Scoala Discovery - Fizica - Electricitatea si Magnetismu

Scoala Discovery - Fizica - Electricitatea si Magnetismu

Electricitatea este totalitatea fenomenelor produse de sarcinile electrice. Cuvântul electric provine din cuvântul elin „elektron” care semnifica chihlimbar, adică acel material pe care s-a observat fenomenul electrizării în primele experiențe. Sarcinile electrice sunt energii punctuale posedate de componentele atomului situate în nucleul acestuia numite protoni și în componentele atomului numite electroni, situate în învelișul atomului. Sarcinile protonice au o orientare complementară sarcinilor electronice și considerate câte una din fiecare ele au valori egale dar de sens contrar. Din acest motiv în mod convențional sarcinile protonilor sunt considerate pozitive iar sarcinile electronilor sunt considerate negative. Din această cauză între ele apare fenomenul de atracție.

Electricitatea se manifestă static în echilibrul dintre sarcina electrică pozitivă (a protonului) și sarcina electrică negativă (a electronului). Se manifestă dinamic în dezechilibrul dintre sarcinile electronilor din învelișul atomic și sarcinile protonilor din nucleu. Acest dezechilibru este cauzat de inegalitatea dintre electronii și protonii atomului. În cazul în care atomii unui corp sunt supraîncărcați cu electroni prin raport cu protonii, corpul este încărcat electric negativ atomii corpului respectiv având surplus de electroni, fiind numiți ioni negativi.


În cazul în care atomii unui corp sunt subîncărcați electronic, numărul protonilor fiind mai mare decât numărul electronilor din învelișul atomic, atomii respectivi sunt încărcați electric pozitiv și poartă numele de ioni pozitivi, corpul însuși fiind încărcat electric pozitiv. Diverși factori (termici, mecanici, etc.) determină eliberarea electronilor din învelișul electronic al atomilor unui corp și plasarea lor fie în stare liberă, fie în învelișul atomilor altui corp.

Scoala Discovery - Fizica - Electricitatea si Magnetismu

Electricitatea este o ramură a fizicii care se ocupă cu studiul fenomenelor electrice. Are doua părți principale : electrostatica și electrocinetica. Deși anumite fenomene electrice erau cunoscute încă din antichitate (exemplu: electrizarea chihlimbarul, orientarea acului magnetic în câmpul magnetic al Terrei etc.), studiul științific al acestora a început abia în secolul al XVII-lea. Odată cu revoluția industrială, au fost făcute o serie de noi descoperiri care au dus la inventarea a numeroase mașini și aparate pentru folosirea practică a fenomenelor electrice.

Au urmat numeroase studii asupra electricității.

Magnetitul (sau magnetita) este un mineral din grupa oxizilor de fier cu proprietăți feromagnetice, fiind oxidul de fier cel mai rezistent față de acizi și baze, cristalizează în sistemul cubic, cu formula chimică Fe3O4. Ionul de fier din mineral poate fi fier bivalent sau trivalent, de aceea magnetita este prezentată ca oxid de fier(II,III); duritatea mineralului pe scara lui Mohs este 5,5 - 6,5, culoarea neagră, urma neagră cu un luciu mat, metalic.

Magnetita este unul dintre mineralele cu cele mai puternice caractere feromagnetice. La temperatura Curie (TC pragul de temperatură de la care dispar proprietățile feromagnetice) de 578 °C magnetizarea se orientează în mare parte ca magnetizarea terestră, astfel i-a naștere un magnet remanent polarizat cu 500 nT (unități Tesla; \mathrm{1\, T = 1\,\frac{V\, s}{m^2}}). Astfel cristalele de magnetită pot conserva în această formă orientarea magnetică terestră. Studiul orientării (polarizării) magnetice a rociilor de lavă vulcanică (bazalt) de către geologi a dus la idea că la intervale mari de timp în perioadele geologice îndepărtate polii magnetici ai Pământului s-au inversat. Datorită proprietății sale magnetice, magnetita este folosită și azi ca magnet-pigment la busolă.

Read more »

Scoala Discovery - Fizica - Miscarea, forta, gravitatia

Scoala Discovery - Fizica - Miscarea, forta, gravitatia

Mișcarea este în fizică, o schimbare de poziție a unui corp în raport cu timpul. Sunt două domenii ale fizicii care se ocupă cu studiul mișcării:

Dinamică, parte a fizicii care studiază mișcarea și forțele de mișcare, inclusiv cauzele lor.
Cinematică, parte a fizicii care studiază mișcarea fără a lua în considerare cauzele forțelor de mișcare.

