Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Termodynamika
    1. 1 Temperatura i ciepło
      1. Wstęp
      2. 1.1 Temperatura i równowaga termiczna
      3. 1.2 Termometry i skale temperatur
      4. 1.3 Rozszerzalność cieplna
      5. 1.4 Przekazywanie ciepła, ciepło właściwe i kalorymetria
      6. 1.5 Przemiany fazowe
      7. 1.6 Mechanizmy przekazywania ciepła
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Kinetyczna teoria gazów
      1. Wstęp
      2. 2.1 Model cząsteczkowy gazu doskonałego
      3. 2.2 Ciśnienie, temperatura i średnia prędkość kwadratowa cząsteczek
      4. 2.3 Ciepło właściwe i zasada ekwipartycji energii
      5. 2.4 Rozkład prędkości cząsteczek gazu doskonałego
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 3 Pierwsza zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 3.1 Układy termodynamiczne
      3. 3.2 Praca, ciepło i energia wewnętrzna
      4. 3.3 Pierwsza zasada termodynamiki
      5. 3.4 Procesy termodynamiczne
      6. 3.5 Pojemność cieplna gazu doskonałego
      7. 3.6 Proces adiabatyczny gazu doskonałego
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Druga zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 4.1 Procesy odwracalne i nieodwracalne
      3. 4.2 Silniki cieplne
      4. 4.3 Chłodziarki i pompy ciepła
      5. 4.4 Sformułowania drugiej zasady termodynamiki
      6. 4.5 Cykl Carnota
      7. 4.6 Entropia
      8. 4.7 Entropia w skali mikroskopowej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Elektryczność i magnetyzm
    1. 5 Ładunki i pola elektryczne
      1. Wstęp
      2. 5.1 Ładunek elektryczny
      3. 5.2 Przewodniki, izolatory i elektryzowanie przez indukcję
      4. 5.3 Prawo Coulomba
      5. 5.4 Pole elektryczne
      6. 5.5 Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego rozkładu ładunków
      7. 5.6 Linie pola elektrycznego
      8. 5.7 Dipole elektryczne
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Prawo Gaussa
      1. Wstęp
      2. 6.1 Strumień pola elektrycznego
      3. 6.2 Wyjaśnienie prawa Gaussa
      4. 6.3 Stosowanie prawa Gaussa
      5. 6.4 Przewodniki w stanie równowagi elektrostatycznej
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 7 Potencjał elektryczny
      1. Wstęp
      2. 7.1 Elektryczna energia potencjalna
      3. 7.2 Potencjał elektryczny i różnica potencjałów
      4. 7.3 Obliczanie potencjału elektrycznego
      5. 7.4 Obliczanie natężenia na podstawie potencjału
      6. 7.5 Powierzchnie ekwipotencjalne i przewodniki
      7. 7.6 Zastosowanie elektrostatyki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Pojemność elektryczna
      1. Wstęp
      2. 8.1 Kondensatory i pojemność elektryczna
      3. 8.2 Łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów
      4. 8.3 Energia zgromadzona w kondensatorze
      5. 8.4 Kondensator z dielektrykiem
      6. 8.5 Mikroskopowy model dielektryka
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    5. 9 Prąd i rezystancja
      1. Wstęp
      2. 9.1 Prąd elektryczny
      3. 9.2 Model przewodnictwa w metalach
