieniowania neutronowego, które bardzo silnie oddziaływają na organizm stosowany siwert (Sv) odpowiada 100 remom. Najczęściej używaną jednostką jest milisiwert (1mSv = 0,001 Sv).
Promieniowanie jonizujące powoduje wytworzenie jonów w czasie przenikania przez materię. Jest to zazwyczaj promieniowanie emitowane przez aparaty rentgenowskie, izotopy promieniotwórcze, akceleratory, reaktory atomowe, wybuchy jądrowe oraz promieniowanie kosmiczne.
Promieniowanie pochodzące z przestrzeni kosmicznej i od naturalnych pierwiastków radioaktywnych w skorupie ziemskiej oraz bezpośrednio z organizmu człowieka stanowi to naturalne promieniowanie. Do tego poziomu natężenia promieniowania organizmy żywe przystosowały się w toku ewolucji. Jesteśmy wystawieni na działanie promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych i sztucznych. Średnia dawka pochodząca od wszystkich źródeł promieniowania w Polsce wynosi 3 mSv. Ponad 80% dawki otrzymywanej rocznie przez człowieka pochodzi ze skorupy ziemskiej w 69%, z promieniowania kosmicznego 11% zaś prawie 20% ze sztucznych źródeł promieniotwórczych. Ulegamy napromieniowaniu wewnętrznemu z pierwiastków radioaktywnych, które dostają się do naszego organizmu wraz z pokarmem, wodą i powietrzem. Śladowe ilości pierwiastków promieniotwórczych, jak potas ? 40, węgiel ? 14, rad ? 226 znajdują się także w naszej krwi i kościach.
Na dodatkowe napromieniowanie swojego organizmu narażeni są palacze, którzy wraz z dymem papierosowym, wprowadzają do płuc radioaktywny polon ? 210, który ulega dalszym przemianom w promieniotwórcze izotopy ołowiu, bizmutu i talu.
Nie bez znaczenia są również dawki promieniowania, które otrzymujemy w czasie prześwietleń rentgenowskich różnych narządów i części ciała. Kobiety w ciąży powinny się wystrzegać prześwietleń, ponieważ płód ludzki jest bardzo wrażliwy na promieniowanie.
Zasadniczą rolę podczas napromieniowania odgrywa czas, w ciągu którego organizm pochłonął określoną dawkę promieniowania oraz rodzaj organizmu. Dawka letalna (śmiertelna), jest to dawka, która powoduje śmierć 50% osobników w ciągu 30 dni po napromieniowaniu. Dla organizmów o prostszej budowie jest ona znacznie wyższa, np. w przypadku bakterii microccocus radiolurans.

Jeśli mówimy o naturalnych źródłach promieniowania, to pozornie można sądzić, że nie mamy na nie żadnego wpływu. Oddziaływanie tych źródeł zostało zakłócone przez działalność człowieka. Przyczyną tych zakłóceń jest np. spalanie węgla i stosowanie nawozów sztucznych, w których zawarte są śladowe ilości uranu i radu. Pyły emitowane do atmosfery w wyniku spalania węgla, zwiększają stężenie naturalnych substancji promieniotwórczych w powietrzu, w glebie i roślinach.
Nie da się całkowicie uniknąć oddziaływania promieniowania, jesteśmy na nie skazani. Promieniowanie jonizujące stwarza zagrożenia, ale też przynosi ogromne korzyści. Nie ma takiej dziedziny ludzkiej działalności, która byłaby wolna od zagrożeń. Nie można ich całkowicie wyeliminować, ale można i trzeba je ograniczać.

Do podstawowych zasad ochrony radiologicznej należą:
1.Nie należy dotykać ani otwierać pojemników, w których znajdują się materiały promieniotwórcze. Nie wolno wyjmować źródeł z pojemników, usuwać osłon, rozmontowywać urządzeń, w których się znajdują.
2.Nie należy zbliżać się do materiałów promieniotwórczych, nie wolno ich kupować lub przechowywać.
Procedurę obchodzenia się z materiałami promieniotwórczymi opisują specjalne instrukcje, do których należy się stosować dla bezpieczeństwa własnego i otoczenia.

