Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
1356) Posuvný proud
08. 07. 2002
Dotaz: Můj dotaz souvisí s Maxwellovými rovnicemi - není mi jasné co přesne si mám představit pod posuvným proudem, který Maxwell doplnil do rovnice formulující zákon celkového proudu (kromě toho že díky němu mají rovnice obecnou platnost-tedy platí ve všech polích). A proč je možné ho vyjádřit jako parciální derivaci vektoru elektrické indukce podle času?
Pak by mě ještě zajímalo, jestli byla rychlost světla určena poprvé řešením z maxwellových rovnic odvozené vlnové rovnice pomocí permeability a permitivity, nebo pomocí nějakého experimentu. (Petr Pokorný)
Odpověď: Milý
pane kolego, možná Vás trochu zklamu, ale takový je život.
Třeba ani není nic, co by bylo nutno si
"představit". Představa pomůže, ale je vždycky jen
jistým modelem, který něco podstatného znázorní, ale něco
jiného zakryje nebo naopak přidává něco, co v reálu není.
Budete-li svému mladšímu synovci vysvětlovat Vy, co je to
elektřina a elektrický proud, asi řeknete něco jako
"Elektrony jsou jako malí zelení mužíčci, co pobíhají
uvnitř drátů a orientují se tam, kam je zrovna tlačíme
vnějším napětím. A to napětí je, jako kdybychom tu trubici
zvedli tam, kde má být napětí větší. A ti mužíčci
nemůžou zmizet, (takže pro ně platí rovnice kontinuity),
navíc je v obvyklých podmínkách ani nemůžeme nějak
podstatněji stlačit k sobě, a proto elektrický okruh je
vždycky uzavřený, má-li opravdu téci proud I." Jenomže
to není tak docela pravda, protože když nabíjíte
kondenzátor, tak okruh není uzavřený - obě desky jsou přece
odděleny izolátorem! No ale doplníme-li člen Ip (posuvný
proud) ke členu I, tak se jím elektrický proud uzavře. To
samo o sobě by bylo dobrým důvodem k zavedení. Ale lze i
potvrdit, že takto zavedený proud Ip má i všechny další
vlastnosti "obyčejného" proudu, např. že vytváří
magnetické pole. Proto ho také zavádíme. Říkáme mu ale
raději "Maxwellův". To označení
"posuvný" je z představ, že existuje
všudypřítomný nevažitelný éter, jehož chvění se
projevuje jako světlo, jehož vnitřní napětí je dáno
elektrickým polem E a deformace (posunutí) se pak jeví jako
elektrická indukce D (angl. Displacement = posunutí). Na
posuvný proud se nenajde nějaký mechanický model. On totiž
existuje i ve vakuu, kde není (z hlediska klasické
elektrodynamiky) nic, co by se mohlo posouvat. Ale berme to jako
fakt, že doplněním tohoto výrazu se nám náš starý známý
proud "zacelí" - že to je právě to, co mu chybělo
k dokonalosti. A proč je možné ho vyjádřit jako parciální
derivaci vektoru elektrické indukce podle času? No to je
právě ten výraz, který by nám chyběl pro rovnici
kontinuity.
Rychlost světla byla nejprve změřena v dobách, kdy naoka o
světle nebyla vůbec spojována s elektřinou a magneticmem. Až
Weber vypočítal, že změny elektromagnetického pole by se
měly šířit rychlostí, která se nápadně podobala rychlosti
světla, a skvěle (tj. odvážně, ale pravdivě) z toho
vydedukoval, že světlo je elektromagnetické povahy. Přečtete
si o tom v učebnicích o historii fyziky.
Dotaz: Potřeboval bych zjistit, proč voda má největší hustotu při 4C°a když teplota stoupá nebo klesá její hustota klesá. Ostatní kapaliny při zvyšování teploty jejich hustota klesne a při snižování stoupne. Čím je tato anomálie způsubená. (Vladimír Bureš)
Odpověď: Milý příteli, i my bychom rádě věděli, proč voda má tuto
anomálii, které možná vděčíme svůj život. Další
anomálie je to, že kapalná voda má hustotu větší než
tuhý led (obyčejný, za vyšších tlaků jsou jiné
modifikace, těžší). Ale abych vám alespoň naznačil
faktory, které to určují: Voda není (jen) H2O, ale
asi tak (H2O)5 až (H2O)6.
