Hőtan

1. Gáztörvények

Mi a hőmérséklet definíciója? A hőmérséklet egy intenzív állapothatározó, egyszerre jellemzi az anyag mikroszkopikus és makroszkopikus állapotát. Makroszkopikus nagyságrendben egy érezhető dolog, de mérhető is, hőmérőt készíthetünk hőtágulás alapján (bimetallból vagy folyadékból) vagy akár elektromos ellenállás alapján. Mikroszkopikusan nézve egyenesen arányos a test hőmérséklete az őt felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával.

Mi a nyomás? A nyomás egy intenzív állapothatározó, megadja az egységnyi felületre merőlegesen ható erő nagyságát. SI egysége a Pascal (Newton/m^2), de sok régi, nem szabványos egységet is használnak még, ilyen a Hgmm/Torr, atm, bar.

Mi a parciális nyomás? Az a nyomás, amit akkor mérhetnénk, ha a gáz adott komponense egyedül töltené ki a teljes térfogatot.

Mi a termodinamikai egyensúly? Amikor egy anyag két fázisa között dinamikus egyensúly áll be, azaz időegység alatt ugyanannyi részecske alakul át a folyamat egyik irányába, mint a másik irányába. Például amikor víz és gőz áll egymással egyensúlyban, tetszőleges idő alatt ugyanannyi víz párolog mint csapódik le.

Milyen intenzív és extenzív állapothatározókat ismer? intenzív: hőmérséklet, páratartalom extenzív: tömeg, térfogat, energia, entrópia. Extenzív állapothatározók anyagmennyiségtől függenek, két rendszer kölcsönhatásakor mindig összeadódnak. Intenzív állapothatározók kölcsönhatáskor a kiegyenlítődásre törekszenek.

Mi a hidrosztatikai nyomás? Hogyan lehet kiszámolni? A testre a fölötte lévő folyadék súlya által kifejtett nyomás. P(h)=[ro]*g*h

Mi az abszolút hőmérséklet? A Kelvin-féle skála, itt a 0 fok az abszolút 0 (-273C), és az egysége megegyezik a Celsius-fok egységével. Az abszolút nulla Kelvin fizikailag elérhetetlen, itt az anyagok entrópiája a nullához közelít, ezen a hőmérsékleti tartományon az anyagok a megszokottól nagyon eltérő viselkedést mutatnak, például szupravezetés.

Milyen hőmérsékleti skálákat ismer? Celsius: 0 a víz olvadáspontja, 100 a víz forráspontja, Kelvin: 0 az elméletileg az elképzelhető legalacsonyabb hőmérséklet, a fokok nagysága megegyezik a Celsius-félével, 0°C=273K, Fahrenheit: 0°F Fahrenheit szülővárosában valaha előfordult leghidegebb, 100°F az ember testhőmérséklete, igaz nem pontosan. 0°C=32°F. Ritkán használt skálák még: Rankine (0: abszolút nulla, egysége akkora mint a Fahrenheit), Reaumure (0: víz olvadáspontja, 80: víz forráspontja).

Mi ezek definíciója?

Hogyan kell átváltani a hőmérsékleti skálák között? [K]=[C]+273 [C]=[K]-273 x[C]=x*(212-32)/100 + 32 [F]

Mi a lineáris hőtágulás jelensége? Hőmérsékletváltozáskor a szilárd és folyékony, egyirányban (azaz két dimenzióban) nagyobb kiterjedésű testek hosszváltozást szenvednek el, a változás a többi irányba elhanyagolható. A változás hőmérsékletemelkedéskor tágulás, hőmérsékletcsökkenéskor összehúzódás.

Mi a lineáris hőtágulás törvénye? A hosszanti irányban a változás mértéke = lineáris hőtágulási együttható * eredeti hossz * hőmérsékletváltozás.. A lineáris hőtágulási együttható egy anyagra jellemző állandó érték.

Mi a térfogati hőtágulás? Ha a test kiterjedése minden irányban hasonló, azaz a testnek van térbeli kiterjedése (háromdimenziós), akkor a test tágulását a térfogat tágulásával írjuk le, erre igaz az alábbi törvény: térfogati tágulás mértéke = térfogati hőtágulási együttható (3*lineáris hőtágulási állandó) * eredeti térfogat * hőmérsékletváltozás

Milyen fizikai folyamat alapján működik a higanyos hőmérő? A lineáris hőtágulás alapján működik, egy vékony csőben lévő higany hosszváltozását figyeljük, és hogy minél pontosabb legyen a hőmérő, a cső alatt minél nagyobb tartály kell a higanynak, minél több higanyunk van, annál nagyobb változást szenved el a hőmérsékletváltozás hatására.

Hogyan működik a termopár-hőmérő? Egy kétféle fémből készült eszköz, ami a két fém érintkezésekor fellépő termikus feszültséget méri, ebből számolja az érintkezési pont hőmérsékletét.

Mi a hőtérkép és hogyan kell ezt felvenni (mit kell megmérni)?

Miért és milyen esetben ébred fémekben termikus feszültség?

Mi a bimetál? Egymáshoz erősen rögzítünk (mondjuk szegecselünk) két anyagot (általában fémet, ezek elég rugalmasak hozzá), amiknek eltérő a hőtágulási együtthatójuk. Minél jobban eltér a hőmérséklet az összeillesztéskoritól, annál jobban elgörbül a bimetal, ezzel lehet készíteni mechanikus hőmérőket, hőkapcsolókat.

Mikor zötyög jobban a vonat télen vagy nyáron? A vonat azért zötyög, mert a régi síneket nem tudták kellően erősen összeilleszteni, hogy azt a hőtágulás ne feszítse szét, ezért inkább réseket hagytak a síndarabok között, amiken ahogy áthalad a vonat, döcög. Télen a síndarabok összehúzódnak, így a köztük lévő rés valamivel nagyobb lesz, ezért ilyenkor jobban döcög.

Ismertesse a víz sűrűségének hőmérséklet-függését! A víz sűrűsége 4C-on a legnagyobb, ettől távolodva mindkét irányban egyenletesen csökken. Ezért is nem lehet például víz alapú hőmérőt készíteni, illetve ezért felülről lefelé fagynak be a tavak. Ez a víz egyedi tulajdonsága, a többi anyag általában a hőmérsékletemelkedéssel tágul – így csökken a sűrűsége.

Mi a görbe értelmezése? Minden anyag így viselkedik?

Mik Gay-Lussac törvényei?

1. az állandó tömegű ideális gáz állandó nyomáson történő állapotváltozásakor a gáz térfogata egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. V1/T1=V2/T2
2. állandó térfogaton történő állapotváltozások során az állandó tömegű ideális gáz nyomása egyenesen arányos a gáz abszolút hőmérsékletével. p1/T1=p2/T2

Mi a Boyle-Mariotte törvény? Állandó tömegű ideális gázok esetén izoterm reakcióknál p*V állandó.

Hogyan lehet e Boyle-Mariotte törvényt kísérlettel igazolni? Egy gázt jó hővezető tartályba kell tenni, megmérni a térfogatát-nyomását, majd összenyomni és megmérni még néhányszor, majd az értékeket grafikonon ábrázolni, a p-V diagrammon láthatjuk az izotermákat.

Hogyan működik az állandó térfogatú gázhőmérő? A gáz egy állandó térfogatú helyre van bezárva, és mivel mindig kitölti a rendelkezésére álló helyet, a térfogata állandó. Izochor állapotváltozásnál a Gay-Lussac törvény alapján a gáz hőmérséklete és nyomása egyenesen arányos, így nyomásváltozásból számolhatjuk a hőmérsékletét.

Hogyan egyeztethető össze a lufi felfújása és a Boyle-Mariotte törvény? A lufi fújásakor nem érvényes a Boyle-Mariotte, ugyanis az állandó tömegű gázokra vonatkozik, a lufiban pedig folyamatosan növeljük a gáz mennyiségét.

Mi az egyesített gáztörvény? Tartalmazza a két Gay-Lussac és a Boyle-Mariotte törvényt: az állandó tömegű ideális gázok nyomása*térfogata/hőmérséklete állandó.

Mi a mólszám definíciója? 1 mol az az anyagmennyiség, amiben annyi darab részecske van, mint 12 gramm 12-es tömegszámú szénatomban. Kiszámítása: tömeg / moláris tömeg.

Mi az Avogadro-szám? A váltószám a darab és a mol között, értéke 6*10^23.