Mișcările sunt definite în fizică prin mai mulți parametri:

Deplasare, este deosebirea dintre poziția ințială și cea finală a unui corp mișcat.
Traiectorie, este calea urmată de un corp în mișcarea sa, reprezentată prin linia descrisă de centrul său de greutate.

În mișcarea rectilinie, traiectoria este o linie dreaptă.
În mișcarea curbilinie, traiectoria este o linie curbă, eventual un cerc.

Drum, (spațiu) este lungimea segmentului de pe traiectorie, segment definit de punctul inițial și punctul final al deplasării corpului.
Viteză, este măsura schimbării poziției și direcției de mișcare a unui corp în raport cu timpul.
Accelerație, este măsura schimbării vitezei unui corp în raport cu timpul.

Forta

În fizică, o forță este o mărime fizică care exprimă cantitativ o acțiune ce determină la un obiect cu masă o modificare de viteză, de direcție, sau de formă (aspect). Forța este o mărime vectorială ce are atât modul (valoare scalară sau intensitate) cât și direcție. A doua lege a lui Newton afirmă că un obiect cu masă constantă va fi accelerat proporțional cu forța rezultantă ce acționează asupra sa și invers proporțional cu masa sa. Echivalent, forța rezultantă ce acționează asupra unui obiect este egală cu viteza cu care i se modifică impulsul.

Cu alte cuvinte, forța rezultantă ce acționează la un moment dat asupra unui corp este derivata temporală a impulsului.

Forțele ce acționează asupra obiectelor tridimensionale le pot determina pe acestea să se și rotească sau să se deformeze, sau pot cauza o schimbare a presiunii. Tendința unei forțe de a cauza modificarea vitezei de rotație în jurul unei axe se numește moment. Deformarea și presiunea sunt rezultatele forțelor de tensiune din cadrul unui obiect.

Din antichitate, oamenii de știință au folosit conceptul de forță în studiul obiectelor staționare și în mișcare. Studiul forțelor a progresat odată cu descrierile date de filozoful Arhimede în secolul al III-lea î.e.n., privind interacțiunea forțelor în mecanisme simple.[5] Înainte de aceasta, descrierea forțelor de către Aristotel conținea unele greșeli și neînțelegeri fundamentale. În secolul al XVII-lea, Sir Issac Newton a corectat aceste greșeli și a enunțat o teorie ce a rămas neschimbată timp de aproape trei sute de ani. La începutul secolului al XX-lea, Einstein, în teoria relativității generale, a prezis cu succes eșecul modelului lui Newton pentru gravitație, lansând conceptul de continuum spațiu-timp.

Scoala Discovery - Fizica - Miscarea, forta, gravitatia


Teoria mai recentă cunoscută sub numele de Modelul Standard din fizica particulelor asociază forțe la nivelul mecanicii cuantice. Modelul Standard prezice că unele particule de schimb sunt mijlocul fundamental prin care sunt emise și absorbite forțele. Sunt cunoscute doar patru interacțiuni principale generatoare de forțe: tare, electromagnetică, slabă, și gravitatională. Observațiile din fizica particulelor de energii înalte, efectuate în anii 1970 și 1980 au confirmat că forțele slabe și cele electromagnetice sunt de fapt expresia aceleiași interacțiuni fundamentale.

În sistemul internațional, forța se măsoară în newtoni, dar alte sisteme de unități de măsură definesc și alte unități, dintre care multe sunt în strânsă legătură cu unitățile de măsură pentru masă.

Gravitatia

Gravitația este fenomenul fizic natural prin care corpurile fizice se atrag reciproc, cu o forță a cărei intensitate depinde de masele acestora și de distanța dintre ele. Este una din cele patru interacțiuni fundamentale din natură cunoscute, alături de interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleară tare și interacțiunea nucleară slabă.
În fizica modernă gravitația este descrisă de teoria relativității generalizate, dar în cele mai multe situații practice (la scara macroscopică) se poate aplica cu mare exactitate și legea atracției universale a lui Sir Isaac Newton, din mecanica clasică.

Aceasta spune că oricare două corpuri acționează unul asupra celuilalt cu o forță de atracție, numită forța gravitațională, direct proporțională cu masele celor două corpuri și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Natura și motivul existenței forței gravitaționale nu sunt teoretic încă deplin elucidate.

În viața de zi cu zi fenomenul este observat pretutindeni ca forță de atracție exercitată de Pământ asupra tuturor corpurilor terestre, forță numită greutate. Valoarea greutății unui corp este direct proporțională cu masa lui și este orientată spre centrul Pământului. Coeficientul de proporționalitate se numește accelerație gravitațională și este egal cu accelerația unui corp care cade liber în cîmpul gravitațional al Pământului.