      4. 9.3 Rezystywność i rezystancja
      5. 9.4 Prawo Ohma
      6. 9.5 Energia i moc elektryczna
      7. 9.6 Nadprzewodniki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Obwody prądu stałego
      1. Wstęp
      2. 10.1 Siła elektromotoryczna
      3. 10.2 Oporniki połączone szeregowo i równolegle
      4. 10.3 Prawa Kirchhoffa
      5. 10.4 Elektryczne przyrządy pomiarowe
      6. 10.5 Obwody RC
      7. 10.6 Instalacja elektryczna w domu i bezpieczeństwo elektryczne
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Siła i pole magnetyczne
      1. Wstęp
      2. 11.1 Odkrywanie magnetyzmu
      3. 11.2 Pola magnetyczne i ich linie
      4. 11.3 Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym
      5. 11.4 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem
      6. 11.5 Wypadkowa sił i moment sił działających na pętlę z prądem
      7. 11.6 Efekt Halla
      8. 11.7 Zastosowania sił i pól magnetycznych
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    8. 12 Źródła pola magnetycznego
      1. Wstęp
      2. 12.1 Prawo Biota-Savarta
      3. 12.2 Pole magnetyczne cienkiego, prostoliniowego przewodu z prądem
      4. 12.3 Oddziaływanie magnetyczne dwóch równoległych przewodów z prądem
      5. 12.4 Pole magnetyczne pętli z prądem
      6. 12.5 Prawo Ampère’a
      7. 12.6 Solenoidy i toroidy
      8. 12.7 Magnetyzm materii
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    9. 13 Indukcja elektromagnetyczna
      1. Wstęp
      2. 13.1 Prawo Faradaya
      3. 13.2 Reguła Lenza
      4. 13.3 Siła elektromotoryczna wywołana ruchem
      5. 13.4 Indukowane pola elektryczne
      6. 13.5 Prądy wirowe
      7. 13.6 Generatory elektryczne i siła przeciwelektromotoryczna
      8. 13.7 Zastosowania indukcji elektromagnetycznej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    10. 14 Indukcyjność
      1. Wstęp
      2. 14.1 Indukcyjność wzajemna
      3. 14.2 Samoindukcja i cewki indukcyjne
      4. 14.3 Energia magazynowana w polu magnetycznym
      5. 14.4 Obwody RL
      6. 14.5 Oscylacje obwodów LC
      7. 14.6 Obwody RLC
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    11. 15 Obwody prądu zmiennego
      1. Wstęp
      2. 15.1 Źródła prądu zmiennego
      3. 15.2 Proste obwody prądu zmiennego
      4. 15.3 Obwody szeregowe RLC prądu zmiennego
      5. 15.4 Moc w obwodzie prądu zmiennego
      6. 15.5 Rezonans w obwodzie prądu zmiennego
      7. 15.6 Transformatory
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    12. 16 Fale elektromagnetyczne
      1. Wstęp
      2. 16.1 Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne
      3. 16.2 Płaskie fale elektromagnetyczne
      4. 16.3 Energia niesiona przez fale elektromagnetyczne
      5. 16.4 Pęd i ciśnienie promieniowania elektromagnetycznego
      6. 16.5 Widmo promieniowania elektromagnetycznego
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
    12. Rozdział 12
    13. Rozdział 13
    14. Rozdział 14
    15. Rozdział 15
    16. Rozdział 16
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Zadania