Mi az atomtömeg? Valamely elem egyetlen atomjának a tömege. Ebből következően az atomtömeg nagyon kis érték. Például egyetlen hidrogénatom tömege: 1,66*10^{-27 kg. Az atomtömeget a moláris tömeg és az Avogadro-állandó hányadosaként számíthatjuk ki.}

Mi az ideális gáz? Ideális az a képzeletbeli gáz, amire maradéktalanul teljesül az általános gáztörvény. Részecskéinek tömege van, térbeli kiterjedése nincs (azaz pontszerűnek tekinthetőek), és egymással nem állnak kölcsönhatásban. p-V diagramjuk egy hiperbolát ad ki. Gyakorlatban ideálishoz közel állnak a kis rendszámú gázok, főleg kis nyomáson és nagy hőmérsékleten.

Mi az ideális gáz első állapotegyenlete? p*V=n*R*T ahol T Kelvinben értendő, és R az univerzális gázállandó

Mi a Boltzmann-állandó és az univerzális gázállandó közötti kapcsolat? Boltzmann-állandó = univerzális gázállandó / Avogadro-szám

2. Fázisátalakulások

Mi a gázok belső energiájának meghatározása? A rendszert alkotó részecskék rendezetlen mozgást – hőmozgát-végeznek , és egymásra általában erőt gyakorolnak, a részecskék ebből származó mozgási és helyzezi energiájának összege a rendszer belső energiája.

Mit jelent az, hogy hőátadás? Hőátadás történik, amikor két részrendszer (vagy rendszer és környezete) kölcsönhatásakor az egyik belső energiája nő, a másiké csökken, a kettő összege zárt rendszer (bruttó rendszer) esetén állandó. Eközben hőmérsékletváltozás és/vagy munkavégzés történik. Fajtái: hővezetés, hőáramlás, hősugárzás.

Milyen energiaegységeket ismer? Joule, kWh, lóerő, cal

Mi a kaloria definíciója? 1 kaloria hő szükséges ahhoz, hogy 1g víz hőmérsékletét 1°C-kal emeljük. Tehát mennyiségileg a víz fajhőjének (4200J/kgK) az ezredrésze.

Mi a fajhő? Az a hőmennyiség, ami ahhoz kell, hogy az adott anyagból egységnyi tömegnek a hőmérsékletét 1 Celsius fokkal emeljük. Ez egy anyagra jellemző állandó. A víz fajhője igen nagy, a fémeké kicsi. Általában a jó hővezetők fajhője kicsi.

Mi a fajhő egysége? J/kg*K

Ismertesse a testek hőmérsékletváltozása és az átadott hő kapcsolatát! dQ=c*m*dT

Hogyan lehet kimutatni, hogy a belső energia (hőenergia) és a mechanikai energia egyenértékűek? Ki mutatta ki?

Milyen termodinamikai halmazállapotokat ismer? (1) szilárd: a részecskék egymáshoz nagyon közel, szoros kapcsolatban, összenyomhatósága elhanyagolható, állandó térfogat, saját alak (2) folyékony: a részecskék közel, kevésbé szoros kapcsolat, elmozdulhatnak egymáshoz képest, összenyomhatósága kisebb, saját alak nincs, saját térfogat (3) légnemű: részecskék közötti kölcsönhatás elhanyagolható, összenyomhatóság nagy, kitöltik a rendelkezésre álló teret, kritikus hőmérséklet alatt gőz (összenyomjuk kondenzálódik) fölötte gáz

Nevezzen meg olyan folyamatokat, amikor az anyag halmazállapota megváltozik! fagyás, olvadás, forrás, lecsapódás, párolgás, szublimáció

Ismertesse, hogy a -20°C-os jég hőmérséklete hogyan változik az átadott hő függvényében, ha hőt közlünk vele! Egy darabig egyenletesen nő, majd ahogy egy része 0C-osra nő, elkezd olvadni, és amíg egyszerre van a rendszerben víz és jég, a hőmérséklete marad 0. Ahogy megolvadt az egész, a hőmérséklete ismét egyenletesen nő (4,2kJ hő átadásától 1C-ot), 100C-ig. Ott megint állandó, amíg fel nem forr az egész. Onnan megint nő.

Mi a latens hő? Akkor nyelődik el vagy szabadul fel, amikor egy anyag állandó hőmérsékleten halmazállapot-változáson megy keresztül, tehát szilárdból cseppfolyóssá (olvadáshő), vagy cseppfolyósból légneművé (párolgási hő) válik. Jele: L Mértékegysége J (joule).

Mi a gőznyomás? zárt rendszerben az anyag gőzállapotban lévő részének nyomása

Mi az egyensúlyi gőznyomás? adott hőmérsékleten a folyadékával egyensúlyban lévő telített gőz nyomása

Hogyan függ az egyensúlyi gőznyomás a hőmérséklettől? lnP_t=-A/T+B

Mi a harmatpont? Az a hőmérséklet, amin a légrész telítetté válik, ennél jobban nem lehet lehűteni, ha a környezete tovább hűl, a légrészben lévő vízpára kicsapódik.

A víz olvadáspontja és forráspontja hogyan függ a külső nyomástól? Hogy van ez más anyagoknál? Nagy nyomáson a víz olvadáspontja alacsonyabb lesz (a korcsolyázó alatt megolvad a jég), forráspontja magasabb (a kuktában 100C fölötti víz van). Más anyagoknál is feltolódik a forráspont, de azoknál az olvadáspont is emelkedik.

Milyen tojást lehetne főzni 3 perc alatt a Mount Everesten? Nem lehetne tojást főzni, fönn olyan alacsony a légnyomás, hogy a víz iható hőmérsékleten már forr, ezen nem fog megfőni semmi 3 perc alatt.

Milyen lehet egy jégkocka hőmérséklete a Mont Blancon? Alacsony légnyomáson a víz olvadáspontja magasabb lesz, elvileg 0 fok fölötti jégkocka is előfordulhat ott.

Magyarázza el a ködképződés folyamatát! Éjszaka a levegő hőmérséklete kellőképpen lecsökken (vagy a meglévő száraz-hideg levegő fölé nedves-meleg áramlik be) és ahogy eléri a harmatpontot, a relatív páratartalma 100%-osra nő, ennél jobban már nem tud lehűlni, kénytelen kicsapódni.

Miért párásodik be a szemüveg a hideg utcáról egy meleg szobába lépve? A szemüveg hideg, lehűti a maga körüli levegőt, ami így nem bírja a nedvességet megtartani, és kicsapódik.

3. Hőátadás formái

Mondjon példát a hőátadás egyes formáira! (1) Hővezetés: az anyag belsejében történik az átadás, a részecskék rezgésállapota változik, pl lábas, fal. (2) Hőáramlás (konvekció): a részecskék elmozdulnak hőközvetítés közben, pl légkörzés, Golf-áramlat – gyorsabb. (3) Hősugárzás: a testek saját hőmérsékletéből eredő sugárzás (Planck-görbe) ugyanis minden atomtörzs (+),a hőmozgása változó sebességű, és minden mozgó töltés elektromágneses teret kelt maga körül.

Mi a konvekció és a hővezetés között a különbség? A konvekciónál anyagáramlás történik, a hővezetésnél csak energiaáramlás. Konvekció történik levegőben és folyadékokban, hővezetés szilárd testekben.

Milyen anyagok a hővezetők, és a hőszigetelők? Jó szigetelő az, aminek nagy a hővezetési ellenállása, ez egy anyagra jellemző érték.

Írja fel a hőátadás törvényét!

Mi a termikus vezetőképesség?

Miért szigetelnek jól a habok? Sok bennük a levegő, és az jó szigetelő.

Hogyan terjed az energia a hősugárzás során? Konvekcióval, a részecskék mozgása következtében.

Mi a fekete test meghatározása? Ha egy test egy adott hőmérsékleten és hullámhosszon nagy mennyiségű energiát képes sugározni, akkor e sugárzás elnyelésére is nagymértékben képes. Az emissziós és abszorpciós képesség arányának meg kell egyezni egy olyan test emissziós képességével, amely minden hullámhosszú sugárzást képes elnyelni. Az ilyen (minden sugárzást 100%-os abszorpciós képességgel elnyelni képes) testet fekete testnek nevezzük.

Mi a hősugárzás abszorpciója, reflexiója és emissziója között a kapcsolat egyensúly esetén?

Mondjon példát jó sugárzóra és jó elnyelőre!

Mi a Stefan-Boltzmann törvény? Minden test aminek a hőmérséklete nagyobb mint 0 Kelvin, hőt sugároz ki. Egy abszolút fekete test saját hősugárzása miatt kisugárzott energia intenzitása = Stefan-Boltzmann-állandó * abszolút hőmérséklet ^4

4. Kinetikus gázelmélet

Mit tud a 300 K hőmérsékletű gáz részecskéinek sebességéről?

