“ Fizika Informatikams “ Dalyko Aprašas

1. “ Fizika Informatikams “ Dalyko Aprašas “ Fizika Informatikams “ dalyko aprašas Dalyko sando kodas (Course code) PFIZ1112 Dalyko pavadinimas (Course title) Fizika Informatikams Dėstytojo (-jų) pedagoginis vardas, vardas ir pavardė (Name and position of lecturer) Profesorius, habil.dr. Antanas Feliksas Orliukas Dalyko sando lygis (Level of Course) Pirmosios pakopos Kuriame kurse dėstomas (Year of study) III-jo kurso informatikos spec. studentams (MIF) Semestras (Semester) Pavasario VU kreditai (VU credits) 3 ECTS kreditai (ECTS credits) 4.5 Reikalavimai (Prerequisites) Fizikinės elektronikos pagrindai Dalyko sando tikslai (Objectives of the course) Paskaitose analizuojami kūnų judėjimo dinaminiai principai, tvermės dėsniai, kietųjų kūnų skysčių bei dujų termodinamikos dėsningumai. Vienas paskaitų skyrius skirtas laidininkų, puslaidininkių dielektrikų, feroelektrikų, superjonikų, superlaidininkų elektrinių laidumų analizei. Kalbama apie praktinį kietųjų elektrolitų taikymą, kuro gardelėse, akumuliatoriuose, O2 , CO 2 , CO dujų jutikliuose, jonistoriuose, elektrochrominiuose displėjuose, atminties ląstelėse, nagrinėjamas neuroninis modelis. Paskaitose apžvelgiami šiluminės spinduliuotės, atomo bei branduolio fizikos teiginiai ir dėsningumai. Klausytojai supažindinami su kosminio spinduliavimo ypatumais.

2. Dalyko sando turinys (Course content) 1. Mechanika 1. Materija ir jos savybės. Pagrindinės judančiųjų kūnų charakteristikos (greitis, pagreitis). 2. Vienetų sistemos. 3. Galilėjaus transformacijos. 4. Lorenco transformacijos. 5. Dinaminiai mechanikos principai. 6. Tvermės dėsniai. 2. Molekulių fizika 1. Medžiagos sandara. 2. Termodinamikos dėsniai 3. Kietųjų kūnų savybės 4. Skysčių savybės 5. Dujų savybės. 3. Medžiagųelektrinis laidumas 1. Metalai elektriniame lauke 2. Puslaidininkiai ir dielektrikai elektriniame lauke. 3. Feroelektrikai. 4. Diamagnetikai, paramagnetikai, feromagnetikai magnetiniame lauke 5. Superjonikai 6. Superlaidininkai 4. Kietakūnių medžiagų taikymas 1. Kietakūniai elektros energijos generatoriai. 2. Kietakūniai elektros energijos akumuliatoriai. 3. Dujų jutiklai. 4. Elektrinės supertalpos (jonistoriai). 5. Deguonies siurbliai 6. Elektrolyzeriai. 7. Elektrochrominiai displėjai. 8. Drėgmės matuokliai. 9. Atminties làstelės. 10. Lillie’s neuroninis modelis. 5. šiluminis spinduliavimas ir jo dėsningumai 6. Atomo ir branduolio fizikos pagrindiniai dėsningumai 1. Branduoliø skilimas bei sintezė. 2.  - skilimas. 3. - - skilimas. 4. + - skilimas. 5. Elektroninis pagavinas. 6.  - spinduliavimas. 5. Kosminis spinduliavimas

3. Pagrindinės literatūros sąrašas (Readinglist) 1. V. Grivickas, A.F.Orliukas, A. Žindulis, S. Tamulevičius, Medžiagų mokslas, Progretus, Vilnius, 2008. 2. . J.D.Cutnell, K.W.Johnson, “Physics”, Southern Illinois University at Carbondale, 2007. 3. V.Matvejevas, “Mechanika ir reliatyvumo teorija”,1982. 4. A.F. Orliukas “Superjoniniai laidininkai”, VUL, 2004. 5. J.D.Cutnell, K.W.Johnson, ”Essentials of Physics”,Southern Illinois University at Carbondale, 2006. Papildomos literatūros sąrašas 1. P. Brazdžiunas “Atomo fizika” M.,V.,1965. 2. O.Yamamoto, Z.Ogumi, M.Marita Power sources, Nagoya, 1996. 3.A.F.Orliukas “Kietojo kūno jonika /1 ir 11 dalys/, VU, 1996. . Mokymo dėstymo metodai (Teaching methods) Paskaitos, dėstymas naudojant demonstracijas ir projekcinę techniką Lankomumo reikalavimai (Attendance requirements) Ne mažiau 75% paskaitų Atsiskaitymo rekalavimai (Assesment requirements);Vertinimo būdas ir metodas (Assessment methods) Du kontroliniai darbai raštu; Egzaminas raštu ir patikslinimas raštu parašyto darbo-žodžiu. Vertinimas: 50% kontrolinių darbų vidurkis, 50% egzaminas Dėstomoji kalba (Language of instruction) Patvirtinta MIF Studijų Programos Komiteto 2007-01-23 Lietuvių Programa aprobuota Radiofizikos katedroje (Protokolo Nr.1/2013-01-14

