Tematy, cel i zagadnienia do ćwiczeń laboratoryjnych

z przedmiotów: Fizyka, Biofizyka, Fizyka współczesna (laboratoria):

 

1. Moment siły

Cel: Badanie warunków równowagi bryły sztywnej.
Zagadnienia: Bryła sztywna. Moment siły jako wektor. Moment bezwładności, tw. Steinera. Zasady dynamika dla ruchu postępowego i obrotowego. Warunki równowagi ciała sztywnego. Jednostki siły. Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

2. Stalagmometr

Cel: Wyznaczanie współczynnika napięcia powierzchniowego.
Zagadnienia: Kinetyczno-molekularna teoria budowy cieczy. Siły międzycząsteczkowe. Ciśnienie molekularne (wzór). Ciśnienie powierzchni zakrzywionej, wzór Laplace’a. Adhezja i kohezja (wyjaśnienie pojęć). Powstawanie menisku, włoskowatość. Metody pomiaru współczynnika napięcia powierzchniowego (wymienić i opisać). Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

3. Lepkość cieczy

Cel: Wyznaczenie współczynnika lepkości.
Zagadnienia: Ciecz doskonała a ciecz rzeczywista. Lepkość, równanie Newtona, współczynnik lepkości jego zależność od temperatury (jednostki współczynnika napięcia powierzchniowego). Ruch ciał w ośrodku lepkim, prawo Stokesa. Przepływ laminarny cieczy lepkich, prawo Poisseuille’a. Przepływ turbulentny, stała Reynoldsa. Metody pomiaru współczynnika lepkości (wymienić i opisać). Sedymentacja. Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

4. Entalpia

Cel: Wyznaczanie zmiany entalpii podczas rozpuszczania ciał krystalicznych.
Zagadnienia: Podstawowe pojęcia termodynamiki, energia wewnętrzna. I i II zasada termodynamiki. Praca objętościowa. Jednostka pracy. Energetyczny opis przemian gazowych: izochorycznej i izobarycznej, entalpia. Procesy egzotermiczne i endotermiczne. Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

5. Entropia

Cel: Wyznaczenie zmiany entropii układu podczas topnienia lodu.
Zagadnienia: Podstawowe pojęcia termodynamiki. I zasada termodynamiki. Zasada zachowania energii (wzory i jednostki). Energetyczny opis przemian gazowych, entalpia. Procesy odwracalne i nieodwracalne. II zasada termodynamiki w ujęciu jakościowym. Entropia, ilościowe ujęcie II zasady termodynamiki (wyjaśnienie pojęcia i wzory). Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

6. Wahadło matematyczne

Cel: Wyznaczenie przyśpieszenia ziemskiego.
Zagadnienia: Ruch harmoniczny nie tłumiony, wzory na wychylenie, prędkość i przyśpieszenie w tym ruchu (wykresy x(t), V(t), a(t)). Wahadło matematyczne – definicja, wyprowadzenie wzoru na okres drgań wahadła matematycznego. Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

7. Ultradźwięki

Cel: Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych lub modułu Younga.
Zagadnienia: Fale mechaniczne, równanie fali płaskiej, rodzaje fal. Prędkość i natężenie fali. Zależność prędkości od właściwości sprężystych ośrodka. Prawo Hookea, moduł Younga. Fale akustyczne, ultradźwięki. Wytwarzanie ultradźwięków, zastosowania -czynne i bierne.

8. Prawo Ohma

Cel: wyznaczenie oporu.
Zagadnienia: Prąd elektryczny natężenie. Prawo Ohma. Opór elektryczny i jego zależność od parametrów geometrycznych i temperatury, nadprzewodnictwo. I i II prawo Kirchhoffa. Budowa amperomierza i woltomierza, zmiany zakresów skali. Metody pomiarów oporu. Jednostki elektryczne.

9. Refraktometr

Cel:zależność współczynnika załamania od stężenia roztworu.
Zagadnienia: Światło jako fala elektromagnetyczna. Prawo odbicia i załamania światła. Współczynnik załamania względny i bezwzględny. Całkowite wewnętrzne odbicie, kąt graniczny. Refraktometr Abbego.

