Дарко Капор и Јован Шетрајчић
ЗАВОД ЗА УUБЕНИ КЕ · 'БЕОГРАД
Рецензеншu
Проф. др Миодраг Крмар, редовни професор на ПМФ~у у Новом Саду Весна 3дравковић, просветни саветник у Министарству просвете
Републике Србије мр Гордана Хајдуковић, наставник у аш "Мирослав Антић" у Футоl)' Уревник Татјана Бобић
OgfOBOPHU уревник Слободанка Ружичић
За uзgавача Милољуб Албијанић, guрекшор
U јдавни уревник
Министар просвете Републике Србије решењем број
650-02-17912010-06 од 21.07.2010. 8. разреду основне wколе.
године одобрио је и:щавање и употребу овог уџбеника у
СIР
-
Каталогизација у публикацији
Би6/1иотека Матице српске, Нови Сад
37.016:53(075.2) КАПОР, Дарко.
Физика: за
19498. разред ОСНОВllе
ШКОllе I Дарко Капор и lоваll
Шетрајчић; [илустрације Зоран Лешкан, Роберт 6артош;
ФункционаlUlИ цртежи Игор МилентијевићЈ. Завод за уџбенике, стр.
: илустр.
Тираж
2010 (Лозница: 27 ст
- 1.
изд.
Младост грyn).
- Београд: - 125
у бојама;
45.000. -
Библиографија: стр.
ISBN978-86-17-16745-3 1. Шетрајчић, Јован, 1951-
125.
[аутор]
COBlS5.5R-1D 254908167
ISBN 978-86-17-16745-3 © ЗАВОД ЗА
YUБЕНИКЕ, Београд,
2010.
Ово дело се не сме умножавати, фотокопирати и на бнло који начин репродуковати, у целинн нити у деловима, без писменог одобрења нздавача.
2
По трећи пут се срећемо на истом ]адатку
-
изучавању
сри]ике . Овај пут ћемо се бавити областима које су нам из живота блиске : осцилацијама и таласима , електрицитетом , маn-lетизмом и оптиком .
Мало ћемо ]аћи и у област нуклеарне сриэике , тј . ]авирити унутар аТома и тиме отићи
корак. даље од онога ШТО учите у хемИЈИ .
да би вам било лакше да се снађете при праћењу l<Њиге, код увода у свако поглавље , додали смо тзв . КJb)"*fe речи , моје
~~~::~. Томе који су најбитнији
3
АМПЛИlУДА , ПЕРИОД И fPEК8ЕНЦИЈА
.
. 1•
.. 11 .. 12
1.3. EНS'111JA OCW1ЛО8АЊА ТЕЛА
. 12 €жpnIјо~опруг~
• .•.• 12
.
1.4. ТАЛАСНО КPEТAtbE
..••.• 13
8pcr~ ТOJIOCO •
. .•••. 14
КapcжftpиtUlIteТI1.ПOC4.
. . . . . 14
1.5. ЗВУКИУЛ1РАЗ8УК И38ОрМJI'f"O
. . . . . 16
.. 17
.
Зay-н:lpuota!цијо .
.. 18
1.6
КАРАКТЕРИСТИКЕ 3ВУКА .
2.1.
t:ВЕТЛОСТ
. 18
ПpocmpatЫ светлости ПoмpoчetЫ .•
. •. 26
БрJИНClсктлости
2.г.
ОДБИЈAtbE t:ветлости
.
....
Р08ИCIОГIЩl(1ll(l ИЈАу6'JWtOогneдlVlO
,."
.
]з
ИсnynчeмoOfI\tAClJlO .
-..,..,....,
ПPEl1IJМЊE t:8EТЛОСТИ
.
..... ....
ТоТaлtaрeqln~lIC\oIјо Оптичм r\nO'C М приuu ОПТИЧК(l(QЧИ1O
•
.. .......
•
Со6мрнаСОЧИ80 .
ОПn1ЧКИ АПАРАТИ
3.3.
'"
.. 41
.
МИkpOCКOП
41
Дур6имС4ПРИUoWo\Q(AOrtlед)
"
3.1. НАЕЛЕКТJ'Иt:А8AtbE ТЕЛА И У3АЈАМНО ДЕЛОВАЊЕ НАЕЛЕКТРИt:АНИХ ТЕЛА. . •.•..•.•..•.•..•. • • .
""
з7
38
.............
Ily~
З.г.
з5
. .. 39
Росмrtt(lсочива . ЈOЧWt(Iмум.to.oм.eсочмlO . г.4.
]о
ЗI
-~....,.
г .з .
,. " ""
. .. г6
t:oawИnOЛ)Ц:et1I1С1 .
КОЛИЧИНА ЕЛЕКТРИЦИТЕТА (НАЕЛЕКТРИt:АЊА) ПоДUl(lМ(lТepиj
-
КУЛОНО8 3АКОН
•
3.4. ПОЈАМ И ПРЕДСТАВЉAtt>E ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА . УтиUi:ljИ~ПО1'iCl .
.<8
.. 00
" "
. •.••. 53
. •.•.•••.54
3.5. РАД У ЕЛЕКТРИЧНОМ ПОЉУ И ЕЛЕКТРИЧНИ НАПОН •.•..•.•..•.•.••. 5!i Eneктpи ..... НОПOl1 . Po.дyUlCКl'plН1OМno.n.y .
3.6.
ЕЛЕКТРИЧНЕ ПQJАВСУ АТМОСtfPИ
•
. 50 . 51 . 58
4.1.
ЕЛЕКlPИЧНА СТРУЈА
.. 64
Електрична струја у течнос"ММО и гасоеимо
4.2.
67
ЈАЧИНА ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ
69
Де.лоеањее.лtКТјЖ~tCfрујt .
. •.• 70
4.3. 4.4.
СЛЕКlPИЧНИ ИЗВОРИ
. ...
4.' 4.6.
ЕЛЕКТРИЧНА оторност ПРОВОДНИКА
МЕРЕЊЕ ЈАЧИНЕ И НАПОНА ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ .
.
ОМОВ3АКОН
76
78 .78 .79
IkJИ8ОЊtОНlOрlfИК4 СtјЖјСК4,е:ЮОТf1.0РНИКО . Поролe.nнo.uюотnopнико .
4.7.
РАД И СНАГА ЕЛЕКlPИЧНЕ СТРУЈЕ ЕЛeкfPИчноetleрrмјо
80
.
82
4.8
UYЛОВА ТОПЛОТА
5.1.
СТАЛНИ МАГНЕТИ И MAГHElНO ПОЉЕ 3ЕМЉЕ
83
Којюктеристикt.w:Jгнеп.аглаљо
5.2.
.• .88
.
. • .90
MAГHElНO ПОЉЕ ЕЛЕКП'ИЧНЕ СТРУЈЕ Могне.ПЮГ!ОАоеЛРО80'nИlfИјскогструјtlOГnрое.оДIfИIIO . МогнеnЮflOљеЧIY*lЮгnроеоДIfИlIOисо.ntн04llдо.;Е,nџтромогнети
5.3. 5.4.
6.1.
ClPYЈНИ ПРОВОДНИК У МАГНЕТНОМ ПОЉУ . ДОПРИНОС НИКОЛЕ ТЕСЛЕ И МИХАЈЛА ПУПИНА НАУЦИ О ЕЛЕКlPИЦИТЕТУ .
СТРУКТУРА НОМА
.
• . . • .•.
.
104 104 105 107 108
Гро!јоотомо Је]гроотама
•
ПРИРОДНА РАДИОАКП1ВНОСТ
8ЕШТАЧКА РАДИОАКТИВНОСТ
. .. но . но
.
f+tk.nwрна<рИсија .
f+tk.nwрна~ијо
6.4.