Kdyby totiž byla jen H2O s molekulovou vohou cca 18,
měla by se chovat zhruba jako neon, a byl by to plyn mající
hodně daleko do zkapalnění. Kruhové "nadmolekuly"
výše vyznačené vznikají díky vodíkovým můstkům, tedy
jakýmsi "nadnormativním vedlejším vazbám" vodíků
ve vodě. Ale to, jak dalece se uplatní při pohybujících se
molekulách H2O (při vyšší teplotě obecně
rychlejší pohyb), to je pak souhra obou faktorů. Ona se
uplatní i v tuhé fázi, najděte si v odborné literatuře
stavový diagram vody za vyšších tlaků, je tam asi 8 fází
ledu.
Dotaz: Potřeboval bych poradit, jak se dá vypočítat rovnice tzv. balistické křivky. Je známa hmotnost (m=1g), počáteční rychlost (v0=700 m/s), vzdálenost cíle (d=1km), BRZDÁ SÍLA (-b.v), kde v je rychlost a b je 0,00015 kg/s. Má se určit úhel.
Problém je v tom, že toto musím naprogramovat pomocí PAS (počítačového algebraického systému) Maple. Z učebnic znám dokonale postup od pohybové rovnice, přes integrace, poč.podmínky,... až k rovnici y=(-g/(2.v0^2.(cos alfa)^2)).x^2+x.tg alfa
ALE tato rovnice je rovnice paraboly, tedy při zanedbání BRZDÉ SÍLY.
Nenašel jsem učebnici, v které by se počítalo i s brzdnou silou. NEVÍM TEDY, KDE PŘIPOČÍST, KDE ODEČÍST BRZDNOU SILU V POSTUPU OD POHYBOVÉ ROVNICE K ROVNICI Y=...
(Štefan Vanya)
Odpověď: Pane
kolego, nechtějte dvě různé věci najednou - sestavení
výsledné rovnice křivky. Sestavte nejprve (diferenciální,
ale nemějte z toho strach) rovnici křivky, a pak teprve nechte
na Maplu, aby ji "řešil", tj. podstupoval z
počáteční hodnoty podle jistého přírůstku času k
hodnotám vyšším.
O co jde: 2. N.z. říká, že (výsledná) síla F udělí
částici zrychlení a=F/m. (Místo každého D dosaďte velké
řecké D, značící přírůstek veličiny, co je
napsaná za ním.). Má-li v čase t částice polohu (x, y,z) a
rychlost (vx,vy,vz), pak v
pozdějším čase t+Dt má polohu (x+vx.Dt,
y+vy.Dt, z+vz.Dt) a rychlost (vx+ax.Dt, vy+ay.Dt, vz+az.Dt)
= (vx + Fx/m.Dt, vy + Fy/m.Dt, vz
+Fz/m.Dt).
To je celá pohybová rovnice. Zadáte ji do Maplu s tím, že
vyjádříte závislost výsledné síly F na všem, co rozumně
přichází v úvahu. V nejjednodušším případě bez odporu
vzduchu je Fx=0, Fy=0, Fz= -mg.
Udělejte to a zjistěte, zda vám vyjde parabolická dráha z =
z(x). Pokud ne, hledejte chybu. Pak přidejte odpor vzduchu. Při
té rychlosti bude nejspíš kvadratický: Fx = a.vx
vx, Fy= a.vyvy
atd. To je nejspíš to, co po vás požadují. Dělostřelci by
ovšem asi chtěli více, střela rotuje a je to tedy
setrvačník, výsledný odpor vzduchu působí nikoli v
těžišti, ale obecně v jiném bodě daném tvarem střely,
ještě by se mohla uvážit Coriolisova síla působící na
letící střelu na otáčející se Zemi apod.
Dotaz: 1) Kde lze najít (web nebo publikace) něco o změnách vlastností plynů a vodních par při ionizaci. Zajímá mne zejména změna elektrického odporu a elektrické pevnosti plynů při ionizaci. 2) Lze docílit ionizace pomocí laserového paprsku ?
(Jiří Büllow)
http://www.aldebaran.cz/ Bohužel na tomto serveru nejsou udělány
výboje v plynech, nicméně jsou tam hezké obrázky a hlavně
české povídání o plazmatu vůbec.
Co se týče změny
elektrické vodivosti a elektrické pevnosti při ionizaci, je
odpověď značně závislá na druhu plynu a stupni ionizace.