Literatura:
A.Czerwiński – ,,Blaski i cienie promieniotwórczości?, Warszawa 1995
B.Czerwiński – ,,Energia jądrowa i promieniotwórczość?, Warszawa 1998
C.L.Dobrzyński – ,,Raport Działu Szkolenia i Doradztwa Instytutu Problemów Jądrowych im. A. Sułtana, Świerk 2001

Posted in Referaty | Leave a comment

Piorun kulisty

Posted on November 20, 2008 by admin

Piorun kulisty

Ciągle budzącym grozę zjawiskiem, nadal nie w pełni wyjaśnionym, pozostaje piorun kulisty. Ma on postać świecącej kuli o wielkości piłki tenisowej, a nawet futbolowej. Świeci jasnym światłem (czerwonym, żółtym, pomarańczowym), porusza się z prędkością około 2 m/s, na ogół przy ziemi, i reagując na ruch powietrza, zmienia kierunek lotu. Czasami przedostaje się do mieszkań przez otwarte okna i drzwi, a bywa, że i przez przewody kominowe. Przy zetknięciu z jakimś przedmiotem może wybuchnąć, jest więc niebezpieczny dla zdrowia i życia ludzi. Nie został również poznany mechanizm powstawania pioruna paciorkowego (zwanego też łańcuchowym), który jest łańcuszkiem złożonym z oddzielnych punktów świetlnych.

Ciekawą cechą piorunów kulistych jest ich kształt. Sama nazwa wskazuje, że są one kształtu zbliżonego do kuli, ale nie jest to do końca prawda. Owszem są i kulki, ale bardzo często występują pręty, owale, elipsy, dyski, krople oraz inne chaotyczne bryły o zaokrąglonych krawędziach. Prawie połowa obserwowanych piorunów kulistych posiada ogon, jedna piąta wydziela iskry, a z 6% piorunów kulistych wydostają się ogniste języki, mogą także wirować. Kule mogą być otoczone aureolką, dymem, płomieniem lub wyrzucać z siebie strzały. Ich powierzchnia może być różna – rozmyta i poszarpana, bez wyraźnej granicy lub gładka i ostra o wyraźnych kształtach. wyrządzane szkody…

Piorun kulisty może spowodować szkody materialne na dwa sposoby: podczas trwania zjawiska w czasie i podczas jego wybuchu. Gdy się porusza może np. stopić kawałek metalu (przewód elektryczny, antena telewizyjna lub kadłub samolotu), zerwać kawał asfaltu, wypalić kilka otworów w ścianie stojącej mu na drodze – to są szkody materialne. Zdarzają się niestety tragiczne przypadki kiedy to piorun kulisty zabija człowieka. Z wybuchem pioruna kulistego jest jak z petardą. Gdy petarda wybuchnie na otwartej dłoni nie ponosimy z reguły żadnych szkód, ale jeśli tylko zaciśniemy dłoń – to koniec. Podczas wybuchu na świeżym powietrzu z reguły nie czyni nikomu szkody (chyba, że popękane bębenki w uszach), ale kiedy eksploduje w zamkniętym pomieszczeniu, może spowodować pewne uszkodzenia (zniszczenie domku letniskowego, rozwalenie budki transformatorowej)
Jak się zachować, jeśli zobaczysz ognistą kulę? Przede wszystkim należy zachować spokój, bo strach w niczym tu nie pomoże. Należy starać się nie panikować nawet, gdy robi się gorąco. Jeśli piorun kulisty zbliża się do ciebie nie uciekaj, ale nie daj mu się zbliżyć do powierzchni twojego ciała – w razie konieczności usuń się powoli z jego drogi. Jeśli zauważysz, że nie zejdziesz mu z drogi postaraj się czymś przed nim zasłonić, najlepiej izolatorem elektrycznym np. gazetą. Jeśli się od niej odbiję, to dobrze, jeśli przylgnie powoli połóż go na ziemi i oddal się. Nie należy wykonywać gwałtownych ruchów, które mogłyby spowodować zawirowania powietrza, nie można w niego niczym rzucać (grozi to wybuchem), łapać go, ani w niego dmuchać (porusza się pod wiatr). Każde gwałtowne naruszenie jego struktury np. uderzenie nogą, ręką czy kijem może spowodować efekt wybuchu (coś jak granat) i twoją śmierć. Trochę wyobraźni i spokój nie tylko w tym przypadku może uratować ci życie.