ПРИМЕНА НУКЛЕАРНЕ ЕНЕРГИЈЕ И ЗРАЧЕЊА f+tk.nwрнаtнергетиllO f+tk.nwplЮ)РО_
ФИ3ИКА И САВРЕМЕНИ СВЕТ
. .
РЕЧНИК НОВИХ РЕЧИ И ИЗРА3А ЛИТЕРАТУРА
.92 .92 .93 94
. •.•.•.•96
Е.nемtнТорне чиn.ще
6.2. 6.3.
71
. •.••••...•.• 73 . 74
.
. .. .• .
111 112 112 113
.. 118 . .• 125
Нека скоро да И не Кретања која се понављају су веома занимљива. клатна код старинских запажамо (кружење казQЉКИ по сату, кретање
, итекако уочавамо . часовника) , док друго , као , рецимо , таласе но води
њихове особине је Додуше , оно што се код таласа понавља И деq>инише
проучавоњу ове теме ићи кретање делића воде . Зато ћемо и ми у нашем да бисмо на крају у том смеру: почећемо од једноставног ОСЦИJЮ8QЊQ стигли до ТQ.ПОСQ .
Кључне речи :
, q>реквенција (учестоност) осциловање, осцилација, период осциловања кретање, брзина таласа, осциловања, амплитуда осцилација, таласно и трансверзални таласи, звук, толасна дужина, лонгитудинални резонанЦИЈа
,
1.1. ОСЦИЛАТОРНО КРЕТАЊЕ Проучзвајући географију још у претходним разредима сте говорили о томе како се Земља 06рће око своје осе, а истовремено обилази око Сунца. Месец се 06рће око своје осе, обилази ОКО Земље и са њоме обилази око Сунца (Сл.
1.1). Тада је било битно уочити
да су смена дана и ноћи, смена гo~
ДИШЊИХ доба или Месечеве мене последице оваквих кретања. Ова кретања се одвијају по кружној (у ствари , скоро кружној) путањи.
~ Стlка Ј.Ј
~ С;шка
1.2
Сетимо се вртешке (рингишпила). или кретања веша у машини за праље. Знамо да врх минутне казаљке на сату опише КРУI' за један сат, а врх казаљке секундаре за један минут. Кретања која се одвијају по кружној пу тањи су кружна кретања.
Шта је општа карактеристика свих набројаних и многих сличних при мера кружног кретањаr Њихово заједничко својство је да се временски по нављају, тј. да имају периодичност. Периодично кретање постоји и код жи
вих 6ића: откуцаји срца, треперење гласних жица при говору, циркулација крви у организму итд. (Сл.
8
1.2)
Кретаље које се после одређеног времена понавља на исти начин, на зива се периодично кретаље.
Најједноставнија периодична кретања су: равномерно "ружно кре тање и осцилаторно кретаље. Равномерно кружно кретаље је кружеље тела брзином непроменљивог интензитета. Осцилаторно кретаље је кретаље по правој линији са наизменичном променом смера кретаља.
Начинимо хоризонталан гладак жле6 полукружног пресека и у љега
поставимо опругу. Један крај опруге причврстимо на почетку жлеба, а на други поставимо куглицу. И опруга и куглица мирују, значи, у равнотежи су.
Овај положај КУГlнще називамо равнотежни положај (тачка О на Сл.
1.3). Да
бисмо лакше описивали кретање, нека је равнотежни положај десно од учвр
шћеног краја. Повуци мо куглицу удесно до положаја Ас (Подсетимо се да је сила еластичности опруге сразмерна издужењу.) Кажемо да смо је извели из равнотежног положаја. Опруга ће се још више издужити па ће се у њој, као последица, појавити још интензивнија
сила еластичности. Ако се куглица пусти, она се под дејством те силе убр зано креће према равнотежном положају. Међутим, она се не зауставља у том положају, већ по инерцији наставља кретаље налево, сабијајући опругу. Кретаље тега из равнотежног положаја је успорено, тако да се она најзад за
уставља у положају А 1 • Након тога сила еластичности сабијене опруге враћа куглицу према равнотежном положају О. али се не зауставља. већ продужа ва до положаја А
"
одакле је. и за почела кретаље. Даље се све понавља на исти
начин. Према томе, то је једна врста периодичног кретања.
Таква су и кретања брисача аутомобила или љуљашке итд. Када се периодично кретаље врши увек по истој путањи са прола ском кроз једну равнотежну тачку у различитим смеровима, онда је то осцилаторно кретаље.
За тело које се осцилаторно креће каже се да осцилује.
Овде радИМО са хоризOl-l ТQЛном опругом. Све што при чама може
се
вертиi(QЛНУ
onpyry.
применити
и
но
Нисмо го
ворили о њој јер је утицај силе теже
преко
рав.нотеЈКНОГ
поло
жаја сложенији зо. објаwњење
(Сл.1.З).
1.2.
АМПЛИТУДА, ПЕРИОД
И ФРЕКВЕНЦИЈА Растојање између равНQтежног положаја и најудаљеНИјег положаја до којег тело доспева при осцилаторном кретању је амплитуда осциловања.
На слици или
1.3
амппитуду осциловања представља вертикална дуж ОА 1
0-\. Кад тело пређе пут ОД А , ДО д., и натраг до А 1 , ОНО је ИЗВРШИЛQ једну
целу осцилацију. Време за које је прешло тај пут зове се период ОСЦиловања и 06ележава се са Т. Другим речима. период је време за које тело изврши једну целу осцилаци;у.
Број осцилација у једној секунди је учестаЛQСТ ИЛИ фреквенција. Ова
физичка величина се 06ележава грчким словом цију јесте херц
v (ни). Јединица за фреквен
(Hz).
Ако је познат период осциловања Т, лако се може израчунати фреквен ција. јер је за време Т извршена једна осцилација:
1
V=T· Фреквенција је једнака реципрочној вредности пеР'1Ода осциловања.
Из ове дефиниције следи да је:
1Hz=ts=l+, ПРИМЕР Колиu ~ фрехвеиција ocцкnoвaв.a тега окачеиor о опругу. којем .Је потребна једна секунда да из В.Је.шеr пређе у најlOOlCll
Подаци :
_0>Uj1 Решење:
!J.t= 1 ,
T=2t.1 v=?
V=+=~'=/lS v=O,s+=O.5Нz
МАТЕМАТИЧКО КЛАТНО Видели смо да тело када се изведе из равнотежног стања и пусти, осци
лује ОКО свог равнотежног положаја. Код 06ешеног тела постоји равнотежа силе теже која делује на тело и силе затеэзња ужета о којем виси. Ако се тепо изведе ИЗ равнотежног положаја . ОНО осцилује ПОД утицајем Земљине теже. Свако такво тело се зове клатно (Сп.
1.4). Најчешћесе као клатно узима мала 1.5). Такво клатно наилази на
метална кугпица 06ешена о танак конац (Сл. мапи отпор ваздуха па зато дуго осципује.
Растојзње ОД тачке вешања до тежишта клатна (лоптице) зове се дужина клатна. То у ОВОМ СЛУ'l зју приближно одговара дужнии конца. Идеализован случај, када је "речник лоптице за немарљиво мал.и. назива се математич.ко клатно.
За утврђивање законитости кретаља клатна довољно је припреми
ти кnатна са гвозденим и дрвеним куглицама. по могућству исте величине (Сп.
1.6). За
овај оглед потребан је и хронометар. Дужине сваког
KJlaTHa
МОI'У
..
Сли,..а ЈА
..
Слика Ј. 5
да се мењају.
Ако се пусте истовремено да осцилују два клатна. Б и В. истих ду
жина а раЗJlИЧИТИХ маса. оба за исто време изврше једнак број осци nација. Из овога проистиче да период осциловања клатна не зависи од њеroве масе.