Mi a Maxwell-Boltzmann eloszlás?

Hogyan lehet megmérni, a gázrészecskék sebességeloszlását?

Mi a nyomás kinetikus gázelméletbeli értelmezése?

Mi a sebességnégyzetek átlagának fogalma?

Mi a hőmérséklet kinetikus gázelméletbeli értelmezése? A testet alkotó részecskék mozgási energiájából származik.

Mi a szabadsági fok?

Mi az ekvipartíció tétele? Minden szabadsági fokra ugyanannyi energia jut egyensúlyban és átlagosan. ½ k*T = ½ m v_x ² átlag

Mekkora az egyatomos gáz egy részecskének átlagos mozgási energiája T hőmérsékleten? U= 3/2 *N*k*T

Hogyan magyarázza a hőmérséklet kiegyenlítődését mikroszkópikusan?

Mi a diffúzió jelensége? Vannak anyagok, amiken akkora lyukak találhatóak, amiken egyes molekulák átférnek, mások nem. Ezeket féligáteresztő hártyának nevezzük. Általában az oldatokból az oldószer át tud menni ezeken, míg az oldott anyag nem. Diffúzió során az anyagok a hártya két oldalán lévő koncentrációkülönbség kiegyenlítésére törekszenek, azzal, hogy az oldószer átvándorol a sűrűbb oldalra.

Mi hajtja a diffúzió folyamatát? A határfelület két oldala közötti sűrűség illetve koncentrációkülönbség, vagyis az ebből következő nyomáskülönbség.

Mi a diffúzió Fick-törvénye?

Mi a Brown-mozgás jelensége? A porszemek, pollenek, más apró részek teljesen rendezetlen mozgást végeznek.

Mi a Brown-mozgás magyarázata? Nyomásingadozások megnyilvánulásának tekinthető. A folyadékban vagy gázban lebegő mikroszkópikus részecskébe a molekulák minden oldalról beleütköznek , és annak impulzust adnak át. Minél kisebb a részecske s ezzel a bizonyos idő alatt belé ütköző molekulák száma ,annál valószínűbb ,hogy igen kis időközben pl a bal ás jobb oldalról kapott impulzusok hatása nem egyenlíti ki egymást,és ezért a részecske pl.jobbra mozdul el , a következő kis időben pedig pl. az alulról nyert impulzustöbblet hatására felfelé halad és így tovább.

Mennyi idő múlva érezni egy üvegből kiáramló parfüm ill. aceton illatát kb 10 méter távolságból? Néhány perc. A gázrészecskék ha egyedül lennének, sokkal gyorsabban megtennék ezt a távolságot, de mivel folyton ütköznek, ezzel jelentősen lassítják egymást.

Az előbbi átlagos távolodási sebesség és a molekulák átlagsebessége között milyen reláció áll fenn? (kisebb, nagyobb vagy egyenlő, és miért) A molekulák átlagsebessége jóval gyorsabb, de a gáz részecskéi ütközésük során lassítják egymást átlagban, oda-vissza kóricálnak, hiszen például egy ütközéskor vissza is fordulhatnak. Ezzel a rendezetlen mozgással (Brown-mozgás) szépen lassan, fokozatosan töltik ki a rendelkezésükre álló helyet.

5. A hőtan főtételei

Milyen általánosabb elv speciális esete a temodinamika első fő tétele? Az energiamegmaradás speciális esete, azt mondja hogy a belső energia megváltozása teljes egészében felbontható az elvégzett munkára és a bekövetkezett hőmérsékletváltozásra.

Mit jelentenek a következő folyamatok: izobár, izochor, izoterm, adiabatikus? Izobár: állandó nyomáson, izochor: állandó térfogaton, izoterm: állandó hőmérsékleten, adiabatikus: a folyamat során nem történik hőcsere, azaz dQ=0

Mi a termodinamikai munka? Mi az előjelének konvenciója? A gáz térfogatváltozásából származó munka, pozitív ha mi végzünk munkát a gázon (magyarul összenyomjuk), negatív ha a gáz végez munkát (magyarul kitágul).

Mi az első főtétel? Nem létezik elsőfajú örökmozgó, azaz olyan gép, ami energiabefektetés nélkül tud munkát végezni. Ez az energiamegmaradás tétele máshogy megfogalmazva.

Hogy tudja kiszámolni a munkát izobár, izochor, izoterm állapotváltozások során? W(izobár)=-pdW W(izochor)=0J W(izoterm)=-nRT (n: részecskeszám, R: univerzális gázállandó)

Ismertesse a hőtan második főtételének néhány megfogalmazását! Hő önként csak melegebb helyről megy a hidegebb hely felé. A hőátadás irreverzibilis folyamat, a hőenergia nem alakítható 100%-os hatásfokkal mechanikai energiává. Zárt rendszer entrópiája (azaz rendezetlensége) a benne végbemenő folyamatok során mindig nő. Nem létezik másodfajú örökmozgó, azaz olyan hőerőgép, aminek csak egy hőtartálya van, és annak lehűtése árán periodikusan munkát végez.

Mi az entrópiaváltozás definíciója? dS=dQ/T

Hogyan tud változni egy nyílt rendszer entrópiája? Nyílt rendszer entrópiája csökkenhet is, nőhet is. Nő például az emberi test entrópiája ha nem eszünk.

Hogyan tud változni egy zárt rendszer entrópiája? Zárt rendszer entrópiája bármilyen változás során mindig nő (termodinamika II)

Mi a hőtan harmadik főtétele? Bármely rendszer entrópiája 0 Kelvin közelében tart a 0-hoz. Ezért nem tartjuk fizikailag lehetségesnek a 0K elérését.

6. Termodinamikai körfolyamatok

Hogyan működik egy hőerőgép? Felmelegítjük a gázt, ettől kitágul, a tágulás miatt lehűl, eközben összehúzódik és ezzel munkát végez. Hőenergiát alakít át mechanikai energiává.

Mi a hőpumpa elve?

Mi a hőszivattyú elve? A hőszivattyú egy fordított körfolyamat, ahol a gép belsejében egy jól párolgó anyagot összenyomunk, amitől a hőmérséklet és a nyomás megnő, az anyag pedig kondenzálódik. Az eközben felszabaduló hőt egy radiátorba vezetjük, aminek a környezethez képest még mindig relatíve nagy a nyomása, ahogy az ebben lévő anyag átmegy a szelepen és kiér a kinti alacsony nyomásra, egyből elpárolog, és a környezetétől elvonja a rendelkezésre álló hőt, erre még akkor is képes, ha a környezet hőmérséklete jóval alacsonyabb.

Mi a körfolyamatok hatásfokának definíciója? gáz által végzett hasznos munka / gáz által felvett hő

Mi a hasznos munka? A gáz tágulási munkája - gáz összenyomására használt munka.

Hogyan kell a hasznos munkát kiszámolni a p-V diagramm segítségével?

Hogyan működik a hűtőszekrény és a légkondícionáló berendezés? Hőt von el a környezetétől, ehhez a második főtétel alapján munkát kell végeznünk.

Mit jelent az irreverzibilis és a reverzibilis folyamat? Reverzibilis: teljes mértékben visszafordítható, általában ilyenek azok a folyamatok, amikben mechanikai energia alakul át mechanikai energiává. Irreverzibilis folyamatok csak külső beavatkozással, energiabefektetéssel fordíthatók vissza (vagy úgy sem), ilyenek azok a folyamatok, ahol mechanikai energiából lesz hőenergia.

Mi a Carnot-ciklus? A Carnot-ciklus az a hőerőgépekkel végezhető körfolyamat, amelyiknek a legnagyobb a hatásfoka. Ez végig izotermákból és adiabatákból áll. (1) izoterma, hűlés (2) adiabata, hűlés (3) izoterma, melegedés (4) adiabata, melegedés. (p-V diagrammon az adiabata jóval meredekebb mint az izoterma)

Mekkora a Carnot-ciklus hatásfoka? 1-(meleg hőtartály hőmérséklete / hideg hőtartály hőmérséklete)

Hogyan viszonyul a Carnot-ciklus hatásfoka más körfolyamatok hatásfokaihoz? Ez a hőerőgép használatával elérhető legnagyobb hatásfokú körfolyamat.