4. MATERIJA IR JOS SAVYBĖS 1. Viskas, kas mus supa gyva ir negyva yra vadinama materija. 2. Materija gali egzistuoti dviejose formose: medžiaga bei jėgų laukas. 3. Jėgų laukai: gravitacinis, elektromagnetinis, branduolinis. 4. Judėjimas yra viena pagrindinių materijos egzistavimo formų (bet koks materialaus objekto kitimas erdvėje ir laike yra vadinamas jo judėjimu). Erdvė nusako kūnų išsidėstymą vienas kito atžvilgiu bei jų dydį. Laikas nusako įvykių seką bei jo santykinę trukmę. Materijos judėjimo formos: mechaninę, šiluminę, elektromagnetinę, branduolinę, virsmų (pvz., elementariųjų dalelių virsmai). 5. Judėjimo formos charakterizuoja įvairius procesus medžiagose (pvz., fizikiniai, cheminiai, biologiniai). 6. Nusakydami kūnų judėjimo greitį, naudojame šviesos sklidimo vakuume skalę: . Fundamentalizmas šios reikšmės yra tas, kad šis greitis yra ribinis bet kokiam materialiam taškui. Todėl šią vertę vadinama universalia verte arbakonstanta. Jeigu , tas judėjimas laikomas nereliatyviuoju. Priešingu atveju – reliatyviuoju. Šie judėjimai kokybiškai skiriasi.

5. 7. Pagrindinis mechanikos mokslo tikslas yra nagrinėti kūnų judėjimo erdvėje dėsningumus. 8. Mechanika yra skirstoma į dvi dalis: klasikinę ir kvantinę, o kiekviena iš jų atatinkamai į reliatyvistinę ir nereliatyvistinę. Nereliatyvistinės mechanikos dėsningumai plaukia iš reliatyvistinės, riboje kai . Šis perėjimas vyksta, jeigu reliatyvistinėse lygtyse . Klasikinių dėsningumų galiojimo ribas nusako Planko konstanta : . Kitados naudojamos . Makroskopiniai kūnai juda klasikiniais dėsningumais, o mikroskopiniai (kurių išmieros L10-10 m-atomų linijinės išmieros) kvantiniais. Todėl šalia c, irgi yra universalioji konstanta, kuri išskiria kvantinės bei klasikinės fizikos dėsningumus. 9. Jeigu - judėjimas klasikinis ir kvantinis, jeigu . Jeigu imsime elektroną H2 atome, čia , tai judėjimas bus kvantinis, nes (mVr=J.s). Iš kitos pusės, kadangi laikas ir erdvė visuomet nagrinėjami atžvilgiu kokios tai atskaitos sistemos, tai šie dydžiai visuomet yra reliatyvūs. 10. Atskaitos sistemos, kuriose laisvieji kūnai juda tiesiaeigiai ir tolygiai vadinasi inercinėmis. Visi fizikos dėsniai inercinėse atskaitos sistemos turi tuos pačius pavidalus. Tai yra visos inercinės sistemos fizikiniu požiūriu yra vienos kitoms ekvivalentinės, o fizikiniai dėsniai pereinant iš vienos į kitą inercinę sistemą – invariantiniai. Nagrinėdami realius kūnus mechanikos kurse, koncentruosime savo mintis, naudodami materialaus taško bei absoliučiai kietojo kūno sąvokas. Materialiu tašku vadinasi dalelė, kuriai judant, jos išmieros, forma, struktūra, vykstantys jame procesai neįtakoja judėjimui. Absoliučiai kietu kūnu vadiname kūną, kai jam judant atskiros jo dalys yra nejudančios viena kitos atžvilgiu.