10. Soczewki

Cel:wyznaczanie zdolności skupiającej.
Zagadnienia: Prawo odbicia i załamania światła. Współczynnik załamania względny i bezwzględny. Powstawanie obrazów w soczewkach. Równania soczewkowe, zależność ogniskowej od parametrów soczewki, powiększenie. Zdolność skupiająca soczewki i układów soczewek. Dioptria. Metoda Bessela wyznaczania ogniskowej soczewki.

11. Siatka dyfrakcyjna/Laser

Cel: wyznaczenie stałej siatki lub długości fali światła.
Zagadnienia: Fala elektromagnetyczna. Prawa Maxwella. Dyfrakcja i interferencja światła. Doświadczenie Younga. Siatka dyfrakcyjna. Warunki powstawania prążków jasnych oraz ciemnych.

12. Polarymetr

Cel: wyznaczenie stężenia roztworu cukru.
Zagadnienia: Fala elektromagnetyczna. Drgania wektora świetlnego w świetle nie spolaryzowanym i spolaryzowanym. Polaryzacji światła: przez odbicie – prawo Brewstera. Dwójłomność, dichroizm. Pryzmat Nicola. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji przez roztwory optycznie czynne. Budowa i działanie polarymetru. Noniusz (suwmiarka).

13. Promieniotwórczość

Cel: wyznaczenie współczynnika absorpcji promieniowania.
Zagadnienia: Budowa jądra atomowego, energia wiązania. Promieniowanie jądrowe rodzaje, własności. Pochłanianie promieniowania, prawo osłabienia. Przemiany promieniotwórcze, promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Aktywność źródeł. Oddziaływanie biologiczne promieniowania jonizującego.

14. Elektroliza

Zagadnienia: Prąd elektryczny w cieczach i gazach. Natężenie prądu i jego jednostki. Dysocjacja i stopień dysocjacji. Elektroliza. Przewodność elektrolityczna i ruchliwość jonów. I i II prawo elektrolizy Faradaya. Sens fizyczny równoważnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

15. Termopara

Zagadnienia: Wiązania metaliczne. Praca wyjścia elektronów z metalu. Elektronowolt. Poziom Fermiego. Kontaktowa różnica potencjałów na złączu dwóch metali. Zjawisko termoelektryczne. Praktyczne zastosowanie termoelementów.

16. Spektrofotometria absorpcyjna z zakresu UV-Vis.

Zagadnienia: Podstawowe wielkości opisujące promieniowanie EM i zakres widzialny(Vis), ultrafiolet (UV) i podczerwień (IR). Formy energii wewnętrznej cząsteczek. Powstawanie widm absorpcyjnych, prawdopodobieństwo absorpcji, reguły wyboru. Różnice w widmach elektronowych atomów oraz prostych cząsteczek w stanie gazowym i barwników w roztworach. Absorbancja (A) i transmitancję (T) ? Związek między A a T? Prawo Lamberta – Beera, odstępstwa od tego prawa. Współczynnik ekstyncji – jednostki i typowe wartości. Diagram stanów elektronowych Jabłońskiego ( stany singletowe i trypletowe, przekazywanie energii), przesunięcie Stokesa. Podstawowe jednostki energii w spektroskopii.

17. Mikroskop.

Zagadnienia: Bieg promieni w mikroskopie. Powiększenie mikroskopu. Zdolność rozdzielcza mikroskopu. Ugięcie światła. Siatka dyfrakcyjna. Sposoby zwiększenia zdolności rozdzielczej mikroskopu. Prawo załamania. Bieg promienia w płytce płasko-równoległej. Wzory soczewkowe i wady odwzorowań soczewek.


18. Wiskozymetr HÖPPLERA

Zagadnienia: Zjawisko lepkości w cieczach, równanie Newtona. Ruch laminarny. Metody wyznaczania współczynnika lepkości, wzór Stokes’a i Poiseuille’a. Zasada działania wiskozymetru Hpplera. Ruch burzliwy, liczba Reynoldsa.