Elektromosságtan

7. Elektromos erők, töltések

Mi az elektromos töltés fogalma? Az elektromos töltés magában nem létezik, ez egy testnek/ionnak/részecskének/stb az elektromos állapotát, elektromos vonzó képességét jelenti. Kétféle töltés lehetséges, az egyiket pozitívnak, a másikat negatívnak nevezzük. Elektrosztatikus teret építenek ki maguk körül, erőt fejtenek ki a többi töltéssel rendelkező testre. Az azonos töltések taszítják, az ellenkező töltések vonzzák egymást. Egy test töltése semleges, ha benne a pozitív és negatív töltések kiegyenlítik egymást. A töltések előjelesen összeadódnak.

Hogyan mutatná be, hogy létezik elektromos töltés? A legegyszerűbben elektroszkóppal. Egy fém hengerre papírdarabokat ragasztok, egy érintkezési ponton. Műanyag rudat dörzsölök szőrméhez, amitől az töltésre tesz szert (elektronokat kap vagy veszít). Amikor a műanyagrudat hozzáérintem a fémhez, az átadja neki a töltését, és mivel a papírlapok és a fémdarab töltése megegyezik, taszítják egymást.

Mi a Coulomb-törvény és mire vonatkozik? Két egymástól r távolságra lévő q1, q2 ponttöltés töltés által egymásra ható erő nagysága = Boltzmann-állandó * q1 * q2 /r^2 . Az iránya: azonos töltések taszítják egymást, ellentétes töltések vonzzák egymást. Az 1. által a 2.-ra ható erő pozitív, ha az egységvektor az 1.->2. felé mutat.

Mekkora munkát végez a Coulomb erő, ha egy pozitív ponttöltés körül adott sugarú pályán egy negatív töltést végigviszünk? Mivel az elekrosztatikus tér konzervatív, ezért csak a mozgatás kezdő és végpontja számít. Ha teljesen körbevisszük a töltést, ugyanoda érkezik vissza, tehát az elmozdulása 0, ilyenkor a munkavégzése is 0.

Mekkora az elemi töltés? A töltés legkisebb hordozó egysége az elektron (és anti-párja a pozitron), így megegyezés szerint ez lett az elemi töltés. Értéke -1,9*10^-19 Coulomb.

Mi a töltésmegmaradás törvénye? Zárt rendszerben az elektromos töltések előjeles összege mindig állandó.

Hogyan kell elektrosztatikusan levegőt tisztítani? Veszünk két fémrácsot, az egyiket leföldeljük, a másiknak nagy feszültséget adunk. Szivattyúval átfújjuk rajta a levegőt (előzetes mechanikai szűrés után). A két fémrácsot kondenzátornak tekinthetjük, közöttük majdnem homogén az elektrosztatikus tér, ezért a töltéseket magukhoz szívják. Az aeroszolok többsége radioaktív bomlás miatt töltéssel rendelkezik.

Mekkora egy elektron ill. egy proton töltése? - illetve + 1,6 * 10^-19C

Két ponttöltés hat egy harmadikra. Hogyan számolja ki a harmadikra ható eredő erőt? A harmadikra az első által és a harmadikra a második által ható erőt külön-külön kiszámolom, majd vektorilag összegzem őket (ugyanis az erők egymást nem zavarják, általában ha több tetszőleges erő hat egy testre, azokat az erőket elegendő vektorilag összeadogatni) <erők függetlensége?>

Mi a Millikan-kísérlet és mit határozott meg? Millikan olajat porlasztott, amitől az apró szemcsékre vált szét, majd röntgencsővel elektronsugárzásnak tette ki, ezzel ionizálta (némelyiken elektronhiány, másokon elektronfelesleg alakult ki), feszültséget kapcsolt rájuk. Ha az olajszemcsék semleges töltésűek lennének, a közegellenállásuk miatt állandó sebességgel süllyednének, de így a töltésüktől függően különböző sebességgel mozogtak fel-le, ezt mérte Millikan, majd ebből számolta ki az elemi töltés töltés-tömeg arányát (mindig egy adott szám vagy egész számú többszöröse jött ki).

8. Az elektrosztatikus tér leírása

Mi az elektromos térerősség definíciója? Az elektromos térerősség vektor = q nagyságú pozitív próbatöltésre ható erő / q nagysága. Azaz jellemzi a teret olyan szempontból, hogy ha magára hagynánk egy töltést, az milyen irányban mozdulna el és mekkora erő mozgatná.

Mi az elektrosztatikus potenciál definíciója? „Az elektrosztatikus tér vonalintegrálja két pont között” azaz egy q próbatöltés elmozgatásához szükséges munka és a q töltés nagyságának hányadosa.

Mik az elektromos erővonalak felrajzolásának szabályai? Az erővonalak sűrűsége utal a térerősség nagyságára (minél nagyobb a térerősség, annál sűrűbbre kell rajzolnunk a térerővonalakat) és egy adott pontban mindig arra mutatnak, amerre a pontban magára hagyott töltés elmozdulna. Ívelt térerővonal esetén a töltés érintő irányba mozdulna el.

Rajzolja fel egy pozitív és egy negatív töltésű ponttöltés valamint egy elektromos dipólus erővonalrendszerét!

Mi az elektromos dipólus-momentum? Olyan két pontszerű töltésből álló töltés rendszer, amelyek töltésmennyiségei egyenlők és ellentétes előjelűek

Hogyan adódnak össze az elektrosztatikus térerősségek, ha több töltés alkotja a rendszert? Az elektrosztatikus terekre érvényes a szuperpozíció elve, eszerint mindegyik töltés zavartalanul, egymástól függetlenül kiépíti a maga elektrosztatikus terét, és az eredő térerősség ezeknek a vektori összege.

Hogyan adódnak össze az elektrosztatikus potenciálok, ha több töltés alkotja a rendszert?

Mekkora az elektrosztatikus térerősség és a potenciál egy ponttöltés körül? A potenciál nagysága Boltzmann * ponttöltés / ponttöltéstől való távolság (Boltzmann = 1 / 4[pi]*vákuum dielektromos á)

Mit jelent az, hogy az elektrosztatikus tér konzervatív? Konzervatív az a tér, amiben bármilyen munkavégzés nagysága csak a kezdeti és végállapottól függ, tehát például mozgatás esetén nem számít a megtett útvonal, egyedül a kezdeti és a végpont. Ilyen az elektrosztatikus tér (a részecske mozgatásához szükséges munka nem függ a részecske által megtett úttól) de például a gravitációs mező is (a helyzeti energiát egyedül a magasságunk adja meg). Viszont nem ilyen a súrlódási erő. Általában a konzervatív terekben történő mozgás zárt rendszer esetén reverzibilis.

Lehetne-e definiálni elektromos potenciált, ha nem lenne az elektromos tér konzervatív? Nem lehetne, hiszen akkor a részecske mozgatásához szükséges munka és ezzel az elektromos potenciál is teljesen esetleges lenne, attól függene hogy a részecskét milyen úton vittük, így ez nem egyedül a térre lenne jellemző.

Mi az elektronvolt? Az a mozgási energia, amit 1 elektron kap, ha 1V feszültséggel gyorsítjuk. Ennek nagysága W=qU=1,6*10^-19J

Mik az ekvipotenciális felületek? Mi a kapcsolatuk az erővonalrendszerrel? Az ekvipotenciális felületek az azonos elektromos potenciálú helyek halmaza, az ezek közötti munkavégzés 0. A gravitációs tér példáján ezek a sík (vagyis azonos magasságú) területek. A térerősségvonalak merőlegesek az ekvipotenciális felületekre.

Mi két pont potenciálkülönbsége és a köztük lévő pontokon mérhető térerősség kapcsolata?

Mi az elektromos fluxus? „az elektromos tér felületre vett integrálja” <...>

Mi az elektrosztatika Gauss-tétele? Az elektromos tér forráserőssége = elektromos tér felületi integrálja = felületbe zárt töltések összege / vákuum dielektromos állandója <...>

9. A kondenzátor

Mi a kondenzátor? Egy eszköz, aminek a funkciója energia tárolása, elektromos töltések formájában. Legegyszerűbb fajtája a síkkondenzátor, ami két egymástól levegővel vagy szigetelőanyaggal elszigetelt, egymással párhuzamos fémlapból áll, ezeket fegyverzetnek hívjuk. A két lemezén egyforma abszolútértékű, ellentétes előjelű töltés található. A belsejében homogén elektromos mező jön létre. A kondenzátor kapacitása a benne tárolt töltés és feszültség hányadosa, normál síkkondenzátornál ez egy állandó, kondenzátorra jellemző érték, de vannak változtatható kapacitású kondenzátorok is.

Mit jelent a kapacitás fogalma? A kondenzátor kapacitása a fegyverzetén tárolt töltés és a feszültsége hányadosa. Levegővel töltött síkkondenzátor esetén a kapacitás = vákuum dielektromos állandója * kondenzátor lap területe / lapok távolsága. Mértékegysége a Farad, de ez hatalmas érték, a gyakorlatban főleg mikroFaradok fordulnak elő.