8. Pagrindinės judančiųjų kūnų charakteristikos (greitis, pagreitis) Jeigu žinoma, kokiu būdu kinta laike kūnų padėtis tai sakoma, kad tokio judėjimo dėsnis yra nustatytas. Materialaus taško padėtį erdvėje nusako radius-vektorius 1pav. Tokiu atveju galima sakyti, kad taškas turi 3 laisvės laipsnius. Jeigu sistema turi N dalelių, o kiekviena gali judėti viena kitos atžvilgiu, tai sistema turi 3N laisvės laipsnius. Iš čia seka, kad laisvės laipsniu galime vadinti minimalų parametrų skaičių, kurie nusako taško padėtį erdvėje. Judant kūnui jo radius-vektorius kinta, t.y. . r z y r={x,y,z} x 1 pav.

9. Dydis, charakterizuojamas kūnų padėties kitimą laike, vadinamas greičiu (2pav) r(t) z y r(t+t) x 2 pav.

10. Beje, kūnai judėdami gali vykdyti ir sukamąjį judesį. Taip įvedamas kampinis greitis . -posūkio kampas (3pav.).  = r-R;  = 2f [rad/s]; Kai R d, tai [dR] =0 irdr = [dr] z dr R y d  r  3 pav. x

11. Kitas parametras, kuris charakterizuoja judėjimą yra pagreitis: Esant kampu mesto kūno į horizontą judėjimui, pagreičiai turi 2 sandus tangentinį at ir normalinį an, tai yra projekcija at į greičio plokštumą, kurioje yra vektorių kryptis, an – projekcija į plokštumą perpendikuliarią v (4 pav.) Jeigu kūnas juda apskritimu (5pav.) Kampinis pagreitis : . n; at; v R 4pav 5pav. m ; an a

12. Galilėjaus transformacijos Daugelyje atvejų tenka analizuoti fizikinius reiškinius keliose inercinėse atskaitos sistemose. Norint tai atlikti, visų pirma, reikia nustatyti vienos sistemos inertiškumą, po to parinkti kitą sistemą taip, kad būtų galima apibūdinti joje:1) laiko atskaitos pradžią; 2) koordinačių pradžią; 3) koordinačių orientaciją; 4) judančios sistemos greitį. Daleidžiame, kad turime dvi koordinačių sistemas, neštrichuotą K ir štrichuotą K’. Jeigu paimtume pokytį laiko skalėje dydžiu t0 ir koordinačių pradžią paslinktume per radius-vektorių , tai laikas sistemoje galime sieti su t’ ir sistemoje taip : ( 6pav:) z z r0 y r r0 x y x 6pav.

13. Jeigu padarytume posūkį K’, sistemos kampu  , pvz., plokštumoje xy (7pav), tai: Jeigu K’ sistema yra judanti, esant sąlygai , tai kiek Ksistemoje, tiek ir K’ laikas slenka vienodai t = t’. Jeigu K’juda x kryptimi, tai ir šie sąryšiai yra vadinami Galilėjaus transformacijomis.Galilėjaus transformacijos galioja nereliatyvistinės mechanikos rėmuose. Iš Galilėjaus transformacijų seka, kad: 1) nereliatyvistinio judėjimo atveju kūnų matmenys nekinta.K sistemos atžvilgiu atstumas tarp taškų vienoje ir kitoje sistemose gali būti išreikštos taip: . y y x 7pav. x 

14. Jeigu K’ juda, tai po tam tikro laiko t atstumas tarp taškų K’ sistemoje gali būti išreikštas taip: 1. Jeigu taško judėjimo greitis vienoje sistemoje V, o kitoje V, o K’ juda greičiu v atžvilgiu K, tai 2) Visi kūnai kitų inercinių sistemų atžvilgiu juda vienodais pagreičiais.

15. Lorenco transformacijos • Lorenco transformacijos duoda sampratą apie reliatyvistinį judėjimą ir jų pamate yra Einšteino postulatas. Einšteino postulatas sako tai, kad visose inercinėse atskaitos sistemose šviesos greitis vakuume yra konstanta ir lygus c. • Esant sąlygai judėjimas štrichuotoje K’ atžvilgiu nejudančios • neštrichuotos K sistemos yra reliatyvistinis. • Lorenco transformacijos parodo, kad: • v – judančiojo kūno greitis K’ sistemoje. • Šis reiškinys vadinamas Lorenco ilgio mažėjimu. Tai rodo erdvės priklausomybę nuo judėjimo. • 2) Jeigu laiko tarpas tarp dviejų įvykių nejudančioje sistemoje yra t, tai šis laiko tarpas judančioje sistemoje bus trumpesnis. • v – judančiojo laikrodžio greitis K’ sistemoje. • Šis reiškinys vadinamas Lorenco laiko trumpėjimu. Tai rodo laiko priklausomybę nuo judėjimo.