33.

Pokaż, że indukcja pola magnetycznego w odległości r r od osi układu dwóch równoległych, okrągłych płytek, wytworzonego przez ładunek q q umieszczony na płytkach, wynosi: B ind = μ 0 2 π r d q d t B ind = μ 0 2 π r d q d t .

34.

Wyraź prąd przesunięcia dla kondensatora w funkcji pojemności tego kondensatora i szybkości zmiany napięcia na tym kondensatorze.

35.

Różnica potencjałów u = U 0 sin ω t u= U 0 sin ω t jest utrzymywana pomiędzy dwiema okrągłymi okładkami kondensatora płaskiego o pojemności C C. Cienki przewód o oporze R R łączy środki obu okładek i pozwala ładunkowi „przeciekać” z jednej okładki na drugą w czasie ładowania kondensatora.

  1. Znajdź wyrażenie na natężenie prądu „przecieku” i rezystora i rezystora płynącego przez przewód. Użyj tego wyrażenia do znalezienia wyrażenia na natężenie prądu i rzeczywiste i rzeczywiste płynącego w przewodach podłączonych do kondensatora;
  2. Znajdź wartość prądu przesunięcia w przestrzeni pomiędzy okładkami kondensatora i pojawiającego się na skutek zmieniającego się pola elektrycznego;
  3. Porównaj i rzeczywiste i rzeczywiste z sumą prądu przesunięcia i p i p i prądu „przecieku” i rezystora i rezystora i wyjaśnij, dlaczego zaobserwowana relacja ma sens fizyczny.
36.

Załóż, że kondensator płaski pokazany na rysunku zbiera ładunek na okładkach w tempie 0,01 C s 0,01 C s . Ile wynosi natężenie wytworzonego pola magnetycznego w odległości 10 cm 10cm od osi tego kondensatora?

Rysunek przedstawia kondensator z dwiema okrągłymi płytkami równoległymi. Połączone są ze sobą drutem. Płynie w nim prąd. Punkt poniżej kondensatora jest podświetlony. Znajduje się 10 cm od środka płytek.
37.

Różnica potencjałów i i przyłożona pomiędzy okładkami kondensatora z poprzedniego zadania zwiększa się chwilowo w tempie 10 7 V s 10 7 V s . Ile wynosi natężenie prądu przesunięcia pomiędzy okładkami, jeśli są one oddalone od siebie o 1 cm 1cm i mają pole powierzchni równe 0,2 m 2 0,2 m 2 ?

38.

Kondensator płaski ma okładki o polu powierzchni równym A = 0,25 m 2 A= 0,25 m 2 i oddalone od siebie o 0,01 m 0,01m. Ile musi być równa częstość kołowa ω ω dla napięcia u = U 0 sin ω t u= U 0 sin ω t przy U 0 = 100 V U 0 = 100 V , by wytworzyć pomiędzy okładkami kondensatora prąd przesunięcia o amplitudzie równej 1 A 1A?

39.

Napięcie pomiędzy dwiema okładkami kondensatora płaskiego, o polu powierzchni A = 800 cm 2 A= 800 cm 2 i oddalonymi od siebie o d = 2 mm d= 2 mm , zmienia się sinusoidalnie, jak u = 15 mV cos 150 t u= 15 mV cos 150 t , gdzie t t wyrażone jest w sekundach. Znajdź natężenie prądu przesunięcia pomiędzy tymi okładkami.

40.

Napięcie pomiędzy dwiema okładkami kondensatora płaskiego, o polu powierzchni A A i oddalonymi od siebie o d d, zmienia się z czasem t t, jak następuje: u = a t 2 u= a t 2 , gdzie a a jest stałe. Znajdź natężenie prądu przesunięcia pomiędzy tymi okładkami.

41.

Jeśli Słońce nagle by zgasło, nie wiedzielibyśmy o tym, dopóki światło słoneczne nie przestałoby do nas docierać. Jak długo pozostalibyśmy w nieświadomości, przy założeniu, że Słońce znajduje się w odległości 1,496 10 11 m 1,496 10 11 m od Ziemi?

42.

Ile wynosi maksymalna wartość natężenia pola elektrycznego dla fali, dla której maksymalna wartość indukcji magnetycznej wynosi 5 10 4 T 5 10 4 T (czyli około 10 razy więcej niż ziemskie pole magnetyczne)?

43.

Pewna fala elektromagnetyczna ma częstotliwość równą 12 MHz 12MHz. Ile wynosi długość tej fali w próżni?

44.

Jeśli pola magnetyczne i elektryczne oscylują sinusoidalnie z częstotliwością f=1GHzf=1GHz f=\SI{1}{\giga\hertz} i w chwili t=0st=0s, E=0VmE=0Vm i B=0TB=0T, to dla chwil różnych od 0 wartości E E i B B zmieniają się w następujący sposób: E = E 0 sin 2 π f t E= E 0 sin 2 π f t i B = B 0 sin 2 π f t B= B 0 sin 2 π f t .

  1. Kiedy wartości E E i B B ponownie wyniosą 0?
  2. Kiedy E E i B B osiągną najmniejsze (najbardziej ujemne) wartości?
  3. Ile wynosi okres drgań dla tych pól?
45.