Posted in Astronomia | Leave a comment

Elektrostatyka

Posted on November 20, 2008 by admin

Elektrostatyka

Błyskawice i pioruny od zawsze budziły w ludziach strach i grozę. W cywilizacjach antycznych pioruny były utożsamiane z bronią bogów, a ich moc i zagadkowość ciągnęły śmiałków do poznania tych zjawisk. Dzisiaj wiemy już całkiem sporo o prawach, które rządzą zjawiskami związanymi z elektrycznością. Może poznając część z tych praw, zdobywamy wiedzę starożytnych bogów?…

Ładunek elektryczny – prawo Coulomba

Wszystkie ciała zbudowane są z ogromnej liczby atomów. Atomy zaś zbudowane są z jądra atomowego, oraz krążących wokół niego elektronów. Zarówno jądro, jak i elektrony obdarzone są ładunkiem elektrycznym. Jądro jest dodatnie, a elektrony są ujemne. Oznaczamy te ładunki znakami ” ” i “-”. Oznaczenie który ładunek jest dodatni, a który ujemny było i jest całkowicie umowne i nie miało by to znaczenia, gdyby naukowcy zrobili to na odwrót. Ładunek pojedynczego elektronu zwany jest ładunkiem elementarnym, oznaczamy go symbolem: -e (minus, ponieważ ładunek elektronu jest ujemny), a ma on wartość: . C oznacza jednostkę, którą nazywamy kulombem. Jest ona podstawową jednostką układu SI. Taki sam ładunek tylko, że dodatni ma jądro atomu wodoru. Natomiast atomu helu ma ładunek 2e. Ładunek atomu jest uzależniony od liczby atomowej danego pierwiastka. Każde jądro atomowe składa się z protonów, których jest dokładnie tyle ile wynosi liczba atomowa (porządkowa) danego pierwiastka, oraz pewnej liczby neutronów. Tylko protony w atomie są obdarzone ładunkiem, a wartość tego ładunku wynosi e. Neutrony w jądrze atomowym nie są obdarzone ładunkiem. W jądrze wodoru występuje tylko jeden proton i to właśnie dlatego jego jądro ma ładunek równy e.

Padło już sformułowanie, że ładunek elektronu jest ładunkiem elementarnym. Jest on tak nazwany, ponieważ każdy spotykany ładunek w przyrodzie jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego. Nie występują cząsteczki, które mają ładunek np. .

Jeszcze innym powodem, dla którego powstało określenie ładunku elementarnego jest sposób w jakim elektryzują się ciała. Jeżeli w jakimś ciele znajduje się tyle samo elektronów co protonów, to mówimy, że ciało to nie jest naelektryzowane. Jeżeli występuje w nim więcej elektronów niż protonów to mówimy, że ciało to jest naelektryzowane ujemnie. W przeciwnym przypadku – więcej protonów niż elektronów – ciało jest naelektryzowane dodatnio. Dlatego jeżeli jakiekolwiek ciało jest naelektryzowane (czy to dodatnio czy ujemnie), to jego ładunek jest zawsze całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego.

Jak wiemy z doświadczeń, naelektryzowane ciała oddziałują na siebie. Jeżeli naładujemy dwie kulki ładunkami odpowiednio q1 i q2, to zaobserwujemy, że działają one na siebie pewną siłą. Siłę tą scharakteryzował francuski fizyk Karol August Coulomba w 1785r:
Dwa ładunki punktowe działają na siebie siłą, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Siłę tą nazywamy siłą Coulomba. Zależy ona jeszcze od otoczenia, w jakim znajdują się te ładunki . Właśnie współczynnik proporcjonalności “k” zależy od otoczenia. Dla próżni . By uogólnić wzór stosuje się inne oznaczenie współczynnika proporcjonalności: , gdzie to przenikalność dielektryczna próżni ( ). I tak wygląda wzór na siłę, z jaką oddziałują na siebie dwa ładunki punktowe umieszczone w próżni w odległości r.