16. Jeigu sistema K’ juda x kryptimi Vx, o joje kūnas juda greičiu V, tai pereinant nuo K’ (8 pav.)sistemos prie K sistemos turėsime tokius sąryšius: 3) Pagreičiai kūnų įvairių judėjimo sistemų atžvilgiu nevienodi. KaiLorenco transformacijos virsta Galilėjaus transformacijomis. z z y y t t Vx x x 8pav.

17. Dinaminiai mechanikos principai Bet kokios N dalelių sistemos kiekvienos dalelės pagreitis yra jų radius-vektorių bei greičių funkcija (1) i=1,2,…N. (1)   lygtis yra vadinama klasikinės mechanikos judėjimo lygtimi. Bet kurios dalelės . Kaip matome turime vektorinės funkcijos antros eilės dif. lygtis. Jos bendrąjį sprendinį galima rasti tuomet, jeigu yra žinomos pradinės sąlygos. Jeigu yra N dalelių sistema, kurios dalelės juda greičiais v1,…,vN, o jų masės m1,…,mN, tai eksperimentais nustatyta, kad tos sistemos . (2) je, yra vadinama dalelės impulsu, o yra pilnos sistemos impulsas.

18. Sistemos dalelės yra nuolatiniame judėjime. Tarp jų yra galimi susidūrimai. Dviejų dalelių atveju V1 ir V2 – greičiai prieš susiduriant V ,1 ir V ,2 –po susidūrimo(3) (4) Dalelė veikiama jėgos juda su pagreičiu, kuris tiesiog proporcingas veikiančiai jėgai ir atvirkščiai proporcingas masei (II-asis Niutono dėsnis).

19. Jeigu dalelė (kūnas) yra rimties būvyje arba juda be pagreičio, jeigu jo neveikia jokios pašalinės jėgos (I-asis Niutono dėsnis). (5) (III-asis Niutono dėsnis). T.y. jėga nusako sistemos būseną. Veiksmas ir atoveikis tarpusavyje lygūs, tačiau priešingų krypčių. Tokiu būdu (6) Beje, vieną ir tą pačią jėgą galime nusakyti dėsniais, turinčiais įvairų fundamentalumą. Pvz., suspausdami spyruoklę, ji keičia savo matmenis. Eksperimentiškai surandame, kad (7) čia l – deformacijos dydis (ilgio kitimas veikiant jėgai F), k – tamprumo koeficientas (Huko dėsnis).

20. Klasikinėje mechanikoje visos jėgos yra gravitacinės ir elektromagnetinės prigimties. Gravitacinės sąveikos nusakomos visuotinės traukos dėsningumais. F12 z r2-r1 r1 y r2 x

21. Jėgos, veikdamos kūnus, verčia juos judėti, tai yra atlieka darbą, pvz. Galia: Kinetinė energija: z dr r r-dr y x r U(r0) h z y U(r) r x

22. 0 x1 x2 x1+x0 x2+x0 Tvermės dėsniai Tvermės dėsniai glaudžiai siejami ir grindžiami gamtos dėsnių invariantiškumu, o pastarieji reiškiasi erdvės simetrija bei vienalytiškumu. Visi fizikiniai dėsningumai remiasi trimis tvermės dėsniais: 1.      Impulso tvermės dėsniu. 2.      Energijos tvermės dėsniu. 3.      Impulso momento tvermės dėsniu. Tegul turime dviejų dalelių izoliuotą sistemą, o šios dalelės gali judėti x kryptimi. Tegul pradinės jų koordinatės yra x1 ir x2, o potencinė jų energija U(x1x2). Jeigu dalelių koordinatės pakinta x0=const dydžiu, tai jų potencinė energija nepakis: . (1) Esant bet kokiai funkcijai, U lygybė (1) nepakis, jeigu U priklauso nuo x1 ir x2 atskirai, arba nuo jų skirtumo

23. Tai veikiančios jėgos kiekvieną dalelę bus lygios: Gavome F12=-F21. Dabar galime surašyti: Pilnasis impulsas P=p1+p2=const arba daugelio dalelių sistemai Tai ir yra impulso tvermės dėsnio matematinė išraiška.

24. Energijos tvermės dėsnis Turint N dalelių sistemą, jos energetinę būseną galime nusakyti . (1) Tokia funkcija yra vadinama Hamiltono funkcija ir žymima H. Tokia funkcija nusako sistemos dinamiką, o judėjimo lygtis galima užrašyti taip: Šios lygtys vadinamos Hamiltono lygtimis. Lygtis (2) nusako greičių išraiškas per koordinates ir dalelių impulsus, o lygtis (3) – tai Niutono lygtis. - dalelės energija, esant jai rimties būvyje, t.y. p=0.