Ако било које клатно осцилује различитом амплитудом, онда су периоди увек једнаки, што значи да период осциловања клатна не за виси од амплитуде.
Да би се одредио утицај дужине клатна на љегов период, тре
ба појединачно пуштати да осцилу;у клатна А и Б. Запази се: период
ОСЦИ1l0вања клатна се
повећа ако се дужина клатна повећа.
Пажљивије посматраље би указало да при четвороструком повећаљу дужине период расте два пута. дакле као квадратни корен из дужине.
Ви сад, наравно, питат~ да ли rюcтоји и <рИзичl\O клатно. Наравно да постоји . То j~ случај К(IДQ се H~ MOf'y XlНен.о.рити димензиј~ и облик
тела I\Oj~ осuиnyје, рецимо када се л~р или wколски
тpoyrao држи )Q j~ врх и :ю.љуља.
(Mory
и naтике да
буду клатно, К(IДQ ИХ др*ит~ за
..
Сли,..а Ј.6
пертле. )
1.3.
ЕНЕРГИЈА ОСЦИЛОВАЊА ТЕЛА
ЕНЕРГИЈА КЛАТНА Да би клатно сата (Сл.
,
добити одговарајућу енергију. У крајњем левом положају кугла клатна мирује
l ' I I I I 61
.•
--.._-_ ..
Слика
1.4) ОСЦИЛQвало.марасе изместити И3 равнотежног
положаја. За ту радњу, потребно је улажити механички рад, а клатно ће онда
------
(Сл. l.7а), тада кугла има само потенцијалну енергију. Када се пусти, кугла ће се кретати ка раВНQтеЖНQМ положају (Сл. 1.7б). У тренутку проласка кроз овај положај, кугла има одређену брзину, тј. поседује (само) кинетичку енергију.
Колика
_:0
је
ова
кинетичка
енергија
у
поређењу
са
почетном
потенцијалном? Клатно наставља кретање и зауставља се у положају в. Какву и колику тада има енергију? Да ли важи закон одржања укупне
-
механичке енергије?
1.7
ЕНЕРГИЈА ЕЛАСТИЧНЕ ОПРУГЕ
ај
бј
вј ~ Слика
гј
дј
ђј
еј
1.8
Ако се куглица на крају опруге извуче из равнотежног положај а (а) и пусти. она заосцилује горе-доле! Цртеж са слике
1.8 приказује узастопне
по
ложаје куглице. Коју ће енергију куrлица имати у положајима б, г и ђ? Ове особине клатно први је уочио Галилеј О којем смо
говорили још у преТХОДНОМ разреду. он је посматрао како се љуљоју велики лустери. а време је мерио преко свог било (ny.nса). Убрзо је почело производња сатова СО КЛQТНОМ,
али CTPOry теорију ОСЦИЛQвањо. као и правило конструкције
Како је тада најудаљенија од равнотежног положаја, енергија јој је
искључиво потенцијална и има највећ у вредност. У тим се положајима ку глица на тренутак заустави (пре него што промени смер кретања):
u=O =:>
Е,,=О.
Коју ће енергију имати у положајима в, Д и е? Због постигнуте брзине, куглица пролазећи кроз равнотежни положај
сата дао је један други велИКИ
има искључиво кинетичку енергију која у тој тачки достиже највећу вред
qжэичаР
ност! Њена потенцијална енергија је тада једнака нули.
-
Кристијан Хојгенс
(Christian Huygens, 1629-1695) у својој књизи .о сату са клатном'
Еластична оп руга не мора стајати усправно, већ може, на пример. лежа ти на земљи. Она је увек механички систем у ком механичка енергија прела зи из потенцијалне у кинетичку и обрнуто, без обзира на положај.
1.4. ТАЛАСНО
КРЕТАЊЕ
ТОКОМ вожње чамцем многима се сигурно догодило да је поред чамца
"прошишао" глисер. Он је произвео таласе. Чамац се јако заљуљао, али се није помакао према обали. Зашто га талас није OДHeo~ Таласи су п утовали, али честице воде испод чамца нису. Оне су само осциловале горе-доле. Осциловање. преузето ОД претходних честица, прено сило се на следеће честице воде. Такво кретање се назива тanасно I<ретање.
Свако је посматрао како ОД камена 6аченог на мирну површину воде настају таласи у облику концентричних кругова (Сл.
1.9).
.. Таласно кретање може настати и у другим еластичним срединама (же лезничка ш инз, затеl'нута челична жица ...). Карактеристика овог кретања је
да напредује само поремећај. док се честице средине крећу око својих равно тежних положаја. Оне остају у ограниченом делу простора и само осцилују.
Процес преношења осцилаторног кретања (осцилација) од једне на друге честице дате средине. назива се таласно кретање. или
кратко.
таласи.
Како честица која осцилује поседује енергију. јасно је да се посредством
таласа преноси енергија од честице до честице. Енергија се на тај начин пре носи од једног до другог места у простору.
13
Слика
1.9
ВРСТЕ ТАЛАСА Талас који је изазван на површини воде (Сл.
1.9),
као и талас који се
може изазвати попречним померањем једног краја у жета (Сл .
1.10),
на з и
ва се попречан или трансверзалан талас. Трансверзалан талас је талас код
којег настаје поремећај еластичне средине у облику брегова и доља, јер че стице осцилују нормално на правац простирања таласа.
у еластичној опрузи може настати (и кроз љу се про стирати) талас који се битно разликује од претходно опи саних таласа. Такав талас се може изазвати ако се део
опруге стисне и затим нагло пусти (Сл.
1.11).
Опругом
почне да се шири уздужни (лоиrитудинални) талас. То је талас код кога се уочава згушњавање и разређивање јер честице еластичие средине осцилују у правцу прости раља таласа.
у зависности од правца ОСЦИJlовања честица у одно
су на правац простирања таласа, таласи могу бити поп
,.
Слика
речии (трансверзални) и уздужни (лонгитудинални).
1.10
Ако се у прозирну посуду успе вода и посуда стави на
~'lIlIlIlIlIlIlIlIli"'"lI il
~ ,.
Сnикаl.ЈЈ
графоскоп, затим вршком оловке дотакне вода, настаје та лас у облику концентричних кругова (Сл.
1.9). То је круж
ни талас. ОН се површином воде распростиреусвим прав
цима од врха оловке. Ако се, међутим, на површину воде спусти летвица, настаје раван талас (Сл.
1.12). Раван талас
се шири само у једном правцу, нормално на летвицу. Врх оловке је извор кружног, а летвица извор равног
таласа. Кружница најудаљенија од оловке (извора) је та ласни фронт КРУЖНОГ таласа, а права (дуж) најудаљеиија
•• '''IIII''"llIlIlIi-..l
од летви:це (извора) је фронт равног таласа. Значи , по облику таласног фронта разликују се кружии и равии та лас. Има и других облика таласа. На пример, сферни та-
лас настане у тродимензионој средини ако је извор таласа тачкаст.
Правац простирања таласа показују таласн" зраци, а они су увек
нормални на таласни фронт. Код кружног таласа таласии зраци имају смер од извора на све стране, подједнако, а код равног таласа они су паралелне праве.
КАРАКТЕРИСТИКЕ ТАЛАСА Ако се у току простирања таласа у еластичној средини посматра било која честица, она осцилује око равнотежног положаја. Сви појмови који су уведени за осциловање важе и за таласе, па се може говорити о амплитуди,
фреквенцији, енергији таласа.
Таласи се простиру тако што честице које осцилују побуђују на осци ловаље суседне честице. На исти начин су оне биле побуђене од претходних. Растојање до којег се осциловање пренесе за време од једног периода осцило
,.
Слика
1.12
вања назива се таласна дужина.
