EÐLI 3RA 05 – Eðlisfræði, rafmagns- og segulfræði

Áfanginn er framhald af EÐLI2BY05 (eða sambærilegum áfanga)

Sjá nánar um hæfniviðmið í skólanámskrá VÍ. Námsmat kann að vera öðruvísi í fjarnámi og dagskóla.

Áfangalýsing

Í námskeiðinu verður fjallað um frumatriði rafmagnsfræði, rafkrafta, rafsvið, rafrásir, segulsvið, span og rafsegulgeislun.

Efnisatriði

Rafhleðsla, Coulombkrafur, vigursamlagning rafkrafta í tvívídd og þrívídd, rafsvið og punkthleðslu og jafnt rafsvið, rafstöðuorka, rafspenna.

Viðnám, eðlisviðnám, rafstrumur, lögmál Ohms, einfaldar rafrásir, íspenna og pólspenna, lögmál Kirchhoffs og fjölmöskva rásir.

Raforka, rafafl, kílówattstund, flutningur raforku og háspenna, bæjarspenna, jafnstrumur og riðstraumur.

Segulkraftur (Lorentzkraftur) á hleðslu í segulsviði, krossmargfeldi, hægri handar regla, hringhreyfing og spíralhreyfing, rafeindageislar, hraðasía, massagreinir.

Segulsvið umhverfis vír, lögmál Biot-Savarts.

Kraftur á vír í segulsviði.

Spanlögmál Faradeys, lögmál Lenz, raforkuframleiðsla, spanstuðull, spennubreytar.

Nemandi

  • geti beitt hugtökunum rafkraftur og rafsvið en í því felst að
    • nota lögmál Coulombs til að finna kraftverkun á milli hleðslna og gera tilraun sem staðfestir lögmálCoulombs
    • skilgreina rafsvið og nota þá skilgreiningu ásamt lögmáli Coulombs til að finna styrk þess í nánd við hlaðna eind og eindir og kunna að teikna rafsviðslínur
    • lýsa tilraun Millikans og skilgreina einingarhleðsluna
    • koma orðum að Gausslögmáli og finna með því rafsviðsstyrk í nánd við kúlu, taug og flöt sem er hlaðinn
  • kunni að nota hugtakið rafspenna en í því felst að
    • kunna vinnuskilgreiningu spennu
    • finna spennumun á milli hvaða punkta sem er í einsleitu rafsviði og teikna jafnspennulínur fyrir einfaldar aðstæður
    • finna orku og hraða hlaðinna einda sem fara yfir spennumun og þekkja eininguna rafeindavolt
    • koma orðum að skilgreiningu rýmdar þéttis, reikna rýmd plötuþéttis, lýsa og geta gert tilraun þar sem jafna fyrir rýmd plötuþéttis er staðfest
    • útskýra hvers vegna mismunur er á rafsvörunareiginleikum efna, kunna að reikna áhrif rafsvara á rýmd, spennu og rafsvið í þétti og reikna orku í hlöðnum þétti
    • reikna heildarrýmd fyrir raðtengda og hliðtengda þétta og kunna að tengja rás og mæla afhleðslu þéttis um viðnám
  • þekki jafnstraumsrásir en í því felst að
    • tengja einfalda rafrás og geta mælt straum, spennu og viðnám í henni
    • þekkja Ohms-lögmál, samband afls, spennu og straums og kunna að reikna heildarviðnám í rás sem í eru raðog hliðtengd viðnám
    • kunna skil á eðlisviðnámi og viðnámshitastuðli efna
    • geta beitt reglum Kirchhoffs um tengipunkt í rafrás og um hringrás sem í eru raðtengdar rafhlöður og viðnám
    • geta útskýrt pólspennu, íspennu og innra viðnám rafhlöðu og kunna að tengja rás og mæla íspennu rafhlöðu
    • teikna í grófum dráttum einfalda rafrás á heimili, vita að þar er um riðspennu að ræða og þekkja til öryggisatriða varðandi rafmagnstæki og raflagnir
  • þekki segulsvið en í því felst að
    • kunna að draga upp segullínur umhverfis segla, leiðara og spólur sem flytja straum og nota hægrihandarreglur til að ákvarða stefnu segulsviðs
    • kunna skilgreiningu á styrk segulsviðs út frá krafti sem verkar frá því á leiðara sem flytur rafstraum og geta lýst og gert tilraun þar sem styrkur segulsviðs er mældur með straumvog
    • nota jöfnuna F=qvBþver til að reikna einföld dæmi og reikna radíus brautar hlaðinnar agnar með þekktan massa og hleðslu sem hreyfist hornrétt á þekkt, jafnt segulsvið og einnig gera grein fyrir hraðasíu einda
    • geta reiknað segulsvið í ákveðinni fjarlægð frá beinum straumleiðara, í miðju n-vafninga flatspólu, í miðju tómrar langspólu og í miðju langspólu sem í er efni með þekktan segulsvörunarstuðul ef um þessi tæki fer þekktur straumur
  • kunni skil á spani en í því felst að
    • útskýra hvernig íspenna spanast í spólu þegar segulflæði um hana breytist og finna í hvaða átt spanstraumurinn í spólunni rennur og nota lögmál Faradays og Lenz til að leysa einföld dæmi
    • útskýra hvernig spönuð íspenna kemur fram við víxlspan og sjálfspan og hvers vegna íspenna spanast í leiðara sem dreginn er þvert á segulsvið, reikna íspennuna út frá gefnum forsendum, geta einnig útskýrt spennubreyta og gert tilraunir þar sem span er kannað
  • geti lýst rafsegulbylgjum en í því felst að
    • lýsa forsendu Maxwells um færslustraum og vita um samband ljóshraðans við segulsvörunarstuðul og rafsvörunarstuðul lofttæmis
    • teikna upp rafsvið og segulsvið í rafsegulbylgju, kunna samband bylgjulengdar, hraða og tíðni og hvernig styrkur geislunar breytist með fjarlægð frá geislagjafa
    • lýsa hvernig rafsegulbylgjur má nema á tvennan hátt með móttakara og útskýra hlutverk RLC-rásar í útvarpi og hvernig hún er notuð til að velja merki frá mismunandi útvarpsstöðvum

Námsgögn

  • Eðlisfræði fyrir byrjendur. Dæmasafn með skýringum eftir Vilhelm Sigfús Sigmundsson. Bókin fæst í Bókabúð Eymundssonar, Griffli og A4, einnig hjá kennara, sendið tölvupóst á vilhelm@verslo.is
  • Physics eftir Giancoli (fæstnotuðí Griffli, A4 og víðar)
  • Verklegar æfingar
  • Gert ráð fyrir að nemendur vinni verklegar æfingar sem tengjast námsefni námskeiðsins, samkvæmt nánara samkomulagi við kennara. Nauðsynlegt að halda verkbók samkvæmt sérstökum reglum sem um slíkar bækur gilda.