25. Impulso momento tvermės dėsnis Impulso momentas . Izoliuotam kūnui , tai seka iš to Kadangi greitis ir kolinearūs, tai , o be to, yra const. Jeigu dalelę veikia jėgos, tai atsiranda dalelę veikiantis jėgų momentas

26. MOLEKULIŲ FIZIKA Medžiagos sandara Elektroninės būsenos atome yra nusakomos kvantiniais skaičiais: pagrindiniu skaičiumi “n”, orbitiniu skaičiumi “l”, magnetiniu orbitiniu “ml” ir magnetiniu sukininiu “ms”. Pagal Paulio principą kiekvienas elektronas nusakomas savuoju kvantiniu skaičių n, l, ml , ms rinkiniu, kuris skiriasi nuo kito elektrono analogiško rinkinio. Bendras max elektroninių būsenų skačius esant pagrindiniam kvantiniam skaičiui “n” yra imax=2n2. “n” gali būti 1,2,3,4,5,6,7. Apvalkalų simboliai yra: K, L, M, N, O, P, Q. Kiekviename apvalkale elektronai yra išsidėstę pogrupiuose: s, p, d, f. Max elektronų skaičius pogrupyje yra: imax = 2(2l+1) l= 0, 1, 2, 3, 4,…. imax =2, 6, 10, 14, 18… Pogrupių simboliai reiškia: s(sharp), p (principal), d (diffuse), f (fundamental).

27. Atomai jungiasi į molekules. Atomų masė, išreikšta atominiais masės vienetais vadinama atomine mase. 1 a.m.v.  1,6610-27 kg. Molekulės masė išreikšta a.m.v. vadinamas molekuline mase. Pav. N2O: m  214 a.m.v. + 16 a.m.v.  44 a.m.v. Medžiagos kiekis, kurio masė išreikšta gramais ir atitinka jos molekulinei arba atominei masei, vadinama medžiagos moliu. SI sistemoje, pvz., C - 1210-3 kg/mol, O2 - 3210-3 kg/mol. 1 mol yra NA  6,021023 1/mol dalelių – tai Avogadro skaičius. Molekulės masė arba neutrono masė mn1,6748 a.m.v, protono masė mp 1,67310-27 kg  1,0073 a.m.v., elektrono me  9,10910-31 kg  5,48510-4 a.m.v. Molekulių arba atomų skaičius M – medžiagos masė  - medžiagos tankis.

28. Termodinamikos dėsniai Fizikos dalis, nagrinėjanti šiluminius procesus ir kūnų šilumines savybes, neįskaitant medžiagos vidinės sandaros, vadinama termodinamika. Chaotinis dalelių judėjimas vadinamas šiluminiu judėjimu, o energija, kurią įgyja šios dalelės dėl tokio judėjimo, vadinama šilumine energija. Jeigu dalelės judėdamos apsikeičia vienodais energijos kiekiais, vadinama šilumine pusiausvyra. Jeigu kūnai savo vidinę energiją perduoda vienas kitam neatliekant mechaninio darbo yra vadinama šilumine apykaita. Šilumos kiekis, kurį gauna kūnas šiluminės apykaitos būdu naudojamas jo vidinės energijos pokyčiuibei mechaninio darbo atlikimui – tai yra I-asis termodinamikos principas. TdS = dU+δA δA = TdS –dU -pdV Iš čia plaukia ir antrasis termodinamikos principas, kuris sako, kad negalima sukurti amžinojo variklio. Trečiasis termodinamikos dėsnis dar yra vadinamas Nernsto principu. Pagal Nernstą, bet kuriame izoterminiame procese, kuris vyksta absoliutaus nulio temperatūroje, sistemos entropijos pokytis yra lygus nuliui: ΔST=0 = 0, arba S = S0 = const. S = δQ/T, entalpija H = U +pV; U = H – pV;

29. Šiluminė apykaita susijusi su šiluminiu laidumu. Šiluminio laidumo lygtis tokia: čia:  - šiluminio laidumo koeficientas , s – plotas, per kurį vyksta šiluminė apykaita,  - laikas, t – temperatūrų skirtumas, d – pernešamos medžiagos storis.