Pole elektryczne pewnej fali elektromagnetycznej poruszającej się w próżni opisane jest równaniem E=5Vmcoskx6109s1t+0,4ĵE=5Vmcoskx6109s1t+0,4ĵ, gdzie k k jest liczbą falową wyrażoną w radianach na metr, x x jest wyrażone w metrach, a t t w sekundach. Znajdź

  1. amplitudę;
  2. częstotliwość;
  3. długość fali;
  4. kierunek rozchodzenia się fali;
  5. indukowane pole magnetyczne.
46.

Płaska fala elektromagnetyczna o częstotliwości 20 GHz 20GHz porusza się w kierunku dodatnich wartości osi y y w taki sposób, że pole E E oscyluje w kierunku osi z z. Amplituda oscylacji pola elektrycznego wynosi 10 V m 10 V m , a wartość natężenia tego pola w chwili t=0st=0s osiąga maksimum.

  1. Zapisz równanie tej fali opisujące natężenie jej pola elektrycznego;
  2. Znajdź równanie opisujące wyindukowane pole magnetyczne.
47.

Poniższe wyrażenia opisują falę elektromagnetyczną poruszającą się w kierunku dodatnich wartości osi y y: E=E0coskxωtĵE=E0coskxωtĵ \vec{E} = E_0 \cos(kx-\omega t) \cdot \hat{j} ​, B=B0coskxωtk̂B=B0coskxωtk̂ \vec{B} = B_0 \cos(kx-\omega t) \cdot \hat{k} ​. Fala ta biegnie wewnątrz szerokiej rury o kołowym przekroju poprzecznym o promieniu R R; oś symetrii rury pokrywa się z osią y y. Znajdź wyrażenie na prąd przesunięcia wewnątrz tej rury.

48.

W słoneczny dzień pewien student wychodzi na dwór, trzymając soczewkę dwuwypukłą o promieniu 4 cm 4cm nad kartką papieru. Na papierze pojawia się jasna plamka o promieniu 1 cm 1cm (zamiast zwyczajowego punktowego ogniska). Jaki jest stosunek natężeń pola elektrycznego w jasnej plamce do pola nieskupionego światła słonecznego?

49.

Płaska fala elektromagnetyczna przemieszcza się w kierunku północnym. W pewnym momencie natężenie pola elektrycznego wynosi 6 V m 6 V m , a jego wektor skierowany jest na wschód. Ile wynosi wartość indukcji magnetycznej i jaki jest zwrot jej wektora?

50.

Pole elektryczne fali elektromagnetycznej dane jest wyrażeniem E=6mVmsin2πx18mt60nsĵ.E=6mVmsin2πx18mt60nsĵ. \vec{E} = \SI{6}{\milli\volt\per\metre} \cdot \sin[2\pi (\frac{x}{\SI{18}{\metre}} - \frac{t}{\SI{60}{\nano\second}})]\cdot \hat{j} \text{.} ​ Zapisz wyrażenie opisujące pole magnetyczne tej fali i jej wektor Poyntinga.

51.

Pewna radiostacja nadaje na częstotliwości nośnej 760 kHz 760kHz. Maksymalna wartość indukcji magnetycznej tej fali w odbiorniku w pewnej odległości od nadajnika wynosi 2,15 10 11 T 2,15 10 11 T.

  1. Ile wynosi w tym odbiorniku maksymalne natężenie pola elektrycznego tej fali?
  2. Jaka jest długość tej fali?
52.

Żarnik wewnątrz przezroczystej żarówki emituje światło widzialne o mocy 5 W 5W. Załóż, że żarówka ma postać kuli o promieniu r 0 = 3 cm r 0 = 3 cm i oblicz, jaka ilość energii pochodzącej od światła widzialnego znajduje się wewnątrz żarówki.

53.