Таласи се, између осталог. разликују и по таласној дужини. Таласна дужина је удаљеност између две најближе честице еластичне средине које осцилују на исти начин
потпуно паралелно. Обично се обеле
-
жава грчким словом л (лам6да) а изражава јединицом дужине, тј. метром (т). Најједноставније се мери између два суседна брега код трансверзал них (Сл.
1.13a), односно 1.136).
између два суседна згушњења код лонгитудиналних
таласа (Сл.
а)
б)
.. Пошто таласи представљају преношење осцилација у простору, може се
говорити о брзини простирања таласа. Да би се разликовала од брзине че стице, брзина таласа се обележава са с. Талас се креће сталном брзином и и у времену
t = Т превадиће пут s =л.
=
с
Према томе, ако се у формули за брзи
ну изврше ове заме не, брзина таласа је: А
С=т Пошто је период осциловања повезан са фреквенцијом
T=~,TOje с=л
v односом
·v.
Ове формуле важе и за уздужне (лонгитудиналне) и за ПОl1речне (трансверзалне) таласе.
ПРИМЕР КOтIXOМ се браИllOМ Dростире тanac на води цо ку Је Т8JI&aI8 A)'*IIII& ~. таласа
0,2.! _
је
......... фpeIcвeнциja!
Подаци:
Решеа.е:
л-о,sш т=о,2.
'={.-=~': = 2.5,*
,=1
'=+=01 =5Нz
у=?
0.5 m "
nepIIОД
Cnика
1.13
1.5.
ЗВУК И УЛТРАЗВУК
Свакодневно се чују разни звукави: звук гитаре, клавира, жуборење воде, ззвијање ветра. звук мотора аутомобила, авиона ИТД. У УЧИQНИЦИ се чује глас професора. али се истовремено чује звук аутомобилске сирене, пој птица или Наука о З8уку (акустика) се
лајање паса. Све су то разне врсте звукова. Многи ОД тих звукова су веома при
развијала скоро ИСТ08ремено
јатни З3 слушање, али други нису. Звук може бити чак и јако непријатан, на
са настанком музичких
пример
инструмената, 411101 је све а поготово тону, прикупио чувени лекар
-
cpIo1эиолог
1894) У
101
Ако се удари о звучну виљуwку (Сл. извођења звука звучна виљушка трепери
von Helmholtz, 1821-
својој ПОЭЖ1тој књиэи
тонова
вањем кожне мембране. Да би звук доспео до уха, потребно је да га пренесе нека средина. Како
Lehre уоп den
се између звучног извора и уха обично налази ваздух. кроз љега се звук нај·
Tonempfindungen als physialagische Grundloge derMusik.
ЉГ
чуће се звук. За време про
осцилује. Звук се појачава резо ·
звук виолине је последица осцилација жица, а звук бубња настаје осцило·
oce1'lajy
1((10 q>Io1зиолошка ocнoВQ
теорије музике", односно у оригинму Ые
1.14), -
нантном кутијом. У чоеековом грлу звук настаје осциловањем гласю1Х жица,
чији је Ж1ЗИ8, ни M~ ни
више, него .Учење о
бука бетонске буwилице, удар грома. топовска паљба ...
них својстава, као и његове практичне примене, назива се aKyCT~1Ka.
<рИэичор Херман <РОН Хелмолu
(Нитап
-
Област физике која се бави изучавањем настанка звука, његових ОСНОВ
оно што данас знамо о З8уку,
die Theorie
чешће и преноси (Сл.
1.15).
Међутим. није непознато да се звук простире и
кроз чврста и течна тела. Тако, на пример, кроз железничку шину може се
.
чути приближавање воза са
даљине ако се на њу прислони ухо. Према томе. звук се простире кроз тела у сва три
arperaTHa стања. Звук настаје Qсциловањем тела
-
извора звука, уеластичној средини. Звук је механички талас и зато се не прости· ре кроз вакуум.
Да би се чуо звук. осим звучног из вора и средине која преноси тај звук, мо
рају бити испуњена још два услова:
•
звук треба да има довољну јачину
(изнад прага чујности) и
•
фреквенције звучног извора треба
да су у интервалу од
16 Hz до 20 000 Hz.
Звук веома малог интензитета (веома П1Х звук) човечије ухо не може да региструје. Звук чија је учестаност мања од
инфразвук, а звук фреквенције изнад
16 Hz. назива се 20 000 Hz назива се ултразвук.
Људско ухо је неосетљиво на оба ова звука. Примена ултразвука је разноврсна и велика. У медицини се ул тразвук примењује, на пример, при откривању разних неправил
ности (отеклина, рана, напрснућа
11
сл.) у телесним органима или
нпр. за праћење развоја детета пре рођења. У металургији се упот ребљава за откривање шупљина у материјалу, у океанограф11јИ за од ређивање дубине океана итд. Ултразвук се примењује и у процесу стерилизације животних намирница јер се њиме уништавају многи микроорганизми
..
Слика
1.15
.
У'lтраЗ8УК се добија веwтачким путем помоћу посебних уређаја. Њега, међутим, ПРОИЗ80де и користе и нека жива бића. на пример, делфини и сле ШI мише8И. Делфини могу помоћу ултразвучних таласа сасвим добро да се оријентиwу и у мутној води, пронађу јата риба и обиђу разне препреке. Слепи мишеtщ се оријентишу у простору и лове П1lен на бази ултразвучних ефеката.
ИЗВОРИ ЗВУКА 3вучmt извори су сва тела која својим осциловањем (треперењем,
B11-
брирањем) изазивају формирање механичког чујногталаса. Код неких 11 звора се ударцем или узастопним удара љем различитим че
киhима It1Нј паmщама изазива настанак звука. То се дешава код Шl1пкастltх
Извори звука су и разне сирене које, УГ1Ю8Ном, с.лу.е ради посебtЮr упозораеоња.
звуч них извора (звучна виљушка МШ1 триангл). затим код плочастих (кси
Различит звух производе
лофон или звоно) и код неких жичаних (клавир). Код других жичаних звуч
80108101.
ЮIХ извора звук се rlРОИЗВОДИ трзањем жице (гитара, харфа) или трљаљем
-
трењем (l-уда'IКИ инструменти). Код добоша. бубњева и слично звук се про ИЗ IЈОДИ ударцима о мембрану која заосцилује. У звучнику се изазива 8ибри раље мембране привml'l ењем и од6Ијањем малог електромагнета и једног сталног
Ma l'HeTa
ПрИ'lвр ш ћеног за мем6рану. Дувач:ки инструме liТИ, као и
разне пиштаљке, производе звук треперењем ваздуха који струји кроз раз
личите цеви. У човечијем Ј'РЛУ се звук производи, такође, помоћу струјања ваздуха. Ваздушна струја IIЗ плућа заосцилује гласне жице у грлу.
Поред изuора "жељених" звукова, у природи постоје и "непожељни" звуч ни извори. Звук из ових извора је пратећа појава и најчешће је веома не пријатан ; звук произведен гребањем ноктом о таблу, интеНЗИ8НИМ цепањем
папира или 6ушењем зида Вl1брационом бушиЛlЩОМ. Такви ЗВУКОВ~1 су ~1 крчање И З телефонске слушалице (повремено) или из радио-апарата (када
није подешен " на станицу"). Непријатан звук производи БРУСl1лица када се љоме обраl)ује метални предмет шщ нпр. круњач кукуруза.
17
аутомобили ИЛи бицикли. ПолицијСки
аутомобили. кола хитне
помоћи и еотрогасна 8Оэила поседују спеЦИ!рИчtiе врсте сирена.
