Füüsika referaat



Elekter



 Elekter on nähtuste kompleks, mis põhineb elementaarosakeste teatud fundamentaalsel omadusel, mida nimetatakse elektrilaenguks. Positiivse või negatiivse elektrilaenguga osakesed tekitavad elektromagnetvälja ja alluvad selle toimele.
 Sõna "elekter" tuleneb vanakreeka sõnast ēlektron 'merevaik'. Nimetuse motiiviks on see, et merevaik hõõrdumisel elektriseerub ehk omandab elektrilaengu.
 Sõna "elekter" ei ole praegu kasutusel terminina. Varem on füüsikas selle all mõistetud elektrilaengut (elektrihulka). Praegu mõistetakse üldkeeles elektri all kõige sagedamini elektrienergiat või elektrivoolu.
 Elektrienergia on elektrilaenguga osakeste suunatud liikumisel põhinev energialiik, mida on lihtne transportida ja muundada. Elektrit toodetakse elektrijaamades ning transporditakse elektriliinide ja trafode abil. Elektrit tarbivad elektrimootorid, küttekehad, valgustid, arvutid jms.
 Elektrivool on positiivse või negatiivse elektrilaenguga laengukandjate korrapärane liikumine.
 Laengukandjate korrapärast liikumist elektri- või pooljuhis elektrivälja mõjul nimetatakse juhtivusvooluks.
 Elektrilaenguga laetud makroosakeste või kehade liikumist vaakumis või keskkonnas, millel puudub elektrijuhtivus, nimetatakse konvektsioonvooluks.
 Seotud elektrilaengute ehk dielektrikute aatomite ja molekulide koostisse kuuluvate osakeste elektrilaengute ning ioonvõrega kristalliliste dielektrikute ioonide laengute liikumist dielektrikus, mis muudab dielektriku polarisatsiooni, nimetatakse polarisatsioonvooluks.
 Elektriväli on elektrilaengu poolt tekitatud ruumis leviv pidev väli ja mis mõjutab ruumis paiknevaid teisi elektrilaenguid. Elektrivälja levimiskiirus on võrdne valguse kiirusega vaakumis. Elektriväli on elektromagnetvälja piirjuht.


Elektrivooluga kaasnevad nähtused

 Elektrivooluga kaasneb alati magnetväli.
Elektrivoolud kui magnetvälja allikad jagunevad omakorda makroskoopilisteks vooludeks nagu juhtivus– ja konvektsioonvool ning molekulaarseteks vooludeks nagu mikro– ja nihkevool, mis vastavad laetud osakeste liikumisele aine aatomites, molekulides ja ioonides.
 Muutuva vahelduvelektrivälja toimel tekib pöörismagnetväli. Pöörismagnetväljaga omakorda kaasneb elektrivool, mida kutsutakse nihkevooluks. Nihkevoolu olemust väljendavad Maxwelli võrrandid.



Elektrivoolu liigid

Eristatakse kahte liik elektrivoolu: alalisvool ja vahelduvvool.
 Alalisvooluks nimetatakse voolu, mille suund ja tugevus ajas ei muutu. Suunaks on valitud positiivsete laengukandjate liikumise suund ( vooluringis plussilt miinusele). Alalisvoolu tekitavad alalispinge allikad, näiteks akud ja patareid.
 Vahelduvvooluks nimetatakse elektrivoolu, mille suund ja tugevus perioodiliselt muutuvad.
Tänapäeva elektrijaotusvõrkudes on üldjuhul ülekantav elektrivool 3 faasiline vahelduvvool. Alalisvoolu kasutatakse seal, kus on vaja võrgust sõltumatut toiteallikat – akut autol või taskutelefonis, toiteelementi käe- või seinakellas. Alalisvooluga töötab praegu veel enamus transpordivahendeid – elektrirong, tramm, trollibuss. Elektrienergia saadakse nende jaoks aga vahelduvvooluvõrgust alaldusalajaamade kaudu. Alalisvooluga töötavad ka elektrokeemilised ja galvaanikaseadmed. Vahelduvvoolu saamiseks enamkasutatav on siinuspinge, raadiotehnikas kasutatakse näiteks ka saehammaspinget.