Obecně se dá říci, že ionizovaný plyn se stává elektricky
vodivý (je třeba uvážit, že v atmosféře kolem nás je v
každém kubickém cm asi 2000 iontů), a že za určitých
podmínek (aplikací dostatečně vysokého napětí mezi
elektrodami, mezi kterými se vodivost plynu měří) dojde k
lavinovému efektu, kdy již vytvořené elektrony a ionty na
své dráze dále ionizují, čímž stupeň ionizace, a tím i
vodivost prudce stoupá. Nemalou úlohu přitom hrají i tzv.
gama procesy, tj. sekundarni emise elektronů z povrchu
elektrody. Závislost tzv. zápalného napětí samostatného
výboje na součinu tlaku plynu a vzdálenosti rovinných
elektrod (p.d) udává tzv. Paschenův zákon, což je pro daný
plyn plynulá křivka s jedním minimem pro určité p.d.
Zápalné napětí lze snížit, pokud se poskytnou nějaké
nabité částice navíc (tj. kromě těch, které si elektrony
nebo ionty na své dráze nebo interakci s elektrodou samy
"vyrobí"), např. ionizací prostoru mezi elektrodami
zářením, aplikací dodatečného napětí na pomocnou
elektrodu s ostrým hrotem umístěnou mezi hlavními elektrodami
(tak se zapaluje fotografický blesk), termickou emisí
elektronů z ohřátého povrchu katody (tak se zapaluje výboj v
zářivce). Elektrická pevnost plynů je termín technický,
který je v podstatě ekvivalentní termínu zápalné napětí.
Moje představa o něm je ta, že se vztahuje k přesně
definovanému tvaru elektrod, mezi kterými se tato pevnost
měří, a udává se za daného, většinou atmosferického
tlaku (pokud tedy výboj vznikne, bude to jiskrový výboj).
2/ Co se týče druhé
otázky, ionizace pomocí laserového paprsku, tam odpověď
závisí na energii fotonů a na celkové hustotě energie ve
svazku. Vzhledem k tomu, že teď máme v ČR výkonný laserový
systém PALS, který se používá na generaci plazmatu
interakcí laserového paprsku s pevnou látkou, doporučuji
podívat se na jeho www stranku (v češtině) http://www.pals.cas.cz/pals/pac001hp.htm.(Prof.RNDr. Milan Tichý DrSc. - 21.6.2002)
Dotaz: Poraďte mi, prosím, jak vysvětlit žákům osmé třídy skutečnost, že ve vyšších vrstvách atmosféry je teplota pod bodem mrazu, přestože teplý vzduch stoupá vzhůru. A je-li to pro děti alespoň trohu pochopitelné, poraďte, jak vysvětlit rozložení teploty atmosféry v závislosti na výšce. (Tomáš Špaček)
Odpověď: Milý kolego, doporučoval bych žákům připomenout, že v
atmosféře se směrem vzhůru zmenšuje tlak a hustota, díky
tomu balón naplněný vodíkem nebo héliem, které mají při
stejné teplotě menší hustotu než vzduch, může stoupat.
Místo hélia nebo vodíku ale stačí balón naplnit teplým
vzduchem, který má také menší hustotu než okolní
studenější vzduch a balón opět může vzlétnout. Jestliže
však tenhle teplý vzduch (v balónu nebo bez něj) stoupá do
oblasti nižšího tlaku, pak se rozpíná, tím pracuje a pokud
mu nepřivádíme teplo (např. tím, že bychom vzduch v balónu
ohřívali hořáky, jak se to normálně dělá), chladne
(pracuje na úkor své vnitřní energie). Tak sice teplý vzduch
stoupá vzhůru, ale přitom chladne. Nejnižší vrstva
atmosféry se ohřívá především od zemského povrchu
ohřívaného slunečním zářením, je většinou
promíchávána, taky v ní koluje vlhkost, co dělá mraky a
prší. Proto je skutečná závislot teploty na výšce trochu
složitější, než by odpovídalo zmíněnému chladnutí
bubliny vzduchu při výstupu. Podívejte se se žáky na
aktuální data na stránce http://www.chmi.cz/meteo/oap/graf_ptu.html
Další zajímavé jevy nastanou ve stratosféře (nad
tropopausou, která je na dnešním výstupu asi ve 13,5 km a kde
je teplota minimální) - tam je podstatná absorbce
krátkovlnného záření (UV) ozónem, což nakonec způsobí
ohřev, takže teplota do výšky kolem 50 km zase roste. Výše
už teplota opět klesá, atmosféra je ale už tak řídká, že
teplota spíš říká, jaká je střední rychlost molekul
vzduchu než jakou teplotu bychom cítili, kdybychom tam na
chvíli vylezli z rakety... Graf závislosti teploty na výšce