ЗВУЧНА РЕЗОНАНЦИЈА Звук изазван повлачењем или трзањем разапете жице веома је слаб, мале је јачине и једва може да се чује. Ако је таква жица на гитари , виоли ·
ни или У клавиру, звук је МНОI·О "чујнији". Звучна виљушка је мно]·о ]·ласнија
када се налази на дрвеној кутији. Звучници су "ефикаСНИј~1" када су распо · ређени у звучне кутије.
Сви ови "појачани" уређаји су снабдевени реэонатором. То је шупља на права специјално конструисаног облика. У резонаторима се појачање звука по
Коко облик реэонантне кутије
стиже изазивањем механичке резонанције. Жица принуди ваздух у реэонатор
утиче на квалитет TOН
је О којем можете
ској кутији на осциловање, а овај "натера" и саме плоче резонатора да осцилују.
(и требало би) да поразговарате
Сви музички инструменти се штимују. Затегнутост жица или веЛИЧ(1НУ
на часовима музичког
отвора и још доста тога другог подешавају штимер-мајстори. Они усаглаша
вају особине извора звука са карактеристикама резонатора ради добијања
. .'·Ј
~
":
.~
,
',. ) "
....
с
~ ' ~ ' t./ ,~\Io •.." .. i\.t:
-,'.:i;;\ p~
~ .-
-,,,
•
!
што лепшег звука
.
1.6. КАРАКТЕРИСТИКЕ
ЗВУКА
Док се звучни таласи простиру кроз ваздух, молекули ваздуха ОСЦИJlују
.
око својих равнотежних положаја. Правац осциловања молекула ПОКJlапа се са
правцем простирања эвучногталаса. Овим осциловањем згушњавају се и раз ређују честице ОКОЛНОI' ваздуха. То су карактеристике лонгитудиналног меха ничког таласа. Дакле, звучни талас у ваздуху је лонrитудинални талас.
Звук је талас који се простире еластичном средином. па његова 6рзина зависи од еластичних својстава средине којом се простире.
Таласи кроз
racOBe и течности су лонrитудинални, а у чврстим
среди
нама могу бити и трансверзаЛНlt. Опишимо како човек чује. У дну канала ушне шкољке налази се танка
мембрана
-
6у6на опна. Кад звучни талас дође до 6у6не опне, изазива њено
у неким чврстим телима брзина
осциловање. 6убна опна, преко CJIyШНИХ кошчица, преноси ово кретање до
ЗВУка може бити и виwесТРуl«)
унутраШlыr уха. У унутрашњем уху налазе се чулни сензори, тј. завршеци
веЋа него У ВQЗдуху : просечне
брзине простироња эвука У
неким срединама (У !р-) су: ваЗДУХ
- 340, вода - 1450, гвожђе - 5 СЮО.
нерава. Они су осетљиви на ова померања, како на амплитуду, тако и на фрек
венцију. Надража; преносе у мозак где се ствара осећај ИЈIИ доживљај звука. Звучни доживљај и могу бити различити. Какве ће осећаје звук изазва ти, зависи од тога како осцилује звучни извор и какве таласе производи. При неправилном осциловању звучног извора чују се разни ШУМОВJt:
хук воде. шкрипа, шуштање лишћа итд. Кад звучни извор правилно осци лује, тј. када се осцилације понављају у једнаким временским размацима, такав звук се назива тон. Тонови се чују. на пример, при треперењу звучне виљушке и жица музичких инструмената.
Неке звучне виљушке брже осцилу;у па производе звук више фреквенције више тонове. Значи, висина тона је одређена бројем целих ОСЦИJlација у секунди. Осим висине тона, звук карактерише и јачина. Када се ЗВУЧllа виљушка
удари јаче, њени краци осцилују већим амплитудама, па се чује јачи тон јер су и молекули ваздуха принуђени на осциловање већим амплитудама. Јак и
AyrOTpajaH
звук на улицама великих градова
- 6f1'a -
неповољно УТИ'lе на
здравље и радну способност људи. Због тога се предузимају разне мере за смањење буке (премештање фабрика и авионских коридора изван I"радова, ограничена употреба сирена на возилима итд.).
Кретање
iCoje се
после одређеног времена понавља на исти начии, на
зива се периодично iCретање.
Када се периодично iCретање врши увек по истој путањи, са пролас
iCOM
ПОСЕБНО УПАМТИТИ
iCроз једну равнотежну тачiCУ у различитим смеровима, онда је то ос
цилаторно iCретање.
Растојање између равнотежног положаја и најудаљенијег положаја до
iCojer тело доспева
при осциловању, зове се амплитуда .
Период је време за
iCoje тело обави једну осциnацију.
Број осцилација
у јединици времена је фреквенција. у зависности од правца осциловања честица у односу на правац про
стирања таласа, таласи могу да буду попречни (трансверзални) и уздужни (лонгитудинални) . Таласна дужина је удаљеност између две најближе честице еластичне средине
iCoje осцилују на
исти начин .
Основне појмове о звуку повежите са наставом биологије и музичког васпитања .
ПИТАЊА
1. ПО чему се осцилаторна кретања разликују од других iCpeтaIba? 2. у којим тачкама путаље тело причвршћено за метаnну опругу при
осци
nоваљу има БРЗ~1НУ једнаку нули? Чему је једнака механичка енергија у тим положајима?
3. у
којој тачки путање. тело које осцилује, поседује само кинетичку енер
гију?
4. Чему
је једнака укупна енергија тела које осцилује у произвољно; тачки
путање?
S. Од чега зависи период осциловаља математичког 6. Када настаје механичка резонанција? 7. Како настаје механичко таласно кретаље? 8. Које врсте таласа постоје? 9. Које величине карактеришу таласно кретање? 10. Које су основне разm1ке између тона и шума? Il.OA
клатна?
чега зависи брзина и врста звучногталаса у датој средини?
12.Како се споразумевају космонаути када су ван брода? 13 . Како се тумачи постанак јека и одјека? 14.Како животиње ричу. лају? Како птице певају?
lS.Да ли рибе чују и говоре? Како човек чује када рони?
19
Када смо започињали ову тему, помињали смо часовник са клатном.
Стеван Сремацје у "Поп Ћири и ПОI::I Спири" описао ћудљиви поп Ћирин сат
ИJlИТИ "сах:ат".
" ... СахаШ
је gавнашњu. Памши lа lос.uоја Перса, још gешеiцОМ во/( је
била, кав је gонеЩ ов оно gоба йа
90 ванас
нису се више расШављnли. А у ову
кућу она ја је вонеnа као вео мираза своме UоЙи. ОН9а је још 90бар био
u йiач
но рааио, а аанас не можеш ни ва Та uознаш, ни онај ни аај боже. Саа је ома lЋopиo uа се ЙрОЗllио
u
йолуgео; {ја се или усићи и на крај је, йа заћушu као ка
ква йакосна свекрвај или се рашћереiUа йа луйа све којешШа. Дође му шако йа
се усuћи. не знаш ни зашшо и ни крошСйо, ЙQ неће аа избија йо неколико вана; заћуши као аа се са свима у кућu Uосвађао. А ЙОСllе ойеш заокуuu јеаноlаана избијаiiщ. йа не зна шша је gосШа; сшане Та луйа као .мајсШора у ковачнuци.
луйа као на ларму. као аа све село ТОРIl." Има још, потражите овај пасус у КЊИЗИ.
21
О свету који нас број инсрормацИја о Вероватно најве'ћи начин да избегнем м вида. (Једини чуло о мам при окружује спречимо
капке и тиме је да склопимо мемо ове инсрормације Време је да разу не до нашег ока.) емо да светлост стиг ко им заиста мож ормације и коли инср ове њо ају како наст чавањем простиро
бави проу <ризике која се зрак веровати. Грана део у којем се њен ва се оптика , о светлости нази
овде , о којим "ћемо се као права линија светлости третира lCO . геометријсlCO опти в бавити, носи нази
Кљ)"*4е речи: ијско npow зраци . праволин ка, светлосни геометријска опти ни одбијоња свет а и полусенка , зако
и, сенк стироње светлост
огледало, дало, ссрерна , равна огле ви у огледалу о лости, лико пре.ламоња , прел
и, индекс брзина светлост ва (сабирна жижа огледало, ијо . призме . сочи то-тално ре<рлекс п мање светлости, лупо, микроско о сочиво, увећоње, жиж , пно) раси и
СВЕТЛОСТ
2.1.