W jakiej odległości natężenie światła emitowanego przez 100-watową żarówkę jest takie samo jak natężenie światła emitowanego przez 75-watową żarówkę w odległości 10 m 10m? Załóż, że obie żarówki mają tą samą sprawność konwersji energii elektrycznej w energię świetlną.

54.

Zwykła żarówka emituje jedynie 2,6 W 2,6W mocy jako promieniowanie elektromagnetyczne. Ile będzie wynosić wartość skuteczna natężenia pola elektrycznego promieniowania emitowanego przez żarówkę w odległości 3 m 3m od żarówki?

55.

150-watowa żarówka emituje 5 % 5% pobieranej energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Ile będzie wynosiła średnia wartość wektora Poyntinga w odległości 10 m 10m od tej żarówki?

56.

Mały laser helowo-neonowy emituje 2,5 mW 2,5mW mocy świetlnej. Jaka energia zawarta jest w promieniu światła o długości 1 m 1m?

57.

W najwyższych partiach ziemskiej atmosfery uśredniona po czasie wartość wektora Poyntinga związanego ze światłem słonecznym wynosi 1,4 kW m 2 1,4 kW m 2 .

  1. Ile wynoszą amplitudy natężenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej dla promieniowania o takim samym natężeniu?
  2. Ile wynosi całkowita moc emitowana przez Słońce? Przyjmij, że Ziemia znajduje się 1,5 10 11 m 1,5 10 11 m od Słońca, a światło słoneczne złożone jest całkowicie z fal płaskich.
58.

Pole magnetyczne elektromagnetycznej fali płaskiej, rozchodzącej się w próżni wzdłuż osi z z, dane jest wyrażeniem B = B 0 cos k z + ω t j ̂ B = B 0 cos k z + ω t j ̂ , gdzie B 0 = 5 10 10 T B 0 = 5 10 10 T , a k = 3,14 10 2 m 1 k= 3,14 10 2 m 1 .

  1. Zapisz wyrażenie na natężenie pola elektrycznego związanego z tą falą;
  2. Ile wynosi częstotliwość tej fali i jej długość?
  3. Ile wynosi wartość uśrednionego wektora Poyntinga?
59.

Ile wynosi natężenie fali elektromagnetycznej, dla której amplituda natężenia pola elektrycznego to 125 V m 125 V m ?

60.

Załóż, że laser helowo-neonowy, zwyczajowo używany przez studentów na zajęciach laboratoryjnych, emituje moc 0,5 mW 0,5mW.

  1. Ile wyniesie natężenie światła w centrum plamki o średnicy 1 mm 1mm utworzonej przez taką wiązkę?
  2. Znajdź amplitudę indukcji magnetycznej dla tej wiązki;
  3. Znajdź amplitudę natężenia pola elektrycznego dla tej wiązki.
61.

Naziemny nadajnik radiowy w technologii AM emituje fale elektromagnetyczne o mocy 50 kW 50kW równomiernie we wszystkich kierunkach.

  1. Zakładając, że wszystkie fale radiowe padające na ziemię są całkowicie absorbowane i że atmosfera i inne obiekty nie powodują rozpraszania energii fal, ile będzie wynosiło natężenie tych fal w odległości 30 km 30km od nadajnika? (Wskazówka: Na górną półkulę przypada połowa mocy nadajnika);
  2. Ile wynosi amplituda natężenia pola elektrycznego w tej odległości?
62.

Przyjmijmy, że maksymalne bezpieczne dla człowieka natężenie mikrofal wynosi 1 W m 2 1 W m 2 .

  1. Jaka odległość będzie bezpieczna dla człowieka, jeśli z radaru „wycieka” jednorodnie we wszystkich kierunkach 10 W 10W mocy promieniowania mikrofalowego? Załóż, że nie występują żadne odbicia ani absorpcje;
  2. Ile wynosi amplituda pola elektrycznego przy bezpiecznym natężeniu?
63.