Hogyan kell egy kondenzátort feltölteni? Vagy egy áramforrás két végére kapcsoljuk a fegyverzeteit, vagy az egyik felére töltést viszünk fel, a másikat leföldeljük, és ez megosztással töltést kap a földből.

Milyen elektromos tér van a kondenzátor lemezei között, ha nem folyik rajta áram keresztül, és fel van töltve? Homogén elektromos tér, azaz a térerősségvonalak egymással párhuzamosak, és azonos távolságra vannak

Milyen mozgást végez egy a kondenzátor lemezei közé merőlegesen belőtt elektron? Körmozgásba kezd, aminek a sugara függ a térerősségtől, a kondenzátor hosszától (ezekkel egyenesen arányos) és a kezdeti sebességétől (négyzetével fordítottan). Ezen az elven működik a ciklotron részecskegyorsító is.

Mi történik az elektromos térerősséggel a kondenzátor lemezei között, ha egy szigetelő anyagot teszünk oda? A szigetelő anyag (most dielektrikum) anyagra jellemző relatív dielektromos állandójának nagyságától függő mértékben nő a kondenzátor kapacitása, ezzel az azonos feszültég mellett tárolható töltésmenniység.

Mi a dielektromos állandó? A dielektromos állandó a vákuum dielektromos állandójának (ez egy állandó érték) és az anyagra jellemző relatív dielektromos állandó szorzata. Ezzel egyenesen arányos a kondenzátor kapacitása. Vákuum dielektromos állandó nagysága _{8,825 * 10} ^-12 C ² / N m

Mit tud egy fémgömbön belüli elektrosztatikus térről? Minden vezető a rávitt töltéseket a külső felületén gyűjti össze, ott helyezkednek el. Egymástól próbálnak minél messzebb kerülni, ezért a felület csúcsain nagyobb a töltéssűrűség (lásd csúcshatás, Szt. Elmo tüze). Magában a vezetőben az elektrosztatikus tér erőssége nulla, és ugyanígy a vezetőben lévő folytonossági hiányokban, üregekben is. Ezért szokták használni tűzveszélyes dolgok (pl gázpalack) villám elleni védelmére a Faraday-kalitkát, ami egy fémrács, és elektrosztatikus tér szempontjából leárnyékolja a belsejében lévő teret.

Milyen irányú az elektrosztatikus térerősség egy vezető felületén?

Írja fel és magyarázza meg a kondenzátor kapacitását, felületét és a lemezek távolságát összekapcsoló egyenletet! A kondenzátor kapacitása = vákuum dielektromos állandója * dielektrikum dielektromos állandója (ha van) * felület / távolság

Hogyan tárolódik az energia a kondenzátorban? Töltések formájában.

Hogyan kell kapacitásokat összeadni soros ill. párhuzamos esetben? Fordítva mint az ellenállásoknál, azaz párhuzamos esetben összeadjuk, soros esetben a reciprokainak összegének reciprokát vesszük.

Mit tud a kondenzátoron belüli elektromos térerősségről? A kondenzátoron belül homogén elektromos tér van.

Mi a villám? Zivatarban a felhő belsejében gyorsan mozognak az esőcseppek és a jégszemcsék, ezek súrlódása töltésszétválasztást eredményez. A zivatarfelhőn belül általában felül helyezkednek el a pozitív, alul a negatív töltések. A zivatarfelhő megosztja a talajt, ezért az a felhővel ellentétes töltést kap, így a zivatarfelhő és a talaj között elektrosztatikus tér jön létre. Amikor a térerősség túlzottan megnő, a korábban szigetelőként viselkedő levegő is ionizálódik, vezetővé válik, és levezeti a villámot a talajba.

Milyen az elektromos térerősség és az elektromos potenciál a villámcsapás előtti pillanatban? Az elektromos térerősség 10EV/m^2

10. Az egyenáram és a váltóáram

Magyarázza el hogyan terjed az egyenáram és a váltakozó áram! A vezető anyagok többségének (a fémeknek) szerkezete fémrács, ami azt jelenti, hogy állandó helyen vannak a pozitív töltésű fématomtörzsek (külső elektronhéjuktól megfosztott atomok), és köztük össze-vissza cikáznak a delokalizált elektronok, ezek ilyenkor egyik atomhoz sem tartoznak. Amikor feszültséget kapcsolunk a vezető két végére, ezek az elektronok sorba rendeződnek, és egy irányba kezdenek áramolni. Természetesen nem haladnak egyenletesen, ütköznek a fématomtörzsekkel, de átlagosan ugyanúgy mozognak. Haladásuk iránya a technikai áramirány, de mi többnyire az egyszerűség kedvéért pozitív töltéshordozókban gondolkodunk, és fordított irányú mozgásban, ez a fizikai áramirány.

Mi az áramerősség definíciója? A vezető felületén egységnyi idő alatt merőlegesen átáramlott töltésmennyiség.

Mi az Ohm-törvény? Bármely áramkörben az (effektív) feszültség és az (effektív) áramerősség hányadosa állandó, ezt nevezzük az áramkör ellenállásának (impedanciájának).

Mi a Joule-hő? Hogyan tudná szemléletesen elmagyarázni keletkezését? A Joule-hő a vezetőben áram hatására keletkező hő. Nagysága feszültség * áramerősség * idő. Szemléletesen: a vezetőben az elektronok ugyan delokalizáltak, de a pozitív töltésű fématomtörzsek a helyükön maradnak, egy helyben állnak. Az áramot töltéshordozók áramlásaként értelmezzük, és ahogy ezek mennek a vezetőben, igazából egyenáramnál sem egyenletes a sebességük, hanem mennek és gyorsulnak amíg tudnak, majd amikor beleütköznek egy fématomtörzsbe, megállnak. Ilyenkor az atomtörzsek rezgését gerjesztjük, energiát adunk át nekik, ettől nő az egész rendszer hőmérséklete.

Mi a váltakozó áram definíciója? A váltakozó áram feszültsége és áramerőssége az idő függvényében szinuszosan változik.

Mi a váltóáram körfrekvenciája? A váltóáram áram/feszültségingadozására egy szinuszfüggvény jellemző, aminek az elméleti előállítása egy körív pontjának élvetülete, ennek a képzeletbeli körnek a forgási frekvenciája a váltóáram körfrekvenciája. Kiszámítása 2[pi]*[szinusz frekvenciája]

Mi a váltóáram effektív értéke? A váltóáram effektív feszültsége/áramerőssége az a feszültség/áramerősség ami megfelel a vele megegyező nagyságú Joule-hőt termelő egyenáram feszültségével/áramerősségével.

Hogyan függ ez össze a maximális értékével? Váltóáram maximális feszültsége/áramerőssége az effektív feszültségnek/áramerősségnek a gyök-kettőszöröse.

Mi az áram fázisa? A fázisszög mutatja az eltolódás mértékét váltóáram és váltófeszültség között. Minél nagyobb az eltolódás, annál kisebb a Joule-hő. Ha csak kondenzátor vagy csak tekercs van a körben, akkor pont [pi] az eltolódás (radiánban) – Joule-hő minimuma.

Hogyan kell váltóáramot létrehozni? Hogyha homogén mágneses térben vezető keretet forgatunk, a mozgási indukció jelensége miatt a vezető keretben feszültség indukálódik, ha zárjuk a kört, akkor pedig áram folyik. Az indukált feszültség nagysága pillanatról-pillanatra változik, a vezető keret és a mágneses tér egymáshoz viszonyított elhelyezkedése alapján. Mivel a sinus-fv definíciójában pont ez szerepel (körmozgás élvetülete) ezért természetes, hogy az így létrejövő feszültség sinusosan változik, azaz harmonikus rezgőmozgást végez.

Hogyan jut el a váltóáram az erőműből a fogyasztókig? Az erőműből amikor kijön a váltóáram, feltranszformálják magas feszültségre, ugyanis ilyenkor az áramerőssége lecsökken, így kevesebb hőt termel, ezáltal kevesebb lesz a veszteség. A fogyasztók mielőtt megkapják, biztosnági okokból visszatranszformálják alacsonyabb feszültségre.

Hogyan működik a transzformátor? Működése a nyugalmi indukció elvén alapszik. A primer tekercsben létrehozott váltakozó áram változó mágneses mezőt kelt a közös vasmagban. A változó mágneses fluxus hatására a szekunder tekercsben is feszültség indukálódik.