Jeżeli ładunki te umieszczone są w innym środowisku niż próżnia to stosuje się nieco inny współczynnik proporcjonalności: , gdzie to względna przenikalność dielektryczna danego środowiska. Dla próżni wynosi ona 1. W zależności od środowiska przyjmuje ona inne wartości, a jakie to można dowiedzieć się z odpowiednich tabel. Warto też wiedzieć, że w powietrzu przenikalność dielektryczna jest prawie taka sama jak w próżni, więc prawie zawsze stosuje się wzór dla próżni.

Łatwo zauważyć, że prawo Coulomba jest bardzo podobne do prawa powszechnego ciążenia Newtona. Występuje jednak zasadnicza różnica. Siły grawitacji były zawsze siłami przyciągania. Siły Coulomba mogą zarówno przyciągać dwa ciała jak i je odpychać od siebie. Zależy to od ładunku tych ciał. Jeżeli ładunki tych ciał są różnoimienne (jeden ładunek jest dodatni, a drugi ujemny) to ciała te będą się wzajemnie przyciągać. W przeciwnym wypadku (oba ładunki są dodatnie, albo oba są ujemne) ciała te będą się wzajemnie odpychać.

Aby uświadomić sobie jak mocne jest to oddziaływanie w porównaniu do oddziaływania grawitacyjnego wyliczmy, z jaką siłą oddziałują na siebie dwa ładunki punktowe oddalone od siebie o 1 metr, naładowane oba ładunkiem 1C:

W dziale grawitacja wyliczyliśmy, z jaką siłą oddziałują na siebie dwa ciała o masie 1 kg, oddalone od siebie o 1 m:

Różnica spora – prawda?

Elektryzowanie ciał

Elektryzowanie ciał to proces przekazywania im ładunku. Polega on oczywiście na dodaniu, lub odebraniu elektronów z tego ciała. Wyróżniamy trzy sposoby elektryzowania: przez potarcie, dotyk i indukcję.

Elektryzowanie przez potarcie

Na pewno znacie takie zjawisko, które możemy bardzo często zaobserwować po wymyciu i wysuszeniu włosów, kiedy próbujemy je rozczesać. Bardzo często takie włosy przyciągają się z grzebieniem. Otóż podczas czesania włosów następuje proces elektryzowania ich. Włosy takie “stają dęba”, ponieważ naładowane są jednoimiennymi ładunkami (wszystkie włosy są naelektryzowane tak samo – nie ma możliwości, by jeden włos naelektryzował się dodatnio, a drugi ujemnie). Ładunkiem o przeciwnym znaku ładuje się grzebień. By sprawdzić, że grzebień też jest naelektryzowany można wykonać proste doświadczenie. W tym celu należy taki grzebień zbliżyć do małego strumyka wody lecącej z kranu. Strumyk ten powinien się odchylić od pionu. Odchylenie to będzie tym większe im bardziej naelektryzowany był grzebień.

Elektryzowanie przez potarcie polega na tym, że podczas pocierania dwóch ciał, jedno z nich “gubi” elektrony, a drugie je przyłącza. W ten sposób to pierwsze ciało ładuje się ładunkiem dodatnim, a drugie ujemnym. Tylko jak sprawdzić które ciało naelektryzowało się dodatnio, a które ujemnie. Problem nie jest taki prosty, ale możemy wykorzystać doświadczenia innych. Otóż wiadomo, że jeżeli laskę ebonitową pocieramy wełną to laska ta naładuje się ładunkiem ujemnym a wełna dodatnim. Natomiast jeżeli laskę szklaną pocieramy jedwabiem, to szkło naelektryzuje się dodatnio, a jedwab ujemnie. Wiedząc to łato już możemy ocenić czy ładunek na jakimś ciele jest dodatni, czy ujemny.