La nivel astronomic gravitația este responsabilă de faptul că Luna se rotește în jurul Pământului și că sistemul Pământ-Lună se rotește în jurul Soarelui. De asemenea gravitația este forța care a dus la apariția tuturor planetelor și sateliților naturali ai acestora, prin atracția reciprocă dintre particulele de materie care se roteau în jurul Soarelui. În cadrul unei galaxii, diferitele stele și sisteme stelare sunt menținute împreună tot prin fenomenul gravitației, iar evoluția întregului univers (de exemplu modul în care acesta se dilată în timp) este la rândul ei dictată de forțele de gravitație dintre toate particulele de materie existente.

Interacțiunea gravitațională est produsă (generată) de întâlnirea (interferența) câmpurilor gravitaționale ale corpurilor (maselor) cosmice. Câmpul gravitațional (gravific) este generat de anumite particule din substanța corpului și se manifestă prin câmpul de accelerație normală (perpendiculară) la suprafața corpului. Poate fi măsurat de exemplu direct la suprafața Pământului sau a Lunii.

Read more »

Scoala Discovery - Fizica - Energia si lucrul mecanic

Scoala Discovery - Energia si lucrul mecanic

La nivelul actual de cunoștințe și dezvoltare tehnologică, se consideră că universul care ne înconjoară există sub două forme: de substanță (materie) și câmp de forțe. Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale: masa și energia. Masa este măsura inerției și a gravitației, iar energia este măsura scalară a mișcării materiei. Cuvântul energie are o răspândire foarte largă, dar, cu toate acestea, conținutul concret al noțiunii nu este la fel de răspândit sau riguros analizat, datorită îndeosebi unor particularități mai subtile, caracteristice anumitor forme de transfer energetic. Cea mai generală definiție, prezintă energia ca măsură a mișcării materiei. Această formulare, deși corectă, prezintă inconvenientul unei exprimări mai puțin explicite, având în vedere diversitatea mare a formelor de mișcare a materiei.

Energia definește calitatea schimbărilor și proceselor care au loc în univers, începând cu deplasarea în spațiu și terminând cu gândirea.
Unitatea și legătura formelor de mișcare a materiei, capacitatea lor de transformare reciprocă a permis măsurarea diferitelor forme ale materiei printr-o măsură comună: energia.Energia este unul dintre cele mai importante concepte fizice descoperite de om. Înțelegerea corectă a noțiunii de energie constituie o condiție necesară pentru analiza sistemelor energetice și a proceselor energetice.

Din punct de vedere științific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință. Energia este o funcție de stare.

Scoala Discovery - Fizica - Energia si lucrul mecanic



Când un sistem fizic trece printr-o transformare, din starea sa în starea de referință, rămân în natură schimbări cu privire la poziția sa relativă și la proprietățile sistemelor fizice din exteriorul lui, adică:

schimbarea poziției, vitezei,
schimbarea stării termice,
schimbarea stării electrice, magnetice,

atât ale lui cât și ale sistemelor din exteriorul său. Efectele asupra sistemelor externe se numesc acțiunile externe ale sistemului în cursul transformării.

Dacă acțiunile sunt exclusiv sub forma efectuării de lucru mecanic, acesta este echivalentul în lucru mecanic al acțiunilor externe. Suma echivalenților în lucru mecanic al tuturor acțiunilor externe care se produc când un sistem fizic trece, prin transformare, dintr-o stare dată într-o stare de referință este energia totală a sistemului fizic în starea dată față de cea de referință și reflectă capacitatea sistemului de a produce lucru mecanic.

Conform legii conservării energiei, diferența de energie a unui sistem fizic la o transformare între două stări este independentă de calea de transformare dintre cele două stări, ea depinzând numai de cele două stări. Alegând arbitrar valoarea energiei de referință, energia din orice altă stare are o valoare bine determinată. Ca urmare, energia este o funcție de starea sistemului fizic pe care o caracterizează, adică este o funcție de potențial. În funcție de starea de referință, energia poate fi pozitivă, negativă sau nulă.

Se numește formă de energie fiecare termen aditiv din cea mai generală expresie a energiei totale a sistemelor fizice, care depinde exclusiv de o anumită clasă de mărimi de stare (de exemplu: mărimi mecanice, electrice, magnetice etc.).

Lucru mecanic

Lucrul mecanic este o mărime fizică definită ca produsul dintre componenta forței care acționează asupra unui corp în direcția deplasării punctului ei de aplicație și mărimea acestei deplasări. E o mărime ce caracterizează schimbarea stării dinamice a sistemului.

Read more »