30. Svarbus parametras, kurio dėka nusakoma šilumos apykaita yra savitoji šiluminė talpa SI sistemos savituoju šilumos talpos vienetu laikoma tokia kūno šiluminė talpa, kurio 1 kg masės sugeria arba išspinduliuoja 1 J energiją, pakitus jo temperatūrai 1 deg. Jeigu sistemoje yra 4 kūnai, pvz., 2 kūnai atiduoda tam tikrus šilumos kiekius Q1 ir Q2, o kiti 2 kūnai gauna Q3 ir Q4 šilumos kiekius, tai Q1 + Q2 Q3 + Q4, tai yra šilumos balanso lygtis. Šis šilumos kiekis priklauso nuo degiųjų medžiagų kaloringumo (arba savitosios degimo šilumos) SI sistemoje kaloringumo vienetu laikomas toks medžiagos kaloringumas, kai pilnai sudegusios 1 kg medžiagos masė išskiria 1 J energiją. Taigi šie pagrindiniai sąryšiai ir nusako kūnų termodinaminę būseną.

31. Kietieji kūnai

33. Kietųjų kūnų savybės Deformacijos, kurios pilnai išnyksta išnykus kūnus veikiančioms jėgoms, vadinamos tampriosiomis deformacijomis. Plastinių deformacijų atveju jos išlieka nustojus veikti kūnus išorinėms jėgoms. Deformacijos gali būti spaudimo, tempimo, šlyties, sukimo, lenkimo. Deformacijos yra absoliučios ir santykinės. Absoliučios: Santykinės: Atliekant deformaciją, kūnas priešinasi deformuojančiai jėgai. Ši savybė vadinama kūnų vidine įtampa. Esant spaudimo arba tempimo deformacijai Jeigu . Tokiu būdu Jungo modulis rodo tokį medžiagos mechaninį tempimą, kai jos matmenys padidėja dvigubai.

34. Iš kitos pusės kūnai keičia savo matmenis juos šildant arba šaldant. Keičiasi jų linijiniai matmenys - linijinio plėtimosi koeficientas. Keičiasi jų ir tūris . Šildant kietas medžiagas iki tam tikros temperatūros jos lydosi. Medžiagų lydymasis nusakomas savitąja lydymosi šiluma .

35. Skysčių savybės Skysčiai yra charakterizuojami klampumu. Jų klampumo koeficientas ; (1) čia: l atstumas tarp sluoksnių skystyje, V sluoksnių judėjimo greičių skirtumas, s skysčio sluoksnių sąlyčio plotas, F – trinties jėga tarp sluoksnių skystyje. Iš (1) gauname: . (2) Tai Niutono sąryšis. Stoksas eksperimentiškai nustatė, kad . (3) Skystis slegia į indo sieneles bei dugną . Skysčio paviršius nusakomas paviršiaus įtempimo koeficientu ’ = F/1, l – paviršiaus kontūro ilgis, F – paviršiaus įtempimo jėga.

36. Skysčiai gali šlapinti kūnus arba jų nešlapinti. Jeigu skysčiai šlapina kūnus, gauname tokį vaizdą: β < 90 deg Jeigu nešlapina gaunametokį vaizdą: β > 90 deg Jeigu skystį talpinsime į plonus vamzdelius, gauname vaizdą: Tokiu atveju skysčio slėgis po menisku yra mažesnis negu išorėje atmosferos slėgis. Skystis plonuose vamzdeliuose kyla į viršų iki tol, kol susilygina slėgiai. Skysčio kilimo aukštis -skysčio tankis r-kapiliaro spindis

37. Dujų savybės Idealiosios dujos yra laikomos tokios, kai dujų molekulės yra vaizduojamos tam tikros masės rutuliukai tolygiai pasiskirstę visame tūryje ir sąveikauja tarp savęs tik jų susidūrimo metu. Realiosios dujos yra laikomos tokios dujos, tarp kurių molekulių veikia sąveikos jėgos. . Atsitrenkusios dalelės judėjimo kiekis tampa lygus . . (1) Jeigu dalelė per laiką  juda greičiu V, tai ji nulėks nuotolį . Čia - laisvasis lėkio nuotolis,  - laisvasis lėkio laikas. Indo tūris Vr l2r S S . Jeigu kiekviename tūrio elemente yra no molekulių, tai visame tūryje turėsime nVno. Didžiausia tikimybė šiuo atveju, kad dalelės pasieks kubo sieneles yra 1/6, tokiu būdu (2) Iš (1) ir (2) sektų . (3) ir