Elektryzowanie przez dotyk

Aby użyć tej metody, musimy już mieć jakieś naelektryzowane ciało. Często stosuje się do tego naelektryzowaną ujemnie laskę ebonitową. Jeżeli więc mamy taka laskę i obojętną kulkę metalową (odizolowaną od otoczenia), to możemy stwierdzić, że na jednym ciele jest nadmiar elektronów (laska ebonitowa), a na drugim występuje równowaga (ciało jest obojętne). W przyrodzie możemy zaobserwować zjawisko wyrównywania się stanów, tzn. po zetknięciu się danych dwóch ciał ładunki na nich zmienią się tak by na obu były równe. Elektrony z laski ebonitowej przepłyną na metalową kulkę. Laska ebonitowa nadal będzie naładowana ujemnie, ale już ładunek ten będzie mniejszy. Natomiast obojętna dotychczas kulka zostanie naelektryzowana i ładunek laski i kulki będzie taki sam.

Elektryzowanie przez indukcję

By zaobserwować jak działa ten rodzaj elektryzowania potrzebny nam będzie elektroskop i naładowana ujemnie laska ebonitowa. Niech elektroskop będzie elektrycznie obojętny. Naelektryzowaną laskę zbliżmy do elektroskopu, ale go nie dotykajmy. Zauważymy, że listki elektroskopu wychylą się. Wiemy, że ładunki ujemne się odpychają. Ujemnie naelektryzowana laska ebonitowa odpycha elektrony z elektroskopu i uciekają one do jego wnętrza na jego listki. We wnętrzu elektroskopu występuje nadmiar elektronów a na zewnątrz ich niedobór (tam, do którego miejsca zbliżyliśmy laskę). Jeżeli laskę oddalimy od elektroskopu, nadmiar elektronów z wnętrza elektroskopu zostanie zniwelowany, bo elektrony wrócą z powrotem na swoje poprzednie miejsce.

Zbliżmy jeszcze raz laskę do elektroskopu, tak by jego listki się odchyliły. Ale tym razem dotknijmy palcem (nie laską) elektroskopu. Nasz palec będzie działał jak uziemienie. Elektrony odepchnięte na listki będą “szukały” dalszej drogi by jak najdalej uciec od ujemnej laski i przez nasz palec opuszczą elektroskop. Listki z powrotem opadną. Zabierzmy teraz palec z elektroskopu – sytuacja nie zmienia się. Ale zabierzmy teraz naelektryzowaną laskę, którą cały czas trzymaliśmy blisko elektroskopu, wówczas listki ponownie się odchylą. Dzieje się tak dlatego, że elektrony uciekły przez nasz palec bo były odpychane, przez laskę. Ale jak zabraliśmy palec i laskę, to okazało się, że w elektroskopie jest niedobór elektronów, bo miały odciętą drogę powrotu (najpierw zabraliśmy palec, a dopiero później laskę).

Rozkład ładunku na powierzchni przewodnika

Do tej pory mówiliśmy przeważnie o ładunku punktowym (Patrz Pole elektrostatyczne). Ale sytuacja taka, że źródłem pola jest ładunek skupiony w jednym punkcie jest w zasadzie niemożliwa. Najczęściej do czynienia mamy z ładunkami rozmieszczonymi na przewodniku liniowym czy powierzchni. Dlatego też stosuje się pojęcie liniowej gęstości ładunku lub powierzchniowej gęstości ładunku:

gdzie l to długość przewodnika – liniowa gęstość ładunku, natomiast A to powierzchnia na której rozmieszczony jest ładunek w przypadku powierzchniowej gęstości ładunku.

Do badania rozkładu ładunku na powierzchni służy nam elektroskop i metalowa kulka umieszczona na izolowanym uchwycie. Dzięki tej kulce możemy zbierać ładunek z badanej powierzchni.

Naelektryzujmy konduktor kulisty. Za pomocą kulki zbierzmy ładunek z wnętrza konduktora i przenieśmy go na elektroskop. Wynik jest zaskakujący, bo listki konduktora nie wychylają się. Oznacza to, że ładunek nie gromadzi się we wnętrzu konduktora. Powtórzmy doświadczenie, ale tym razem dotknijmy kulką zewnętrzną część konduktora i przenieśmy ładunek na elektroskop. Tym razem zgodnie z oczekiwaniami listki elektroskopu wychylają się.