Светлост је најважнији услов Ж~lвота на Земљи. Под дејством светлости
подстичу се и одржавају сложени хеМlIјски и животиљама, и без ље не би био
MOryh
11 фИ3ИЧЮ1 процеС~1 у 6~IЉKaMa
живот. ТО су људи уочили још у
почетку рззвојаљудске цивилизације и О њој су писали и говорили наУ'lЮЩII, књижеВНИЦ~I, песници
11
уметници свих времена.
Али, шта је у ствари светлост? На питање шта је светлост није лако и једноставно одговорити. Наука. првенствено физика, дасадзшњим проучзвзљем успела је одгонетнути да је
и светлост
-
облик енергије. јер је доказано да се светлост може добити ю
других облика енергије. ИСТО тако, 11 И3 свеТЛQсне енергије се могу добити елеКТРИ'lна, хемијска и други облици енерt·ије. Услов за настанак свеТJIОСТИ је постојаље извора који емитује ту светпост.
СI~етлосн " извори могу бити:
•
природни , као ш то су: Сунце, звезде, фосфор,
•• ски
~1нсекти или разне
"светпеће" боје;
• вештачки, као што су: електричне сијалице,
петропејске и гасне паr.ше,
свеће. бакље и сп . Најчешће се користе термички (топлотни) свеТЛОСЮ1 извори, који емитују светлост загревањем тела. Метално тело се може поступно загревати,
најпре до црвеног, потом жутог И најзад до белог усијаља. Оно тада зраЧII
енергију махОм у облику топпоте, а са повишењем температуре повећава се део енергије зрачен у облику светлости.
Пламен свеће даје светлост при хемијском процесу сагоревања, а светпећи гас (рекламне цеви) настаје при електричном пражњељу кроз гас. У
звездама се непрекидно одвијају нуклеарни процеси при којима се ослобаl)а енер .'ија (Сл.
2.1).
Дакпе, у свеТЛОСlIIlМ II ЗВОРllма се ТОIIЛОТJlа , хемијска,
Il уклеа Рll а IIЛII дру ги 06ЛIЩl1
eHepfllje -
IIретварају у свеТlюсltу еllерl'ију.
Важан је појам тачкастог и зво ра светлости. Њеl'ове димензије су мале у односу на удаљености са којих се посматра. За човека су то, на пример, мала сијалица у лабораторији. ипи удаљене звезде у свемиру посматране са Земље.
ПРОСТИРАЊЕ СВЕТЛОСТИ Од С6еТЛОСНQГ извора светлост се пр остире на све стране. СвеТJlОСТ се простире не само кроз супстанцијалне средине, већ 11 кроз п р азан простор
(вакуум). С пе'rлост се прости р е "РВОJlllm1јсtш
-
зраЦ ll ма . ТО се може врло лепо
эаrl азити ујутро приликом изласка Сунца, ако се прође
WYMOM
Тада се зраци Сунца пробијају кроз јутарњу измаглицу (Сл.
~
ИЛИ парком.
2.2) .
.. . ;.... ~'._J' ,
~ ......\"..
.. .
'-
.
....-
",-
.-..~......,' -,
~ Оmка
.'
. ~
*
2.2
ПреТХОДli3 тврдња може се једноставно показати Оl'1lедима (Сл. 2.3а ,
2.36
и
2.30).
Узме се рав н а гумена цев и упали свећа. Једним ОКОМ се кроз
цев п осматра упаљена сиећа, док је цев равна. Шта ћ е се ДО I'ОДИТИ ако се цев
савије? дОК је гумена цев равна, ВИДИ се пламен свеће. Кад је цев савијена, пламе н се ви ш е не види . То значи да се светлост шири п ра в олинијски.
Да ли ће се светлост пламена свеће
видети
у
сваком
положају
постављених препрека А и В, или
само у стро го одређеном положају (Сл.
2.4)1 Показано је да се светлост про ·
стире пра волинијски. Путања свет лости се зато приказује з раком свет
лости . У п ра кси се чешће сусрећемо
to- СЛlIка2.3а
са снопом с в етлости који представља
скуп светлосних зрака (Сл.
2.5).
1-
I to- Спllка
2.5
."~,!""
- - --
. "~'
,,"
1;;
;
.:а
~ to- СЛIIКn
2.4
СЕНКА И ПОЛУСЕНКА Због праволи н ијског простирања светлости, иза осветљених предмета
јавља се сенка. Величина сенке, њен облик и а ш тринз, зависе ОД величине светлоснаг извора и величине осветљснаг предмета, као и ЊИХQВОГ узајамног положаја и удаљености.
Ако се осветли неко неправидна тело (нпр. лопта) светлошћу коју емитује тачкасти светлосни извор (Сл.
2.6)
на ззклону се појављује сенка. (У
свакодневном животу се равноправно користе изрази "ззстор" 11 "заклон"
,
па ћемо и ми тако радити.) Она је настала услед тога што неправидна ЛОl1та
није пропустила светлост, па је иза ње остао таман простор. Због тога је половина површине Земље, која је окренута супротно од Сунца. у мраку. ИСТИ је Сll учај КОД Месеца и код планета Сунчевог система.
Ако се мала лопта осветли неким извором већих димензија, на пример сијалицом у великој млечној кугли (Сл. простор
-
2.7),
на застору ће се појавити таман
сенка, а око ње полутаман простор који се назива rlOлусеllКЗ. У
полусенку продире мањи део светлости од светлосног извора, и то само са неких његових тачака
.
.. С"и..:а2.6
..
СлII..:а2.7
ПОМРАЧЕЊА Помрачења Месеца и Сунца су, такође, последице праволинијског Ilростирања светлости.
Помрачење Месеца настаје када Месец уђе у 3емЈЬИНУ сенку. То је MO ~ ryће само онда када се Месец, при кретању око Земље, нађе на правцу Сунце-Земља (Сл.
2.8).
Месец је тамно небеско тело и постаје видљиво само
ако га осветле Сунчеви зраци. При помрачењу он се налази усенци Земље, где
нема Сунчевих зрака. Како је сенка Земље много већа од Месеца, помрачење Месеца траје по неколико чаСQва, тј. док Месец не изађе из сенке.
... СлIIК(1
2.9
Помра'lење Су"ца настаје када се у правој линији нађу Сунце-месец Земља. Тада сенка Месеца "прелази" преко Земљине површине (Сл.
2.9). Како
је Месе'lева сенка мања од Земље, помра',ење Сунца може се посматрати само са мањег дела Земљине површи. Важно је разумети да на тим местима, Месец
делими ч но па чак и у потпуности заклања Сунце.
КОО зоним.љивост наведимо да је основне идеје геометријСllе оптике поставио ~OTaц
геометрије" ЕуК11ИД, битно
БРЗИНА СВЕТЛОСТИ Научници су раније више пута покушавали да измере брзину светло· сти. Међутим, ти покушај и нису успевали, па се мислило да је брзина светлости бесконачна велика. Оваква мерења нису могла дати задовољава
јуће резултате, јер је брзина светлости толико велика да на Земљи не постоји такво растојање где би се светлост простирала бар једну секунду.
...
Слllка
2.10
разлиllO између његовог рода. на геометрији и оптици је у томе што је у свом раду на геомеТрИЈИ прикупио и средио низ
nОСТОјећих резултата. док је геометријска оптика заиста његово дело.