Elektrijuhid

 Elektrijuht ehk juht on materjal, mis sisaldab liikuvaid elektrilaenguga osakesi (kõige sagedamini elektrone) ning mille elektritakistus (täpsemalt eritakistus) on seetõttu väike. Tavaliselt loetakse materjali juhiks, kui selle eritakistus ei ületa 10–6 Ω∙m. Elektrijuhtide kohta öeldakse, et nad juhivad elektrit ehk neil on hea elektrijuhtivus. Materjali, mis elektrit ei juhi, nimetatakse isolaatoriks.
 Kui elektrilised potentsiaalid juhi eri punktides on erinevad, siis vastavalt Ohmi seadusele läbib juhti elektrivool.
 Juhtide elektrijuhtivust iseloomustatakse tavaliselt eritakistusega. Mida väiksem on eritakistus, seda paremini juht elektrit juhib.
 Paljud elektrijuhid on metallid, kuid on ka mittemetallilisi elektrijuhte.

Transformaator

Transformaator ehk trafo on elektromagnetiline seade (elektrimasin), mis võimaldab muuta vahelduvvoolu voolutugevust ja pinget voolusagedust muutmata. Transformaatori nimetus on tulnud ladinakeelsest sõnast transformare ehk muundama.
 Transformaatorite võimsus võib olla väga erinev murdosast V A kuni GV A ja pingega kuni sadade kilovoltideni.



Magnetism


 Magnetväli eksisteerib alati vooluga juhtme ümber. Püsimagnet on keha, mis säilitab magnetilised omadused pikema aja vältel. Sõna magnet on tulnud Kreeka linna Magnesia nime järgi. Magneti poolused- kohad, kus magnetiline toime on kõige tugevam. Magnetnõela põhjapooluseks nim. poolust, mis pöördub põhja poole. Magnetvälja kokkuleppelist suunda näitab magnetnõela põhjapoolus. 
Magnet võib magnetilised omadused kaotada kahel juhul:
1) Kui teda tugevasti koputada.
2) Kui teda kõrge temperatuurini kuumutada.
Magneetumine on nähtus, mille korral magnetvälja paigutamise tulemusel tekitab aine ka ise magnetvälja.
Magnetvälja põhiomadused:
1) magnetvälja tekitab elektrivool
2) magnetväli avaldab mõju elektrivoolule.


Voolu magnetväli

Vooluga juhe avaldab magnetväljale orienteeruvat mõju.
Ampere’i hüpotees - aine magnetilised omadused on ära määratud temas toimuvate ringvooludega.
Kahe ühepikkuse vooluga juhtme vahel esinevad järgmised seaduspärasused:
1) paralleelsete juhtmete vahel on jõud maksimaalne
2) eristuvate juhtmete korral jõud ei mõju.
Kui voolusuunad on samasuunalised mõjub juhtmete vahel tõmbejõud. Kui voolusuunad on vastassuunalised mõjub neile tõukejõud.
Jõud on alati risti juhtmelõiguga, millele ta mõjub.

Juhtmelõikude vahel mõjuv jõud:
1) on võrdeline voolutugevusega
2) on võrdeline juhtmelõikude pikkusega
3) on pöördvõrdeline juhtmelõikude kaugusega

 
Aine magnetilised omadused

 Ampere’i hüpotees - aine magnetilised omadused on määratud tema sees toimuvate ringvooludega. Kui ringvoolude tasandid on korrapäraselt ilmnevad ainel magnetilised omadused, kui korrapäratult siis ei ilmne. Curie temperatuur on temperatuur, millest kõrgemal aine magnetilised omadused kaovad.
Magnetiline läbitavus näitab, mitu korda on magnetinduktsioon aines suurem kui vaakumis.