Hogyan számolja ki a váltóáram által keltett Joule-hőt? A váltóáram által keltett Joule-hő nagysága: U(effektív)*I(effektív)*eltelt idő*cos(fázisszög)

11. A mágneses tér

Mit tud a Föld mágneses téréről? A Föld belsejében kavargó fémek és radiaktív elemek hozzák létre. A Föld egy dipólusnak tekinthető, aminek a déli pólusa északon van, az északi pólusa délen. A mágneses pólusok nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal. A Föld felszínén mindenhol a mágneses térerősség-vonalak észak-déli irányba mutatnak. A ~ véd minket a Napból érkező töltött részecskéktől, ez okozza az északi fényt, és segíti a különböző állatok tájékozódását.

Mi az ami létre tud hozni mágneses teret? Mágneses tere van a ferromágneses, tartósan felmágnesezett anyagoknak, mint pl egy iránytű, a tekercseknek belül, az áramjárta vezetékeknek.

Milyen fajta mágneses anyagokat ismer?

Mi a ferromágnesség?

Mi a mágneses térerősség? A mágneses mező erőssége, ezzel arányos a Lorentz-erő nagysága, illetve a mágneses dipólusokra ható forgatónyomaték.

Hogyan lehet a nagyságát meghatározni egy kis tekercs segítségével? A tekercset mozgatjuk az ismeretlen nagyságú mágneses térben, mérjük az indukálódó feszültséget, majd a tekercs tulajdonságainak ismeretében (önindukciós együttható) kiszámíthatjuk a mágneses tér nagyságát.

Mi a Lorenz-erő? Mekkora? Milyen az iránya? A Lorentz-erő a mágneses térben mozgó részecskékre ható eltérítő erő, homogén mágneses mezőben ez kényszeríti körpályára a részecskéket. A nagysága: töltés nagysága * (sebességvektor és mágneses tér vektor keresztszorzata). Irányát jobbkézszabállyal határozhatjuk meg, a jobb kezünk hüvelykujja a részecske sebessége, mutatóujja a mágneses térvektor, középső ujja a részecskére ható erő.

Van-e mágneses töltés és mágneses dipólus? Mágneses töltés magában nincs, ha egy mágneses dipólust kettévágunk, két darab mágneses dipólust kapunk.

Hogyan mozog egy ponttöltés homogén mágneses térben állandó sebességgel? Körpályára áll, aminek a sugara = tömeg*sebesség/töltés*mágneses tér

Mi az a tömegspektrométer? Hogyan működik? Részecskék tömegét lehet vele nagy pontossággal meghatározni. Ionizáljuk őket, és homogén mágneses térben mozgatjuk, majd a körpályából, amire ráállnak, ki tudjuk számítani a töltés/tömeg hányadosukat. A töltésüket ismerjük, így megtudtuk a tömegüket.

Mi a Hall-effektus? Mire lehet használni? Ha egy mágneses térben lévő kereten elektronokat küldünk át, ezek eltérülnek, gyakorlatilag kialakul egy kondenzátor, a keretben a mágneses térrel arányos keresztirányú feszültség fog indukálódni. Ezzel lehet kimérni a Föld mágneses terét.

Milyen erő hat egy áramjárta vezetőre mágneses térben? Hogy hívják az erő nagyságát megadó egyenletet és mi az?

Mi a magnetohidrodinamikai hajtómű (jet hatás)?

Hogyan működik az egyenáramú motor?

Mit fedezett fel Oersted? Az elektromos áram mágneses hatását.

Mi a vákuum-permeabilitás?

Hogyan hat egymásra két áramjárta vezető?

Milyen az egyenes vezető körül kialakuló mágneses tér szerkezete és nagysága?

Mi az a szolenoid? Egyenes tekercs, lehet vasmagos is.

Milyen szerkezetű és nagyságú mágneses tér alakul ki egy szolenoidban? A szolenoid a kondenzátor mágneses megfelelője. Kívül elméletileg nulla, míg a tekercsben homogén mágneses tér van, aminek a nagysága vákuum-permeabilitás*menetszám*áramerősség/hossz. Tehát függ a tekercs geometriájától, és az áramerősségtől.

12. Az elektromágneses indukció

Mi az elektromágneses indukció jelensége? Változó mágneses tér maga körül elektromos teret kelt. Az indukció lehet mozgási (mondjuk tekercsben vasmagot mozgatunk) és önindukció (kikapcsoljuk a kört, ezt próbálja megakadályozni a tekercsben indukálódó feszültség).

Mi a mágneses fluxus definíciója? Az egységnyi felületen merőlegesen áthaladó mágneses térerősségvonalak száma.

Mi a Faraday-féle indukciós törvény? Az időben változó mágneses tér elektromos feszültséget kelt, ennek nagysága arányos a változás nagyságával, és fordítottan arányos a közben eltelt idővel.

Mi Lenz-törvénye? Lenz-törvénye szerint az indukált áram iránya mindig olyan, hogy akadályozza az őt létrehozó hatást. Ez a jelenség akadályozza meg az örökmozgó létrehozását.

Hogyan működik a bicikli sebesség-mérője? A küllőkön forog egy mágnes, a villára van erősítve egy tekercs, amikor a tekercs mellett elhalad a mágnes (amikor egy kört megtesz a kerék), áram indukálódik, ezt számolja egy berendezés. Meg kell adni a bicikli kerekének a méretét, akkor a megtett távot is tudni fogja.

Mi a mozgási indukció (mozgó vezető esete állandó mágneses térben) jelensége? Hogyha egy homogén mágneses térben mozgatunk egy vezetőt, azt tapasztalhatjuk, hogy a vezetőben feszültség indukálódik. A feszültség nagysága arányos a mozgatás során átmetszett mágneses fluxussal és fordítottan arányos a mozgatás közben eltelt idővel. Ezt a jelenséget használjuk ki váltóáram létrehozásakor is.

Miért indukálódik elektromotoros erő szolenoidon, ha a rajta átfolyó áram nem konstans?

Mekkora elektromotoros erő indukálódik a szolenoidon, ha a rajta átfolyó áram változik? Ha az átfolyó áram erőssége nő, akkor vele ellentétes irányú, ha csökken, akkor azonos irányú. Lenz törvénye miatt, a szolenoid késlelteti a változást.

Mi az önindukciós együttható? Mi az egysége? Az önindukciós együttható a tekercsre jellemző állandó, befolyásolja a tekercs geometriája. Egysége a Henry.

14. Félvezető anyagok, dióda, tranzisztor

Milyen félvezető anyagokat ismer? A félvezető anyagok alapja többnyire szilícium vagy germánium, de a szennyezésük alapján két csoportra oszthatjuk, az egyik a p típusú, ebben a szennyezőanyagnak kevesebb szabad elektronja van, ezért a pozitív lyukak vannak többségben, és az n típusú, ezekben a fölös elektronok vannak többen. Mindkét lehetőség a félvezető vezetőképességét növeli.

Mi a dióda szerkezete? A dióda egy p és egy n típusú félvezetőből áll, közötte határréteggel. Két kivezetése van, az egyiket anódnak, a másikat katódnak nevezzük. Az anód van a p felén, a katód az n felén.

Hogyan működik egy dióda? A p és az n réteg között egy záróréteg van, amin az áram csak az egyik irányban tud áthaladni.

Fénytan, elektromágneses hullámok

15. Az elektromágneses hullámok leírása

Mit nevezünk hullámnak általában? Általában hullámnak nevezünk bármilyen terjedő, illetve periodikusan visszatérő állapotot, zavart. Általában nem járnak anyagmozgással, az anyag (illetve közeg) részecskéi egyhelyben végeznek oda-vissza mozgást, rezgést. A hullámokat csoportosíthatjuk a kitérés síkja szerint: transzverzális és longitudinális.

Mi a terjedési sebesség? Az a sebesség, amivel a hullám egy tetszőlegesen kiválasztott állapota terjed. Általában a longitudinális hullámok gyorsabban terjednek mint a transzverzális hullámok, a szeizmológusok ezt használják ki. A hullámok terjedési sebessége függ a közeg tulajdonságaitól.

Mi végez hullámmozgást a vízhullámok, hanghullámok és a fény esetében? víz: vízmolekulák; hang: levegő molekulái; fény: az elektromágneses tér állapota változik.

Mit jelent a transzverzális és a longitudinális hullám? A hullámokat a rezgés síkja szerint oszthatjuk két csoportra, a longitudinális ahol a hullám terjedésével egy síkban rezegnek a részecskék, ez bármilyen közegben terjedhet. Ilyen például a hang. A transzverzális hullámok rezgése a hullám haladási irányára merőleges, ezek csak szilárd testekben haladhatnak. Ilyenek az elektromágneses hullámok.