Wykonajmy kolejne doświadczenie. Naelektryzujmy takim samym ładunkiem dwie kule. Niech większa kula ma promień równy R, a mniejsza promień r. Teraz dotknijmy naszą izolowana kulką jedną z naelektryzowanych kul i przenieśmy ładunek na elektroskop. Następnie rozładujmy elektroskop. I powtórzmy doświadczenie przenosząc ładunek z drugiej kuli. Porównując wychylenia listków elektroskopu stwierdzimy, że bardziej wychyliły się po przeniesieniu ładunku z mniejszej kuli.

Możemy wysnuć następujący wniosek: na bardziej zakrzywionej powierzchni gęstość powierzchniowa ładunku jest większa.

Pojemność elektryczna

Doświadczenia pokazują, że takie wielkości jak dostarczony ładunek na przewodnik i potencjał tego przewodnika są wielkościami proporcjonalnymi. Oznacza to, że stosunek: jest dla przewodnika wielkością charakterystyczną. Oznaczono tę wielkość jako pojemność elektryczna danego przewodnika. Wielkość tę oznaczamy symbolem C, a jednostką pojemności jest Farad.

Jeden farad to pojemność takiego przewodnika, którego potencjał wynosi 1 wolt po naładowaniu go ładunkiem 1 kulomba.

Ze wzoru mogłoby wynikać, że pojemność przewodnika zależy od przyłożonego ładunku lub od potencjału tego ładunku. Jednak jak było to wspomniane te wielkości są proporcjonalne i pojemność na zależy od innego czynnika. Tym czynnikiem jest wielkość przewodnika. Łatwo to sobie wyobrazić, bo większe przewodniki mają większa pojemność elektryczną.

Kondensatory – energia kondensatorów

Jednak pojęcie pojemności przewodnika nie jest wykorzystywane w przypadku pojedynczych przewodników, ale raczej w ich układach. Takim układem przewodników jest kondensator. Tworzą go dwa przewodniki o różnych kształtach i wymiarach. Bardzo często przewodniki te nazywamy okładkami kondensatora. Przewodniki te ładują się takim samym ładunkiem, ale o różnych znakach. Bardzo ważną wielkością w kondensatorze jest różnica potencjałów tych przewodników. Jak już było wspomniane wcześniej, taką różnicę potencjałów nazywamy napięciem. Różnica potencjałów jest tym większa im większy ładunek naniesiemy na jeden z przewodników. Stosunek tego ładunku do napięcia kondensatora jest stały i nazywa się go pojemnością kondensatora.

Także w tym przypadku jednostką pojemności jest farad.

Naładowany kondensator ma energię potencjalną. Aby obliczyć jej wartość musimy wyznaczyć pracę potrzebną do naładowania kondensatora. Skorzystajmy ze wzoru:

Jednak podczas ładowania kondensatora napięcie na okładkach zmienia się. Więc chcąc użyć ten wzór musimy zastosować średnie napięcie. Skorzystamy z następujących faktów. Wiemy, że przed naładowaniem kondensatora napięcie na jego okładkach równe jest zero, a po naładowaniu wynosi U. Drugim faktem jest to, że napięcie zmienia się z powodu dostarczanego ładunku. Ale wiemy, że napięcie i ładunek są wielkościami proporcjonalnymi (wykresem zależności napięcia od ładunku jest linia prosta). Dlatego szukając średniego napięcia przy ładowaniu kondensatora, możemy skorzystać ze średniej arytmetycznej:

Podstawiając do wzoru na pracę:

Tyle wynosi praca, jaką należy wykonać by naładować kondensator, więc tyle też wynosi energia potencjalna naładowanego kondensatora.

Łączenie kondensatorów

Kondensatory możemy łączyć w baterie. Oznacza to budowanie układów kondensatorów, który to układ (ta bateria) ma swoją pojemność. Omówimy tu dwa sposoby łączenia: szeregowe i równoległe oraz sprawdzimy ile w tych przypadkach wynosi pojemność układu. Taką pojemność nazywamy pojemnością zastępczą. Mówiąc inaczej jest to pojemność takiego kondensatora, którym moglibyśmy zastąpić ten układ i nie wywołać przy tym zmiany pojemności.