Uniwersytecki talerz do komunikacji satelitarnej ma średnicę 2,5 m 2,5m i służy do odbioru sygnału telewizyjnego o amplitudzie natężenia pola elektrycznego (dla pojedynczego kanału) równej 7,5 µV m 7,5 µV m (patrz niżej).

  1. Ile wynosi natężenie tej fali?
  2. Jaka jest moc odbierana przez tę antenę?
  3. Jaką moc emituje satelita, jeśli nadaje sygnał jednorodnie na całej powierzchni 1,5 10 13 m 2 1,5 10 13 m 2 (znaczna część Ameryki Północnej)?
Rysunek pokazujący fale uderzające w czaszę anteny.
64.

Do pewnych zastosowań konstruuje się lasery zdolne do wytworzenia impulsu świetlnego o małym czasie trwania, ale bardzo dużym natężeniu. Lasery takie nazywa się impulsowymi. Używa się ich między innymi do inicjowania reakcji fuzji jądrowej. Takie lasery są zdolne do produkcji impulsów o amplitudzie pola elektrycznego równej 10 11 V m 10 11 V m , trwających 1 ns 1ns.

  1. Ile wynosi amplituda indukcji magnetycznej w takim impulsie?
  2. Ile jest równe natężenie światła dla takiego impulsu?
  3. Ile wynosi energia dostarczana przez taki impuls do obszaru o polu powierzchni 1 mm 2 1 mm 2 ?
65.

150-watowa żarówka emituje 5 % 5% pobieranej energii w postaci fali elektromagnetycznej. Jakie ciśnienie wywiera promieniowanie na sferę o promieniu 10 m 10m otaczającą żarówkę i absorbującą padające na nią promieniowanie?

66.

Jakie ciśnienie wywiera promieniowanie emitowane przez 100-watową żarówkę na powierzchnię zwierciadła oddalonego o 3 m 3m od żarówki, jeśli żarówka emituje promieniowanie o mocy 2,6 W 2,6W w postaci światła?

67.

Mikroskopijna kulista cząstka kurzu o promieniu 2 µm 2µm i masie 10 µg 10µg porusza się w przestrzeni kosmicznej ze stałą prędkością 30 cm s 30 cm s . Fala świetlna biegnąca w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu cząsteczki kurzu pada na nią i zostaje zaabsorbowana. Zakładając, że do chwili zatrzymania cząstka porusza się ruchem jednostajnie opóźnionym w czasie 1 s 1s, oblicz średnią wartość amplitudy pola elektrycznego tej fali.

68.

Styropianowa kulka o promieniu 2 mm 2mm i masie 20 µg 20µg ma być zawieszona w rurze próżniowej za sprawą ciśnienia promieniowania. Jakiego natężenia światła trzeba użyć, przy założeniu, że kulka całkowicie absorbuje padające światło?

69.

Przyjmij, że S śr S śr dla światła słonecznego dla punktu na powierzchni Ziemi jest równe 900 W m 2 900 W m 2 .

  1. Ile wynosi średnia wartość siły pochodzącej od światła, działającej na latawiec powleczony materiałem odbijającym o powierzchni 0,75 m 2 0,75 m 2 , jeśli światło pada na niego prostopadle?
  2. Jak zmieni się rozwiązanie (a), jeśli powleczemy latawiec materiałem całkowicie absorbującym promieniowanie?
70.

Światło słoneczne docierające do powierzchni Ziemi ma natężenie około 1 kW m 2 1 kW m 2 . Osoba opalająca się na plaży na leżaku ma skierowaną ku Słońcu powierzchnię ciała równą 0,8 m 2 0,8 m 2 .

  1. Jaka ilość energii dociera do ciała opalającej się osoby w ciągu sekundy?
  2. Jakie ciśnienie wywierane jest na ciało przez światło słoneczne, jeśli promieniowanie jest całkowicie absorbowane?
71.

Sferyczna cząstka o masie m m i promieniu R R znajdująca się w przestrzeni kosmicznej absorbuje światło o natężeniu I I w czasie t t.