Milyen az elektromágneses hullámok szerkezete? A hullám terjedési irányára és egymásra merőlegesen polarizált elektromos és mágneses hullámból áll.

Mi tud elektromágneses hullámokat kelteni? Például egy rezgőkör, ami egy kondenzátorból és egy tekercsből áll, ilyenkor elég kezdetben feltölteni (feszültségre kapcsolni) a rendszert, a kondenzátor ahogy kisül, elveszti az energiáját, viszont ettől a tekercsben mágneses mező indukálódik, ami visszaadja az energiát a kondenzátornak, és ez játszódik le sokszor oda-vissza. Ez a rendszer egy idő után kimerül, csillapítódik.

Mekkora a fénysebesség? A fény sebessége 3*10^8 m/s vákuumban, ennek az érdekessége, hogy minden vonatkoztatási rendszerben ennyi, és ezt a sebességet elméletileg semmi nem lépheti át. Levegőben is közelítőleg ennyi, valamivel lassabb, míg anyagokban jóval lassabb, a törésmutatótól függően.

Hogyan lehet megmérni? http://www.mozaik.info.hu/MozaWEB/Feny/page12.htm

Mi a fénysugárzás intenzitása?

Hogyan működik a mikrohullámú sütő?

Ismertesse az elektromágneses spektrum tartományait! Az elektromágneses hullámokat a frekvenciájuk (és ezzel a hullámhosszuk) alapján rendezik kategóriákba. Legmagasabb frekvenciájúak a [gamma]-sugarak, ez a sugárzás az atommagban keletkezik, erősen ionizál, igaz nem a legpusztítóbb, de nehezen nyelődik el. Következő csoport a röntgen, ezt gyakran használják az orvoslásban. Töltött részecskék fékezésekor keletkezik. Következő az UV-fény, ezzel minden nap találkozunk, de még valamennyire ionizál, ha túl sokat kapunk belőle (napozás) akkor bőrrákot okoz. Utána jön a látható tartomány, ezen belül a színek: lila, kék, zöld, sárga, narancs, vörös. Mint a szivárvány. Következik az infravörös, ebben a tartományban bocsát ki energiát a Föld, de mi is, ezért jól használható megfigyelésre, hőtérképek készítésére. Aztán a mikrohullám, ez már mikrométeres hullámhosszakat és gigaHerzes frekvenciákat jelent. Mindennapi használatban a mobiltelefon, mikrósütő, radar. A végén a legkisebb frekvenciájúak (leghosszabb hullámok) a rádióhullámok, ezek olyan méteres hullámhosszak is lehetnek akár.

Mekkora a látható fény hullámhossza? 400-700nm, ezen belül sorban a színek: lila, kék, zöld, sárga, narancs, piros

Mi különbözteti meg a fény színeit? A fény színe a hullámhosszától függ, de ritkán fordul elő „tiszta” szín, az általunk látott fény szinte mindig többféle szín keveréke, különböző arányban, ettől függ hogy mit látunk.

16. A geometriai optika

Mi a Huygens-elv? A hullám terjedése során a hullámfront minden pontja elemi hullámok kiindulópontja, ezek a hullám sebességével terjednek. A hullámtérben megfigyelhető jelenségek ezeknek az elemi hullámoknak az interferenciája miatt jönnek létre. A hullámfront ezeknek az elemi hullámoknak a burkológörbéje/felülete.

Hogyan terjed egy fénysugár a vákumban? A sebessége mindig 3*10^8m/s, bármilyen vonatkoztatási rendszerben. Közvetítő közeg nélkül is képes haladni.

Mi a fény megfordíthatóságának elve? A fény bármelyik sugármenete visszafordítva is érvényes, a fénysugár teljes egészében megfordítható.

Mi a visszaverődés törvénye? Milyen visszaverődéseket ismer? A visszaverődés lehet teljes vagy részleges. Ilyenkor a hullám tulajdonságai nem változnak, mivel a visszavert hullám ugyanabban a közegben folytatja útját. A visszaverődés szöge megegyezik a beesés szögével, és egy síkban találhatóak.

Mi a fénytörés jelensége? Egy hullám, ha új optikai közeg határára ér, akkor egy része visszaverődik, másik része belép az új közegbe, de hogyha a közeghatárral szöget zár be, akkor a beesési szög és a törési szög különbözik. Ilyenkor a hullámhossz és a terjedési sebesség is megváltozik, a frekvencia állandó.

Mi a törésmutató? Két anyag egymáshoz viszonyított optikai törőképességére, optikai „sűrűségére” jellemző érték. Például, ha a hullám az elsőből a második közegbe lép át, olyankor a 2. közegnek az elsőre vonatkoztatott törésmutatója az érvényes. A hullámok megfordíthatósága miatt, az 1. 2.-ra von. és a 2. 1.-re von. törésmutató egymás reciproka. A törésmutató határozza meg a törési szöget, illetve a 2. közegbéli terjedési sebességet. Az anyagok abszolút törésmutatója a vákuumra vonatkoztatott törésmutató, ez megmutatja hogy vákuumban hányszor gyorsabban halad, mint az adott anyagban.

Hogyan változik a fény frekvenciája a fénytöréskor? A fény frekvenciája, mint minden hullámé, állandó, töréskor nem változik. Ami változik: a sebessége és a hulámhossza.

Mi a Snellius-Des Cartes törvény? A fénytörés törvénye: (1) a beeső fénysugár, a kilépő fénysugár és a beesési merőleges egy síkban vannak (2) a határfelületre merőlegesen érkező hullám irányváltoztatás nélkül halad tovább (3) n(2;1)=2. közeg 2.-re vonatkoztatott törésmutató = c(1)/c(2) = sin[alfa]/sin[béta]

Mi a teljes visszaverődés jelensége? Amikor a fénysugár beesési szöge túlmegy egy határszögön, túl laposan esik be, visszaverődik a közeghatárról, ilyenkor a visszaverődési szög megegyezik a beesési szöggel.

Mekkora a teljes visszaverődés határszöge? A törési törvény alapján sin[alfa]/sin[béta]=n(2;1), ebből itt [béta]=90°, sin[béta]=1, sin[alfa]=n(2;1) tehát a határszög szinusza egyenlő a második közeg elsőre vonatkoztatott törésmutatója. Vagyis a bee

Hogyan vezeti a fényt az üvegszál?

Mitől ragyog egy gyémánt? Nagy a törésmutatója az anyaga miatt, plusz még csiszolják is.

Mi a diszperzió jelensége? A diszperzió másnéven színszórás, az a jelenség, hogy a más színű fény más mértékben törik, ezáltal például egy prizmával alkotórészeire bonthatjuk a fényt.

Hogyan alakul ki a szivárvány? A fény belép az esőcseppekben, mikor belépéskor megtörik, a belső falán visszaverődik, majd kilépéskor újra megtörik, ha a hátunk mögül süt a nap, láthatunk szivárványt. Ha kétszer törik meg, a szivárvány fölött halványabb mellékszivárvány keletezik.

17. A leképezési törvény, tükrök, lencsék

Milyen képet alkot egy síktükör és hol? A síktükör a tárgyakról mindig egyenes állású, látszólagos, a tárggyal megegyező nagyságú képet alkot a tükör mögött.

Mik a gömbi tükrök leképezésének szabályai?

Mi a fókuszpont? A gömbtükör sugarának felénél elhelyezkedő nevezetes pont, a homorú tükör ide gyűjt minden párhuzamosan beérkező fényt, a domború tükörnek ez a pont a belsejében van, ezért oda csak látszólag tudja gyűjteni, a párhuzamosan beeső fényt úgy szórja szét, mintha onnan jönne. A gyűjtő- és a szórólencsének is van fókuszpontja, itt is ugyanezekkel a jellemzőkkel rendelkezik.

Mi az optikai tengely? A lencse két oldalát alkotó gömbök középpontját összekötő egyenes.

Mi az optikai lencse? Megadott görbületi sugarú gömbfelületekkel körbevett, vékony, nagy törésmutatójú anyag.

Mekkora az optikai lencse fókusztávolsága az anyagának törésmutatója függvényében?

Mit nevezünk szóró- és gyűjtőlencsének? A gyűjtőlencse minden fénysugarat a fókuszpontba gyűjt össze, a szórólencse szétszórja őket úgy, mintha a tárgy felőli fókuszpontból jönnének. Általában a gyűjtőlencse domború, a szórólencse homorú.