38. Iš mechanikos žinoma, kad . (4) Iš (3) ir (4) turime (5). Gaudami šiuos sąryšius daleidome, kad visi dujų molekulių greičiai yra vienodi. Tačiau gali būti jie ir skirtingi. Todėl praktiškai reikia vidurkinti . (6) Tokiu būdu (5) lygtis bus užrašoma taip: . (7) Padauginus ir padalijus dešinę lygties pusę iš 2 gausime , (8) čia . (8) lygtis vadinama pagrindinė dujų kinetinės teorijos lygtimi arba Klauzijaus lygtimi. Kadangi , tai (8) lygtis atrodys taip: . (9)

39. Vieno molio atveju n  NA, o tūris V V0 , tai (9) lygtis bus tokia . (10) Čia sandauga , tai yra molio idealiųjų dujų šiluminė energija . (11) Vieno molio tūris, esant slėgiui p  101 kPa bei t O0 C V0  22,410-3 m3/mol, tai iš (11) . Eksperimentu nustatyta, kad vienatomių idealiųjų dujų molinė šiluminė talpa, esant pastoviam tūriui C12,4 J/moldeg, tai pakitus dujų temperatūrai 1 deg jų šiluminė energija pakis ir bus tai lygu: . (12) NA=6.02x1023mol-1

40. Iš (12) lygties galime rasti temperatūrą t2, kuriai esant dujų šiluminė energija taps lygi U20, t.y. jeigu t1  00 C U1  3390 J/mol. . Pagal Kelviną ši temperatūra priimta atskaitos taškų temperatūrų skalėje ir yra vadinama absoliučiu nuliumi, o temperatūrų skalė, kurioje atskaitos taškas yra absoliutus nulis yra vadinama Kelvino skale. Temperatūrų Celsijaus ir Kelvino skalių sąsajos bus tokios: (12) lygtį Kelvino skalėje užrašome taip: , (13) o vieno molio idealiųjų dujų šiluminė energija bet kokioje temperatūroje . (14) Farengeito ir Celsijaus skalių sąsajos tokios: t0 C/100= (t0 F-32)/180; t0C=5/9(t0F-32) Pažymėję . - universalioji dujų konstanta. Tokiu būdu pV0  RT . (15)

41. (15) lygties abi puses padauginę iš molių skaičiaus , turėsime pV0 RT;, tai . (16) (16) lygtis vadinama idealiųjų dujų būvio lygtimi arba Kleiperono-Mendelejevo lygtimi. Kadangi bendra masė n molekulių M mn, o vieno molio masė  mNA, tai, tai tokiu būdu (16) lygtį perrašome taip (17) Dydis , k yra Bolcmano konstanta. Tokiu būdu (17) perrašome taip: pV  knT. (18) Sulyginę (18) ir (8) lygtis turėsime: . (19)

42. Čia visur buvo kalbama apie idealiąsias dujas, kurios yra viename ir tame pačiame būvyje. Tačiau, dujos esant tam tikroms sąlygoms gali keisti savo būvį. Tegul būvyje I dujos nusakomos M1p1V1 ir T1, o II būvyje M2p2V2 ir T2. Sutinkamai su (16) turėsime , (20) tai . (21) Jeigu M1  M2 , tai . Esant izoterminiam procesui, T1  T2 turėsime (22) Šį dėsningumą nepriklausomai vienas nuo kito nustatė Boilis ir Mariotas.

43. Esant izochoriniam procesui, kai V1  V2 , (23) Šį dėsningumą nustatė Šarlis. Esant izobariniam procesui, kai p1  p2, tai . (24) Šį dėsningumą nustatė Gei-Liusakas. Šio proceso metu atliekamas darbas . (25) Jeigu tai (7)atrodys arba (16) atrodys taip , čia . (26)

44. Dujose galimas ir toks procesas, kai šiluminė apykaita su aplinka nevyksta, toks procesasvadinamas adiabatiniu. Realiųjų dujų (garų) atveju tinka visi idealiųjų dujų dėsningumai, jeigu realiosios dujos yra žemuose slėgiuose ir aukštose temperatūrose. Kalbant pvz. apie H2O garų kiekį, pvz., atmosferoje naudotinos absoliučios bei santykinės drėgmės sąvokos. H2O garų kiekis vienetiniame oro tūryje vad. absoliučia drėgme. Ji matuojama , čia m – garų masė, V – tūris. Temperatūra, kuriai esant H2O garai atmosferoje tampa sotinantys, vad. rasos tašku. Vandens garų kiekis tūrio vienete oro, esant jų sočiai (rasos taškui) vad. max. oro drėgme 0. Sotį galime pasiekti 2 būdais: didindami garų tankį ties T=const arba žeminant T garų, laikant pastovųjį . Santykinė oro drėgme . Drėgmė matuojama psichrometrais. Kalbant apie atmosferą svarbu žinoti, koks oro molekulių skaičius supančios Žemę jos atmosferos vienetiniame tūryje. Tai surandame taip: Siurbiant oro molekules iš tam tikros talpos vad. tos talpos vakuumavimu. Dabar skiriamos trys vakuumavimo pakopos: p  105 – 102 Pa – žemas vakuumas p  102 – 10-1 Pa – vidutinis Vakuumasp  10-1 – 10-4 Pa – aukštasis (gibusis vakuumas). Laboratorinėmis sąlygomis galima pasiekti vakuumus iki 10-10 Pa. Absoliučiu vakuumu vad. toks, kai talpoje absoliučiai nėra nei vienos dalelės.