  1. Jaką pracę wykonuje ciśnienie promieniowania nad tą cząstką, gdy przyspiesza ją ze stanu spoczynku, a światło jest całkowicie absorbowane?
  2. Ile energii niesionej przez falę elektromagnetyczną jest absorbowane przez cząstkę w tym czasie?
72.

Ile atomów helu o promieniu równym około 31 pm 31pm należy umieścić obok siebie, by utworzył się łańcuch o długości pojedynczej fali światła niebieskiego, równej 470 nm 470nm?

73.

Jeśli chcesz zaobserwować detale porównywalne z rozmiarami atomów (około 0,2 nm 0,2nm) przy użyciu fal elektromagnetycznych, musisz zastosować fale o podobnej długości.

  1. Jaka będzie częstotliwość takich fal?
  2. Jaki to będzie rodzaj fal elektromagnetycznych?
74.

Znajdź zakres częstotliwości światła widzialnego, zakładając, że jego długości obejmują zakres od 380 nm 380nm do 760 nm 760nm.

75.
  1. Oblicz zakres długości radiowych fal AM przy założeniu, że pasmo to zawiera się pomiędzy 540 kHz 540kHz a 1600 kHz 1600kHz;
  2. Wykonaj identyczne obliczenia dla radiowych fal FM o zakresie częstotliwości od 88 MHz 88MHz do 108 MHz 108MHz.
76.

Radiostacja WWVB jest położna w Fort Collins, w stanie Kolorado, i obsługiwana jest przez Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST, National Institute of Standards and Technology). Nadaje ona sygnał synchronizacji czasu o częstotliwości 60 kHz 60kHz, a zasięgiem pokrywa całe kontynentalne Stany Zjednoczone. Sygnał synchronizacji dostrajany jest przy użyciu zestawu zegarów atomowych z dokładnością do 10 12 s 10 12 s i powtarzany dokładnie co minutę. Jest on używany przez różne urządzenia, jak np. zegary radiowe, które automatycznie się z nim synchronizują. Długofalowy sygnał radiostacji WWVB rozchodzi się blisko powierzchni Ziemi.

  1. Oblicz długość fali nadawanej przez WWVB;
  2. Oszacuj błąd spowodowany czasem rozchodzenia się sygnału przy synchronizacji zegarka radiowego w Norfolk w stanie Wirginia, oddalonym o 2527 km 2527km od WWVB.
77.

Zewnętrzny ruter WiFi nadaje sygnał o mocy 100 mW 100mW i zasięgu około 30 m 30m. Ile musiałaby wynosić moc sygnału, aby zasięg zmniejszył się do 12 m 12m, zakładając, że odbiornik sygnału pozostaje ten sam? Załóż, że sygnał nie napotyka żadnych przeszkód, a mikrofale emitowane w kierunku gruntu są przezeń absorbowane.

78.

Przedrostki „mega” ( M M) i „kilo” ( k k) w odniesieniu do wielkości informatycznych mówią o mnożnikach 2 10 2 10 ( 1024 1024) zamiast zwyczajowego 1000 1000 dla „kilo” i 2 20 2 20 ( 1024 2 1024 2 ) zamiast 1 000 000 1 000 000 dla „mega”. Jeśli ruter WiFi ma transfer o szybkości 150Mbs150Mbs \SI{150}{\mega\bajt\per\second}, ile to jest bitów na sekundę w systemie dziesiętnym?

79.

Użytkownik dowiedział się, że jego ruter WiFi ma szybkość transmisji danych równą 75Mbs75Mbs \SI{75}{\mega\bajt\per\second} (megabitów na sekundę). Porównaj średni czas transmisji pojedynczego bitu danych z czasem potrzebnym na przesłanie sygnału do odbiornika przez odbicie sygnału od ściany znajdującej się 8 m 8m za odbiornikiem.