19. Wahadło Fizyczne

Zagadnienia: Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego. Moment bezwładności, twierdzenie Steinera. Drgania harmoniczne nie tłumione i tłumione. Wahadło fizyczne. Moment siły jako wektor.


20. MODEL KOLEKTORA SŁONECZNEGO

Zagadnienia: Ciepło i praca. Bilans cieplny, pomiary kalorymetryczne. • Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy. • Rodzaje kolektorów słonecznych, budowa (rysunek) i zasada ich działania (płaskie i skupiające kolektory słoneczne do podgrzewania wody i powietrza – schematy układów). • Sprawność cieplna kolektorów słonecznych. Magazynowanie energii słonecznej. • Definicja jednostki 1J.

21. POMIAR ZALEŻNOŚCI MOCY OD ŚREDNICY STRUMIENIA POWIETRZA DLA ELEKTROWNI WIATROWEJ

Zagadnienia: Silniki wiatrowe – podział. Budowa typowej siłowni wiatrowej; instalacje do produkcji energii elektrycznej. Zastosowania siłowni wiatrowych w rolnictwie. Perspektywy rozwoju energetyki wiatrowej – farmy wiatrowe. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo indukcji Faradaya, reguła Lenza. • Budowa i zasada działania prądnicy prądu stałego i zmiennego. Moc prądu stałego. Definicje jednostek – 1 W, 1 J, 1 A i 1 V.

22. POMIAR ZALEŻNOŚCI MOCY OD PRĘDKOŚCI STRUMIENIA POWIETRZA DLA ELEKTROWNI WIATROWEJ

Zagadnienia: • Silniki wiatrowe – podział. • Energia kinetyczna oraz moc wiatru. • Prawo Bernoulliego w postaci ogólnej oraz dla przepływu poziomego. • Budowa typowej siłowni wiatrowej; instalacje do produkcji energii elektrycznej. • Zastosowania siłowni wiatrowych w rolnictwie. • Perspektywy rozwoju energetyki wiatrowej – farmy wiatrowe. • Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo indukcji Faradaya, reguła Lentza. • Budowa i zasada działania prądnicy prądu stałego i zmiennego. Moc prądu stałego. • Definicje jednostek – 1 W, 1 J, 1 A i 1 V.

23. MODEL TURBINY WODNEJ

Zagadnienia: • Budowa i zasada działania turbiny wodnej. Rodzaje turbin. • Zakres zastosowań turbin wodnych. • Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo indukcji Faradaya, reguła Lentza. • Budowa i zasada działania prądnicy prądu stałego oraz zmiennego. Moc prądu stałego. • Definicje jednostek – 1 W, 1 J, 1 A i 1 V.

24. POMIAR PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU POWIETRZA ZA POMOCĄ RURKI PRANDTLA

Zagadnienia: POMIAR PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU POWIETRZA ZA POMOCĄ RURKI PRANDTLA
• Prawo Bernoulliego w postaci ogólnej oraz dla przepływu poziomego. • Zasada pomiaru prędkości powietrza przy pomocy rurki Prandtla – wyprowadzenie wzoru na prędkość przepływu powietrza. • Ciśnienie i jednostki ciśnienia – definicje.

25. PRAWO BERNOULLIEGO

Zagadnienia: • Ciecz doskonała, a ciecz rzeczywista. • Równanie ciągłości. • Ciśnienie dynamiczne i statyczne. • Prawo Bernoulliego – wzór oraz wnioski z niego wynikające. • Ciśnienie i jednostki – definicje. • Zasada pomiaru prędkości powietrza – wzór.

26. 8. MODEL ELEKTROWNI WIATROWEJ

Zagadnienia: • Pojęcie wiatru, przyczyny jego powstawania i klasyfikacja. • Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo indukcji Faradaya, reguła Lenza. • Budowa i zasada działania prądnicy prądu stałego i zmiennego. Moc prądu stałego. • Definicje jednostek – 1 W, 1 J, 1 A i 1 V. • Energia strumienia powietrza i powierzchniowa gęstość energii – wzory.