Milyen nevezetes fénysugarakat ismer? (1) a tükör vagy lencse optikai középpontjába érkezik, és lencsék esetén egyenesen, tükrök esetén az optikai tengelyre tükrözve halad tovább (2) ami párhuzamosan érkezik be, a tükör/lencse fajtájától függően a fókuszponton átmegy, vagy szétszóródik mintha onnan jönne.

Mi a vékony lencsék leképezési törvénye? 1/fókusztáv = 1/képtáv + 1/tárgytáv, ahol a fókusztávolság (+) gyűjtőlencsénél és homorú tükörnél, képtávolság (+) ha valós kép, (-) ha látszólagos, tárgytávolság (+) ha valós a tárgy, (-) ha virtuális, azaz egy másik optikai eszköz hozta létre, az összetartó fénysugarakat átvittük egy újabb lencsén.

Mi a nagyítás? A képméret és a tárgyméret, illetve a |képtávolság| és a |tárgytávolság| hányadosa. Ha abszolút értékben 1-nél kisebb, akkor a lencse kicsinyít, ha nagyobb, akkor nagyít.

Mi van, ha a nagyítás negatív? Ilyen nincs. A nagyítás a képméret/tárgyméret vagy a |képtávolság|/|tárgytávolság|, ebből egyik tag sem lehet negatív.

Mi van, ha a képtávolság negatív? Ilyenkor a kép látszólagos, azaz ernyőn nem felfogható, a fénysugarak miután áthaladtak az optikai eszközön, nem találkoznak egymással, széttartanak, csak a meghosszabbításuk metszi egymást. A látszólagos kép mindig egyenes állású.

Mi a dioptria? A lencsére jellemző törőképesség, kiszámítása 1/fókusztávolság, mértékegysége 1/méter. A gyűjtőlencse (+), a szórólencse (-).

Mi a lencserendszerek dioptriája kiszámolásának módja? Lencserendszerek dioptriáját úgy számoljuk ki, hogy az egyes lencsék dioptriáját előjelesen összeadogatjuk.

Hogyan lehet korrigálni a rövidlátók képalkotását? Az egészséges szemlencse kb 10 dioptriányit tud változni, a fókuszálással a görbületét változtatja. Amennyiben ez nem működik, a rövidlátók pl nem látják a távoli tárgyakat, a kép az ideghártya előtt jön létre, rajtuk a szem elé helyezett szórólencsével lehet segíteni.

Modern fizika

19. A fotonok

Mi a fotoeffektus jelensége? Vákuumban egyes vezetők felületéről fény hatására elektronok lépnek ki, vezetés indul meg. Erősebb megvilágításnál több elektron lép ki, nagyobb frekvenciájú fény hatására nagyobb lesz a kilépő elektronok mozgási energiája. Ha a fény frekvenciája egy határ alatt van, nem történik semmi. A reakció pillanatszerű.

Hogyan lehet magyarázni a fotoeffektust? A fény tulajdonképpen fotonok sorozata. Ha a fény frekvenciája túl alacsony, a foton energiája kisebb a kilépési munkánál, ilyenkor nincs semmi. A fotonok az energiát egy adagban szállítják, nem kell várni hogy összegyűljön. Ha növeljük a megvilágítás erősségét, több foton jön, így több elektront löknek ki, de ettől még a kilépési munka nem változik, szükséges.

Ismertesse a fotoeffektussal kapcsolatban Millikan mérési eredményeit! Erősebb megvilágítástól több elektron jön ki, nagyobb frekvenciájú fény hatására gyorsabbak lesznek az elektronok, de csak egy határérték fölött.

Mi a foton? Részecske, a fény fotonok áramlásából áll, mint az áram az elektronokéból. Vákuumban fénysebességgel mozog, meghatározott tömeggel, energiával, lendülettel rendelkezik. Nyugalmi tömege nincs. A fény legkisebb hordozóegysége, kvantumja.

Mekkora egy foton energiája? Miért? A Planck-féle egyenlet alapján egy részecske energiája = Planck-állandó*frekvencia, ez igaz a fotonokra is. Ennek az energiának egy (állandó) része fordítódik a kilépési munkára, a maradék az elektronok gyorsítására.

Milyen fény tud fotoeffektust kiváltani egy fémlapon? Bármilyen fény, ami egy bizonyos határfrekvencia fölött van, azaz a fotonjai energiája meghaladja az anyagra jellemző szükséges kilépési munkát.

Mitől függ a fotoeffektus során emittálódó elektronok intenzitása? A megvilágító fény erősségétől, azaz a fényt alkotó fotonok sűrűségétől. Egy foton pontosan egy elektront tud kilökni. Minél több foton érkezik, annál több elektron indul meg.

Mitől függ a fotoeffektus során emittálódó elektronok sebessége? A megvilágító fény frekvenciájától, ugyanis egy foton leadja a kilépési munkát, azaz az elektron kilökéséhez szükséges minimum energiát, és az egész maradék energiáját a foton mozgási energiájába adja. Minél több a maradék energiája, annál többet tud átadni az elektronnak. A foton energiája a frekvenciájával arányos, tehát egy nagy frekvenciájú fotonnak nagy az energiája.

Mi a kilépési munka? Az egy darab elektron kiszakításához szükséges energiamennyiség, az anyagtól függ.

Miért van kilépési munka a fotoeffektusnál? Az elektron kötődik az atomjához, vonzó kölcsönhatások tartják a pályáján. Ahhoz, hogy kiszakítsuk a helyéről, nagyobb energiával kell ellökni, mint amekkorával tartja az atom. Ez a kilépési munka.

Mi a Compton-effektus? Kísérletileg megfigyelhető, hogy a fény egy kristályról lecsökkent frekvenciával halad tovább.

Értelmezze a Compton-effektust? A foton az anyag egy elektronjával rugalmasan ütközik, energiát ad neki, kisebb energiával kisebb lesz a frekvenciája.

20. Az atomok szerkezete, röntgensugárzás

Mi a Bohr-féle atommodell? A Rutherford-féle atommodell továbbfejlesztése. Az atomok körül elektronok keringenek, de csak meghatározott sugarú (ún. stacionárius) pályákon, amiken nem sugároznak ki energiát. A pályáknak meghatározott energiaszintje van, amikor egyik pályáról a másikra kerülnek, egy fotont bocsátanak ki vagy nyelnek el.

Mi a Bohr-féle kvantumfeltétel? Az elektronok energiája csak meghatározott értékeket vehet fel.

Mit tud a hidrogénatom energiaszintjeiről? A hidrogénatomban keringő elektron energiája = a legbelső pályán keringő elektron energiája / főkvantumszám^2 . Alapállapot: az elektron a legbelső pályán van. Többi eset: gerjesztett állapot.

Milyen a hidrogénatom színképe? A látható tartományban négy éles vonalat tartalmaz, és még néhányat UV és infravörös tartományban. A pontos hullámhosszuk ezeknek a vonalaknak változó, de a Balmer-féle formulával a láthatóaké kiszámítható.

Mi a Lyman-sorozat? A hidrogénatom színképvonalai abban az esetben, amikor a legalsó (1-es főkvantumszám) energiaszintre esnek vissza az elektronok a kibocsátás során.

Magyarázza el a Balmer-sorozat szerkezetét! Balmer a hidrogénatom négy látható hulámhossz vonalát vizsgálva arra a következtetésre jutott, hogy mind a négy hullámhossz beilleszthető az alábbi összefüggésbe:

1/hullámhossz = R (1/2²-1/rendszám²)

Mi a röntgensugárzás? A röntgensugárzás nagyon rövidhullámú elektromágneses hullám. Az áthatolóképessége nagy, és frekvenciafüggő, minél nagyobb a frekvenciája, annál nagyobb. Energiája nagysága szerint hívjuk kemény vagy lágy sugárzásnak. Képes áthatolni az emberi testen, nagy rendszámú anyagokkal (ólom) lehet felfogni. Erősen ionizál.

Hogyan lehet röntgensugárzást kelteni? Atomokat kell gyorsított elektronokkal bombázni, így kétféle sugárzás jöhet létre, az egyik az elektronok lassulásából eredő fékezési sugárzás, a másik az atomok gerjesztésével a karakterisztikus sugárzás. Ilyenkor kiütünk egy elektront valamelyik belső pályáról, és ahogy egy külső elektron elfoglalja a helyét, nagy energiát sugároz ki.

Miért lehet egy virág röntgenfelvételén olyan részeket is látni, amit a látható fénnyel készült felvételen nem lehet látni? A röntgensugár áthatol a virágon, ezért a belső szerkezetét is meg tudja mutatni.

fluxus: elektromos tér felületre vett integrálja

feszültség: elektrosztatikus tér két pont közti vonalintegrálja