80.
  1. Idealna długość (odpowiadająca największej wydajności) anteny nadawczej o jednym końcu umieszczonym na ziemi jest równa ćwiartce długości nadawanej fali ( λ 4 λ4). Jeśli radiostacja wyposażona jest w taką antenę o wysokości 50 m 50m, to jakie fale nadawane są z największą wydajnością? Czy jest to pasmo AM, czy FM?
  2. Przedyskutuj podobieństwa pomiędzy tonem podstawowym kolumny powietrza zamkniętej z jednej strony a rezonansem prądów w antenie o długości λ 4 λ4.
81.

Ile wynoszą długości fal

  1. promieni X o częstotliwości 2 10 17 Hz 2 10 17 Hz;
  2. światła żółtego o częstotliwości 5,1 10 14 Hz 5,1 10 14 Hz;
  3. promieni γ o częstotliwości 10 23 Hz 10 23 Hz?
82.

Ile wynoszą ff f, ω ω i k k dla czerwonego światła o λ = 660 nm λ= 660 nm ?

83.

Nadajnik radiowy emituje płaskie fale elektromagnetyczne, dla których amplituda natężenia pola elektrycznego w pewnym miejscu jest równa 1,55 10 3 V m 1,55 10 3 V m . Ile wynosi amplituda indukcji pola magnetycznego, związanego z falami w tym miejscu? Jaka jest to wielkość w porównaniu z ziemskim polem magnetycznym?

84.
  1. Dwie częstotliwości mikrofal zostały zatwierdzone do użycia w kuchenkach mikrofalowych: 915 MHz 915MHz i 2450 MHz 2450MHz. Wyznacz długości mikrofal wytwarzanych przez te kuchenki;
  2. Dla której z podanych częstotliwości odległości między punktami, w których umieszczona w kuchence żywność jest grzana, są mniejsze?
85.

W czasie swojej normalnej pracy ludzkie serce wytwarza maksymalną różnicę potencjałów 4 mV 4mV między punktami leżącymi wzdłuż klatki piersiowej, oddalonymi od siebie o 0,3 m 0,3m, co powoduje wytworzenie się fali elektromagnetyczej o częstotliwości 1 Hz 1Hz.

  1. Ile wynosi amplituda natężenia pola elektrycznego wytworzonej fali?
  2. Ile wynosi amplituda natężenia pola magnetycznego wytworzonej fali?
  3. Jaka jest długość tej fali?
86.

Odległości kosmiczne są często wyrażane za pomocą lat świetlnych, czyli odległości, jaką przebywa światło w ciągu jednego roku.

  1. Ile metrów ma 1 rok świetlny?
  2. Ile wynosi odległość od najbliższej dużej galaktyki – Andromedy wyrażona w metrach, jeśli równa się ona 2,54 10 6 2,54 10 6 lat świetlnych?
  3. Najbardziej oddalona z odkrytych galaktyk znajduje się w odległości 13,4 10 9 13,4 10 9 lat świetlnych od Ziemi. Ile to metrów?
87.

Pewna linia przesyłowa prądu o częstotliwości 60 Hz 60Hz emituje fale elektromagnetyczne o amplitudzie pola elektrycznego równej 13 kV m 13 kV m .

  1. Ile jest równa długość tej fali?
  2. Jakiego rodzaju jest to promieniowanie elektromagnetyczne?
  3. Ile wynosi amplituda natężenia pola magnetycznego dla tej fali?
88.
  1. Jaka jest częstotliwość fali ultrafioletowej o długości 193 nm 193nm, używanej w laserowej chirurgii oka?
  2. Zakładając, że dokładność, z jaką promieniowanie elektromagnetyczne może wypalać rogówkę, jest wprost proporcjonalna do długości fali, ile razy bardziej dokładne jest używane promieniowanie UV od światła o najkrótszej długości fali widzianej przez oko?
Cytowanie i udostępnianie

Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania sztucznej inteligencji ani do przetwarzania przez systemy sztucznej inteligencji bez zgody OpenStax lub OpenStax Poland.

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

© 21 wrz 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.