45. Cu Al Cu ELEKTROS SROVĖS NEŠĖJŲ METALUOSE PRIGIMTIS Pirmasis jau 1901 m. elektros srovės nešėjų metaluose prigimtį bandė eksperimentiškai nustatyti Rikke. Jis sujungė strypus, taip kaip parodyta 1pav. ir leido jais tekėti visus metus nuolatinę srovę. 1 pav. Per šį laiką pratekėjo 3.5106C krūvis, tačiau nei svoris strypų, nei sąlyčio taškai nepakito. Rikke padarė išvadą, kad medžiagos atomai metaluose srovės pernešimo procesuose nedalyvauja, o gali būti čia elektronai, kuriuose pirmą kartą jau 1897 m. atrado Tomsonas.

46. Norint tuo įsitikinti, reikėjo išmatuoti elektronų ženklą bei savitąjį krūvį. Buvo sumanytas eksperimentas,kurio idėja remėsi tuo, kad jeigu krūvio nešėjai metaluose yra elektronai, tai privertus judėti strypą tam tikru greičiu ir vėl jį stabdant turi atsirasti dėl neigiamo pagreičio strype srovės impulsas. Beje, tokį elektros krūvių pagreitį nejudančiame metalo cilindre galime sudaryti patalpinus laidininką į elektrinį lauką , tai yra prie jo galų prijungti įtampą per stabdymo laiką strypu prajudės krūvis . Pirmieji tokį bandymą atliko 1913 m. Mandelštanas ir Papaleksi. V-greitis

47. 1916 m.Tomsonas ir Stiurtas 500 m ritele įsukę 300 m/s linijiniu greičiu stabdė ir paskaičiavo savitąjį krūvį. Jie gavo šį santykį, eksperimento paklaidų leistinuose rėmuose, artimą elektrono savitąjam krūviui, t.y. Elektronų skaičių tūrio vienete skaičiuojame taip (čia  - medžiagos tankis,  - kilomolio masė, NA - Avogadro sk.). Pvz., kalio .

48. Klasikinė metalų laidumo teorija buvo pateikta Drudės, vėliau tikslinta Lorenco. Padal Drudę vidutinis elektronų greitis metaluose gali būti išreikštas lygtimi: taigi T=300 K temperatūroje Jeigu talpiname metalą į elektrinį lauką, tai be chaotinio judėjimo greičio atsiranda ir tvarkingas greitis <U>. Kadangi elektronai metaluose yra nuolatiniame judėjime, tai jų laisvojo lėkio laikas ( - vidutinis laisvasis lėkis), tai jo vidutinė kinetinė energija . j=qn<u>; <u>=1/2<umax>; <umax >=qE/2m; j=nq2E/2m-Omo dėsnis; =nq2/2m, arba j= E; EK=m<umax>2/2=q22E2/2mV2; 1/=V/-smūgių skaičius

49. Tokiu būdu, elektronai susidurdami su gardelės jonais, atiduoda Ek energiją gardelei. Kadangi kiekvienas elektronas per sekundę vidutiniškai turi Ek energiją, tai kiekvienu momentu atidavus Ek energiją gardelei yra šildoma medžiagą. Tokiu būdu tūrio vienete per laiko vienetą išsiskiria šiluma Pastarioji matematinė išreiška atitinka Džaulio-Lenco dėsnį.

50. Metalai yra ne tik geri elektros, bet ir šilumos laidininkai. Jau 1853 m. Videmanas ir Francas nustatė Al šiluminio laidumo koeficientą : =nmVC/3; tai  Beje, Kadangi tai įstatę reikšmes gausime Metalų kiloatomo savitoji šiluma CV=9R/2; čia R =8,3143103 J/kmol.K (dujų pastovioji).