.•, __==_
Дански астроном Оле Ремер СОЈе Christiansen Rбmег,
1644-1710),je 1676.
године тако велика растојања потражио у васиони. Ремер је добро проучио помрачење једног Јупитеровог месеца. При томе је запазио да улазак овог месеца у ]упитерову сенку није увек у истим временским интервалима . Када
се утврди време уласка Јупитеровог месеца у сенку у тренутку када се Земља
налази између Сунца и Јупитера (Сл.
2.10),
па се упореди са временом када
се Земља после пола године нађе на супротној страни од Сунца, уочава се да улазак овог месеца у ]упитерову сенку касни за око
1 000 s.
3акашњење
не настаје због успоравања кретања ]упитеровог месеца, већ због тога што светлосни зрак, који пође са њега, прелази много дужи пут. Тај повећани пут износи цео пречник Земљине путање око Сунца, тј. растојање светлост пређе за
300 000 000 km.
Ово
1 000 секунди.
Пошто се светлост креће равномерно, то је брзина светлости (е) кроз безваздушни простор (вакуум):
БРЗИllа светлости у вакууму је lIајвећа познатаБРЗllllа у [IРИРОДИ. Према савременим резултатима мерења брзина светлости у вакууму је:
С= 299 792 458 т·
ПРИМЕР За које ћс време стићи светлост муње између два облака, који су ва Jtebcoбиој удаљеНости од посматрача 113 земљи
s "" 3000 т?
Подаци:
Решење :
s=3000m=3km
t=.!=~=_I_.
С,= 300000~ I
С
300000 ~
100000
1= 10 џS.
'
Одређивањем
брзине светлости у разним срединама добијени
су
различити резултати. Тако је за ваздух приближно иста вредност као и за
вакуум, за воду 225 ooo~. а за стакло 200 ooo~.
За две различите средине, у којима се светлост простире различитим брзинама, каже се да имају различите оптичке густиие. Конкретно. за
провидну средину у којој се светлост брже простире каже се да је оптички ређа. а она у којој се светлост простире маљом брзином (у поређењу са неком средином). назива се оптички гушћа. Према томе, ваздух је оптички ређа средина од воде и стакла, а стакло је оптички ryшће од ваздуха и воде.
2.2. ОДБИЈАЊЕ СВЕТЛОСТИ Приликом 80жње аутомобилом ноћу. примећује се да, на етубићl1ма постављеним уз ИВИЦУ пута, металне плочице светле (Сл.
2.11).
Ако на љих
падне сноп светлости, ОНИ постају ВИДЉИВИ. Овакве .. светлеће" плочице или траке налазимо 11 на крајљим деловима аутомобила. 6ицикла. на ученичким торбама. ТО су познате .. мачје очи", Разло г блеску мачијих очију. у физичком смислу. У ствари је у томе ШТО се светлост која их обасја, ОД њих одбија или рефлектује.
~ Слuка2. Ј l
Са прозора н еке куће некада засветли Сунчева светлост као да се гледа директно у Сунце. Сунчева светлост се огледалцима
може усмеравати на разне предмете. Све ОВО н астаје због од6 itј а њз с ветлост и . Глатка тела ОД којих се светлост веома добро одбија су огледала.
Појава одбијања светлости од равног огледала приказана је на Сл.
2. 12. Уrl аДШI зра к Su са нормалом N у тачки С гради So са истом
у " аД IlIt у гао а. Зрак се одбија тако да одБОјни зрак
нормалом гради одБОј lll1 yгao~. Оглед показује да је одБОјни угао увек ј ед н ак у п аД IЮМ углу, Тј.
По ред тша, КО IКТЗТООЗ Н О је да се упа дни и одБОј НИ з р ак, зајед но са н ормаJlОМ, I lзлззе у јед н ој р ав н и .
П рема томе, закон одбија ња светлости глас и : Упадии у гао јеД IЩ К ј е одб ојно м углу. Упадии з рак , иорма ла и одбиј е ни з рак л еже у истој ра В ЮI .
Ако паралел н и зраци падну на рав н у површ, он и ће после одБИјаља такође бити паралелни. Међутим, ако ИСТИ зраци падну на неравну површ, ОНИ ће се после одБИјања расипати на све стране (Сл.
2.13). Светлост одБИјена од неравних површи
назива се Д .IФ УЗ ll а свеТlIОСТ, а тела која овако расипају светлост
дифузори. Мачије око је типичан пример дифузора.
РАВНА ОГЛЕДАЛА Ако се испред равног огледала налази неко теllО, у огледалу се види
слика тога тела. Зна се да кроз огледало не може проћи зрак светлости, а ипак се чини да је слика иза огледала. Такве слике зову се ПрИВII/ЏIII или
нестваРНIf ШНЮШI . Зато смо у уводу спомињали да ћемо наУЧИТI1 колико се информацијама које нам пружа око може веровати. На равну ХОРИЗ0нталну плачу усправно се постави CTaКJleHa плоча
испред ње упаљена свећа Р (Сл.
S,
а
2.14). У усправној плочи БИДИ се свећа L, исте
веЛИ'Еине и на једнако; удаљености од плоче. Лик код
paBHol'
ОГЈ1едала налази се са друге стране огледала, на истом
растојању од огледала као и предмет. Усправан је, привидан и по величини једнак предмету.
Како се формира лик у огледалу показује следећа конструкција, заснова на на законима одбијања светлости. Од предмета Р (Сл.
светлосне тачке, падају зраци на огледало ...
СЛlJка2.14
CF
2.15)
Од6ијеН~1 зраци
0'0:
У облику
AD,
ВЕ ~1
разилазе се. Они се не пресецају и не формирају лик. Ипак, за нас су
занимљиви и ови зраци из следећег разлога: наше око, "види" лик на месту где се секу продужени правци одбијених зрака и дају лик једнаком растојању од огледала, РО
= OL.
L,
нестваран и на
Предмет и лик се налазе на истој
нормали.
Ако се посматра сопствени лик у огледалу, запажа се да су лева и десна страна
лика
замењене у
односу
на
леву, односно десну
страну предмета.
Затвори ли се десно око, слика ће затворити лево.
Осим
познате употребе равних огледала у свакодневвом животу,
она се користе и у техници када је потребно променити правац или смер
светлосних зрака. На овом принципу израђују се најпростији перископи. Они се састоје од цеви на чијим крајевима се налазе два равна оmедала (Сл.
2.16)
коса постављена под углом од
одбијају док не дођу у око посматрача.
450.
Светлосни зраци се двапут
СФЕРНА ОГЛЕДАЛА Сферна огледала су делови углачане површине лопте и могу бити:
• издубље н а •
(конкавна) •
ИСПУJlчена (конвексна).
Код изду6љених огледала светлост пада на унутрашњи део сферне поирwи, а код испупчених
на спољашњи део (Сл.
-
2.17).
Елементи сферt.их огледала су:
-
центар КрИ8ине С
уједно је и центар лопте чији део ПОВрШl1не пред ·
-
ставља огледало,
- 110лупречник криви не
-
теме огледала Т ОIТТИ'l ка оса
-
-
r-
жижа (фокус) огледала жижна даљина
а 06ележзвз се са
уједно је и полynречник лопте,
налази се на средини огледала,
права која пролази кроз центар кривине С и теме ОlЋедала Т,
-
F-
карактеристична тачка огледала,
растојање ОД жиже огледала
F до темена огледала Т,
f.
Када снол Ilа ралел н их зрака долази дО сферн ог огледала, након одбија њ а они:
-
се секу у жижи, код изду6љеног огледала (Сл. 2.18а), од6ијају се тако да им продужеци полазе из жиже, код испупченог
огледаJlа (Сл.