Magnetilise läbitavuse järgi jagatakse ained:
1)diamagneetikud - (magn. läbitavus on väiksem 1- st) ained, mis veidi nõrgendavad talle mõjuvat magnetvälja.N: kuld,hõbe,vask.
2)paramagneetikud - (magn. läbitavus on 1- st veidi suurem) ained, mis veidi tugevdavad talle mõjuvat magnetvälja.N:alumiinium,volfram,mangaan,kaalium,naatrium.
3)ferromagneetikud - (magn. läbitavus on 1- st palju palju suurem) ained, mis tugevdavad talle mõjuvat magnetvälja tuhandeid kordi.N:raud,nikkel,koobalt.
 Ferromagneetiku ühe osakese magnetväli on väga tugev, seetõttu suudavad ferromagneetiku osakesed vastastikku üksteise magnetvälja tugevdada, mille tulemusel tekivad iseeneseliku magneetumise piirkonnad, mida nim.domeenideks.
Ferromagneetikud jagatakse:
1) magnetiliselt kõvad - nende domeenid säilitavad kindlalt magneetumisel omandatud seisundi.
2)magnetiliselt pehmed - neid kasutatakse magnetvälja tugevdamisel.

Elektromagnetväli

 Elektromagnetväli on elektromagnetilist vastastikmõju vahendav ühtne väli, mille piirjuhtudeks on elektriväli ja magnetväli. Elektromagnetväli võib levida elektromagnetlainena, milles elektriväli ja magnetväli perioodiliselt muutuvad.


Mehaanika

 Mehaanika on füüsika haru, mis uurib kehade paigalseisu ja liikumist ning nende põhjusi (jõudude mõjumist).
 Mehaanika põhiseadused töötasid välja Galileo Galilei ja Isaac Newton. Kuni 19. sajandini arvati, et kõik füüsikalised nähtused on seletatavad mehaaniliste protsessidega. Tänapäeval on teada, et paljudes füüsika valdkondades on oma seaduspärasused, mis ei taandu mehaanikale, ning et Newtoni versioonis on mehaanika vaid tegelikkuse lähendus, mis näiteks relativistlike süsteemide puhul ei ole rakendatav (nende puhul on tarvis rakendada relatiivsusteooriat). Ometi jääb mehaanika koos oma mõistetega, nagu massi- ja jõumõiste, füüsika üheks aluseks.
 Mehaanikat jaotatakse:
*Tahkete kehade mehaanikaks
*Vedelike mehaanikaks
*Gaaside mehaanikaks
 Peenema jaotuse järgi:
*Klassikaline mehaanika 
*Staatika (kirjeldab jõudude jaotust paigalseisvas süsteemis)
*Kinemaatika (kirjeldab kehade liikumist, arvestamata neile mõjuvaid jõude)
*Dünaamika (kirjeldab liigutatavate kehade käitumist ja neile mõjuvaid jõude) 
*Kineetika 
*Võnkumise teooria
*Tehniline mehaanika 
*Masinate dünaamika
*Materjaliõpetus
*Tugevusõpetus (elastostaatika)
*Teoreetiline mehaanika 
*Staatika
*Kinemaatika
*Dünaamika
*Statistiline mehaanika (kirjeldab paljudest osakestest koosnevate süsteemide käitumist, näiteks termodünaamikas)
*Erirelatiivsusteooria (on vajalik süsteemide puhul, mille kiirus on lähedane valguse kiirusele)
*Üldrelatiivsusteooria
*Kvantmehaanika (on vajalik mikromaailma kirjeldamiseks)
*Hüdromehaanika ehk Voolamise mehhaanika 
*Hüdrostaatika
*Hüdrodünaamika
*Aerodünaamika


Mehaaniline liikumine

 Liikumine ehk mehaaniline liikumine ehk mehhaaniline liikumine on füüsikas (mehhaanikas) kehade või osakeste ümberpaiknemine ehk nihkumine ruumis ehk asukohavahetus ehk asukoha muutumine ajas (aja jooksul) teatava (üldjuhul muutuva) kiirusega ja liikumise trajektoori järgi.
 Masspunkti liikumine piirdub asukoha muutumisega. Jäiga keha või kehade süsteemi puhul lisandub massikeskme asukoha muutumisele (kulgliikumine) keha või kehade osade vastastikuse asendi muutus (pöördliikumine).
 Liikumine võib olla ka keha mõõtmete ja kuju muutumine.