I jeszcze jedna uwaga, na schematach kondensator przedstawiamy tak:

Łączenie szeregowe

Połączmy trzy kondensatory w sposób szeregowy. Niech ich pojemności wynoszą odpowiednio C1, C2 i C3. Jeden koniec układu naelektryzujmy dodatnio a do drugiego podepnijmy uziemienie. Pierwsza blaszka na pierwszym kondensatorze naładowana jest przez nas dodatnio ładunkiem Q. Pod wpływem indukcji druga blaszka tego kondensatora elektryzuje się ujemnie ładunkiem ujemnym ale o takiej samej wartości: -Q. Ale kiedy elektryzuje się ujemnie pobiera elektrony z pierwszej blaszki drugiego kondensatora, który w konsekwencji naładowany jest dodatnio ładunkiem Q. Druga okładka drugiego kondensatora ładuje się przez indukcję ładunkiem -Q. Następne kondensatory ładują się analogicznie jak poprzednie. Zawsze jednak na blaszkach powstają ładunki Q lub -Q. Więc przyjmujemy, że ładunek dostarczony do każdego kondensatora wynosi Q.

Wyliczmy ile wynosi pojemność każdego kondensatora:

Spójrzmy teraz na wykres zależności potencjału od długości przewodnika. Na jednym końcu wynosi on V (ten koniec, na który naniesiony był ładunek). Drugi koniec układu jest uziemiony, a wszystko co jest uziemione ma potencjał równy zero. Widzimy, że spadki potencjału mają miejsce na kondensatorach i spadki te są równe napięciu, jakie występuje na okładkach kondensatora. Na wykresie widać że napięcie całego układu (różnica potencjałów przewodnika przed pierwszym kondensatorem i przewodnika uziemionego) jest równa sumie napięć wszystkich kondensatorów. Wyliczmy zatem te napięcia na każdym kondensatorze i wyliczmy ich sumę:

CZ to pojemność zastępcza całego układu (pojemność baterii kondensatorów). Takim wzorem obliczamy pojemność układów kondensatorów połączonych szeregowo.

Warto wiedzieć, że pojemność zastępcza układu połączonego szeregowo jest zawsze mniejsza od najmniejszej pojemności łączonych kondensatorów

Łączenie równoległe

Połączmy teraz trzy kondensatory w sposób równoległy. Niech każdy z nich ma pojemność równą odpowiednio C1, C2 i C3. Tak jak poprzednio niech jeden koniec układu zostanie naładowany dodatnio, a drugi niech będzie uziemiony. Mamy do czynienia z następującą sytuacją: na kondensatorze pierwszym znajduje się ładunek Q1, na kondensatorze drugim – ładunek Q2, a na trzecim – Q3. Ale na wszystkich kondensatorach mam identyczne napięcie, bo wszystkie lewe (dostosuj rysunek do opisu – okładki po lewej stronie mają być naładowane dodatnio) okładki są połączone przewodnikiem, więc mają wszystkie równy potencjał V. Natomiast prawe okładki są uziemione, więc ich potencjał równy jest zero.

Ładunek naniesiony na lewą stronę układu rozmieścił się po okładkach. Suma ładunków na poszczególnych kondensatorach równa jest ładunkowi dostarczonemu przez nas (ładunek całkowity).

Ostatni wzór mówi nam jak liczy się pojemność układu kondensatorów połączonych równolegle. Pojemność zastępcza tak połączonych kondensatorów jest równa sumie poszczególnych pojemności.

Posted in Elektrostatyka | Leave a comment

Podbój kosmosu – pierwsze kroki

Laser

Energia jądrowa i promieniotwórczość

Dynamika – powtórka do klasówki

Falowe własności światła

Opis planet

Termometry Rodzaje i ich zastowanie

Wpływ promieniowania na organizmy

Piorun kulisty

Elektrostatyka

Kategorie

Przyjaciele

Czy wiesz, że…