27. FOTOOGNIWO

Zagadnienia: • Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne i zewnętrzne. • Budowa i zasada działania fotoogniwa. • Baterie słoneczne – budowa i zastosowania. • Podstawowe pojęcia fotometrii wizualnej – światłość, strumień świetlny, natężenie oświetlenia (wzory). • Definicje jednostek – 1 cd (kandela), 1 lm (lumen), 1 lx (luks), 1 rad (radian), 1 sr (steradian).

28. MODEL ELEKTROWNI WODNEJ

Zagadnienia: • Elektrownie wodne – budowa i zasada działania. • Sposoby wykorzystania spadu skoncentrowanego (jaz, kanał, rurociąg ciśnieniowy). • Rodzaje elektrowni wodnych. • Prawo Bernoulliego w postaci ogólnej oraz uproszczonej, wzór Torricellego. • Natężenie przepływu cieczy, moc strumienia wody – wzór. • Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo indukcji Faradaya, reguła Lentza. • Budowa i zasada działania prądnicy prądu stałego oraz zmiennego. • Definicje jednostek: 1W, 1J, 1A i 1V. • Wykorzystanie energii wody w rolnictwie.


29. Przemiany gazowe

Cel: Sprawdzenie praw gazowych.
Zagadnienia: Ciśnienie gazu wg teorii kinetyczno-molekularnej. Gaz doskonały, równanie stanu, równanie Clapeyrona. Kinetyczna interpretacja temperatury. Gaz rzeczywisty, równanie Van der Waalsa. Przemiany gazowe (prawa, wykresy). Ciśnienie hydrostatyczne. Barometry i manometry – sposoby pomiaru. Jednostki ciśnienia. Cel ćwiczenia oraz sposób wykonania.

30. Transformator

Cel: wyznaczenie przekładni transformatora.
Zagadnienia: Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, reguła Lenza. Prąd zmienny (przemienny). Jednostki napięcia oraz natężenia. Natężenie i napięcie skuteczne. Budowa i zasada działania transformatora, przekładnia transformatora.

31. Moc Prądu

Cel: Pomiar mocy odbiorników elektrycznych.
Zagadnienia: Praca i moc prądu stałego. Jednostki pracy, mocy, natężenia i napięcia prądu. Prąd zmienny (przemienny),wartość chwilowa natężenia i natężenie skuteczne. Przesunięcie fazowe i przyczyny jego powstania. Praca i moc prądu zmiennego. Metody pomiaru mocy odbiorników elektrycznych.

32. Dioda lampowa

Zagadnienia: Zjawisko emisji elektronowej z metalu. Potencjał wewnątrz i na powierzchni metalu. Termoemisja i jej zastosowanie. Budowa i działanie diody (zastosowanie). Podstawowe charakterystyki i parametry diody. Wyznaczenie charakterystyki anodowej diody (schemat układu pomiarowego).

33. Termistor

Zagadnienia: Opór właściwy materiałów. Przewodność elektryczna półprzewodników. Rezystancja termistorów. Charakterystyki i parametry termistorów. Zastosowanie termistorów. Zdejmowanie charakterystyki napięciowo – prądowej termistora.

34. Dioda Półprzewodnikowa

Zagadnienia: Teoria pasmowa ciała stałego. Model pasmowy izolatora półprzewodnika i przewodnika. Poziom Fermiego. Półprzewodniki samoistny – schemat pasmowy w T = 0 K i T > 0 K. Półprzewodniki domieszkowe typu „n” i „p” – schematy pasmowe T = 0 K i T > 0 K. Złącze p-n nie spolaryzowane. Złącze p-n spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody półprzewodnikowej. Wyznaczenie charakterystyki diody – schematy układów pomiarowych.

35. Zjawisko Halla

Zagadnienia: Ruch ładunku w polu magnetycznym, siła Lorentza. Mikroskopowy obraz prądu w metalach i półprzewodnikach, gęstość prądu, prędkość dryfu ładunków i ruchliwość ładunków. Efekt Halla. Zastosowanie halotronu.

36. Monochromator

Zagadnienia: Teoria pasmowa półprzewodników. Natura promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne. Przejście światła przez pryzmat (dyspersja i rozszczepienie)