Keha liikumine ja materiaalse punkti liikumine

 Igal kehal on mõõtmed: keha eri osad paiknevad eri kohtades ruumis. Seetõttu liiguvad keha liikumisel selle eri osad üldjuhul erinevalt. Seda tuleb keha liikumise kirjeldamisel arvestada.
 Paljudes mehhaanika ülesannetes võib keha eri osade asukoha erinevuse arvestamata jätta. Kui keha mõõtmed on väikesed võrreldes kaugusega teistest kehadest, võib keha liikumist vaadelda nii, nagu liiguks üksainus punkt (materiaalne punkt). Niiviisi tehakse näiteks siis, kui uuritakse planeetide liikumist ümber Päikese.
 Kui keha kõik osad liiguvad ühtemoodi (igal hetkel on kõigil keha osadel ühesugune kiirus), siis sellist liikumist nimetatakse kulgliikumiseks. Ka kulgliikumise puhul võib keha liikumist vaadelda materiaalse punkti liikumisena, sest liikumise iseloom ei olene sellest, keha millise osa liikumist vaadeldakse.


Liikumisest klassikalises mehaanikas

 Kuni 19. sajandi lõpuni olid Isaac Newtoni poolt teoses "Loodusfilosoofia printsiibid" aksioomide või postulaatidena sõnastatud liikumisseadused füüsika aluseks. Nendel seadustel põhinevat mehhaanikat nimetatakse tänapäeval klassikaliseks mehhaanikaks ehk Newtoni mehhaanikaks. Klassikalisel mehhaanikal põhinevad liikuvate kehade trajektooride ja jõudude arvutused olid väga edukad, kuni füüsikutel tekkis võimalus mõõta ja vaadelda väga kiireid füüsikalisi nähtusi.


Relativistlik mehhaanika

 Väga suurte kiiruste puhul ei anna klassikalise füüsikal põhinevad arvutused enam õigeid tulemusi. Selle asemel kasutatakse Albert Einsteini relatiivsusteooriat. Väikeste kiiruste puhul jääb relatiivsusteooria ja klassikalise füüsika vaheline erinevus mõõtmisvea piiresse, mistõttu kasutatakse Newtoni mehhaanikat, mille arvutused on lihtsamad.
 Valguse kiirusest palju väiksemate kiiruste korral võib liikuva keha massi ja pikkust lugeda konstantseks. Valguse kiiruse lähedaste kehade (näiteks elektronide) liikumist kirjeldab erirelatiivsusteooria. Mass ja pikkus muutuvad Lorentzi teisenduste järgi.


Liikumise põhjused

Liikumise iseloomu muutumise põhjustena vaadeldakse füüsikas jõude. Liikumise põhjustega tegelev mehhaanika haru on dünaamika. Kinemaatika uurib liikumist põhjustele tähelepanu pööramata.


Sirg- ja kõverjooneline liikumine

Punktmassi sirgjoonelisel liikumisel võivad muutuda kiirusvektori moodul ja suund, kuna siht jääb samaks. Kõverjoonelisel liikumisel võib muutuda ka kiirusvektori siht.


Kulg- ja pöördliikumine

Jäiga keha niisugust mehaanilist liikumist, mille puhul keha kõigi punktide trajektoorid on paralleelsed ja kujult ühesugused, nimetatakse kulgliikumiseks ehk translatoorseks liikumiseks.
Kui keha kõik punktid liiguvad mööda ringjooni, mille keskpunktid asetsevad ühel ja samal liikumatul sirgel, siis on tegemist mehaanilise liikumisega, mida nimetatakse liikumist pöördliikumiseks ehk rotatoorseks liikumiseks.
Üldjuhul koosneb jäiga keha mehaaniline liikumine kulg- ja pöördliikumisest.





Kasutatud materjal:

http://et.wikipedia.org/wiki/Esileht

http://www.miksike.ee/