2.186).
При 06jawЊQВOЊy коко се конструиwy ликови код огле.далQ, користимо
шематско предста~
огледала. Прво, сматрамо да се предмет IЮЛQЭИ на
ОПТИЧlWј оси огледала и онда једНоставно посматрамо само пресек равни у којој
Зато је жижа кара ктеристи чн а тачка сваког сферног огледала. Поред
тога, жижна даљина сферног огледала једнака је половини полупречника криви не, тј.
!=f
Положај, величина и
сферном огледалу
-
изглед лика неког предмета који се огледа у
најједноставније се налази
морамо нагласити да постоје две врсте ликова:
конструкцијом. Одмах
лик који настаје у пресеку
зрака се може видети на закло ну на том месту и назива се стоара'l (реала н )
1I1tK.
Ако се зраци не пресецају (разилазе се) онда се такав лик не може
видети на за КJlОНу, али га наше око
.. види"
у пресеку продужетака зрака, и то
је It маГlш араtl (IIРllUидаtt) ЛIIК. (Иста класификација ће важити и за ликове настале преламањем зрака.)
Издубљено огледало За конструкцију ликова користе се карактсристични зраци који полазе од светлосне тачке неког предмета. Узимају се (Сл.
2. 19),
4
карактеристична зрака
мада су за конструкцију лика довољна два.
1.
Зрак
1-1
који
пролази
кроз
центар
КрИ8ине С пада нормално на огледапо и одбија се у ИСТОМ правцу. а у супротном смеру.
2.
Зрак
2-2
паралелан је са
главном 011-
тич.ком ОСОМ, а одбијени зрак пропази
кроз
жижуF.
3.
Зрак
3-3
пролази кроз жижу. а одбијени
зрак је паралелан са главном ОПП1ЧКОМ осам.
4.
Зрак
4-4
пада
у
теме
огледала
под
извесним УГ/IОМ са ОПТИЧКQМ осам, а одби;а се ПОД истим УГЛQМ.
За конструкцију лика ПОГОДНО је узети З3
пр едмет обележену стрелицу, па се КQНСТРУИШУ ~ СflUlm 2.20"
ликови крајњих
Ta'laKa
пред мета.
а) предмет се налази даље од центра крипнне
(СД.
t-
L,._.
I
,
"
l'
:\
С
1
2.20.)
Сви зраци свеТЛОСТI1 који излазе из тачке В секу
се, иаКОI'! одбијања, у једној тачки В: 3ато је В' реалаll (стваран) ЛИК тачке В. Акосе понови исти поступак за све тачке предмета, добија се лик А'В' предмета ЛВ. У овом случају лик предмета је стваран, обрнут
11
мањи од предмета. Стваран
лик можемо "ухватити" на заклону.
11
б) предмет се нала зи између центра КРИ8Jtне
жиже огледала (Сл. 2.20б) Лик је пооећан, оБРIlУТ и реалан.
"
в)
IlpeAMeT се
налази између жиже и темена огледала (Сл. 2.20в)
Лик Пl'lке В је привидан јер се зраци, који излазе из В. након
одбијаља нигде не секу. Они се расипају као да долазе из тa'lKe в: а управо то ће посматрач запазити ако гледа у огледало. Са слике, лако се закључује да је лик предмета привидан, усправан и већи од предмета. Он се, као и код равног огледала, не може добити на заКlIOНУ.
.. OJul(a 2.20tJ
Испупчено огледало Код IIспупченог огледала, ситуација је једноставнија. Без обзира где се предмет налази у односу на оrледало, примена закона одбијања показује да се одбијени паралеllНИ зраци расипају као да су дошли из жиже на другој
страни ИСПУllченог огледаllа (Сл.
2.21,
зрак
1-1'). Зраци који падају кроз 2-2'). Зраци који падају у
жижу, одбијају се од огледала паралелно оси (зрак
центар одбијају се у правцу доласка (3-З'). Зраци који падају у теме одбијају се под ~1СТИМ углом
На слици
ol'lIenaJlY.
2.21
(4-4').
приказанаје конструкција лика који настаје на испупченом
Одбијени зраци се ни!'Де не секу тако да не може настати стваран
лик. Привида!! лик се добија продужењем одбијених зрака. Лик је умањен, ПРИВ~fДall и усправан.
2.3.
ПРЕЛАМАЊЕ СВЕТЛОСТИ
Ако се са стране посматра штап уроњен у воду, чини се да је преЛQмљен на граници између ваздуха и воде. Када се загази у воду, ноге ће изгледати
сломљене и краће. а и дубина воде мања него што је стварна (Сл.
2.22).
На
основу оваквих запажања може се закључити да су се ДОI'одиле неке промене
са зрацима светлости на прелазу између воде и ваздуха. Ова појава се зове преламање свеТЛОСТII. Преламање се догађа на граничним површима између две средине, различитих оптичких густина. Слично као код одБИјања светлости, упаДНII
.1
прелом љеЮI з рак заједно
са нормалом леже у IIcтoj раВЮI . Угао између упадног зрака и нормале је УllаДШI угао а, а угао између преломљеног зрака и нормале н азива се
пр еломни угао и 06ележава се са р. Када светлосни з рак прелази из ОП1'ИЧЮI ређе средине у гушћу, упадни угао је веtш од преломног угла . тј,
За
овај
случај
се
каже
да
се
светлосни
зрак
IIрелама
ка
нормапи
(Сл, 2.23а). Такав случај је и када светлосни зраци прелазе из ваздуха у стакло ~ Слика
2.22
и слично.
У случају да светлосни зрак прелази из воде у ваздух преломни угао ће бити већи од упадног угла. То важи и у општем случају, наиме када светлосни
зрак прелази из оптички гушћеуоптички ређу средину- упадни угао је Malbll од преломног угла:
с« ~. Ово значи да се зрак светлости тада IIрелама ОД lIормале (Сл.
5.236).
ЗраЦ~1 који падају нормално на грани чн у површину не flреламају се.
ИНДЕКС ПРЕЛАМАЊА ОДНОС брзина светлости у двема датим срединама је неимеНQВ3Н број који се назива IIIlДекс преламања и 06ележава се са
n.
неке
се
провидне
средине
у
односу
на
вакуум
назива
Индекс препамања аПСОЛУТНlI
индекс
пр еламзљз:
n=~
,
'!I
где је
брзина светлости у вакууму. а с је брзина светлости у датој средини.
Пошто су брзине светлости за вакуум и ваздух при6ЛИЖ1l0 једнаке. апсолутни индекс преламзња ваздуха је
1.
Апсолутни индекси
преламзња за неке
провидне средине дати су у следећој табели:
При преласку светлосног зракз, нпр. И3 воде у стакло (или обрнуто) , одређује се релаТИВН11 IIЩЈ,екс преламања, који је једнак односу брзина светлости у тим срединама:
n=~.
,
Како је ,,_со И
'2 -
"1
СО • где су
"1И "2
"
апсолутни индекси преламања за две
"2
различите средине, то је:
Дакле, релативни индекс преламања двеју средина једнак је односу брзина
светлости у тим двема срединама. Истовремено, овај број обрнуто је сразмеран апсолутним индекси ма преламања светлости за те две средине.
ПРИМЕР Изpaчyиanr pcnarнвин ИНдеkС npe.naмaњa воде у односу на crзкnо.
По.цаци:
Решење:
",= 1.50 с-200000 km •
".= 1.33
s
с• =225000 ~ s
...
""=2=!!!..;
'
.... _
22S000
km • _1.50
200 000 km
" ... = 1. 12.
•
1. 33 '
ТОТАЛНА РЕФЛЕКСИЈА Констатовано је да је преЛОМ~IИ угао већи ОД упадног кадасвеТЛQСНИ зраци прелазе ИЗ0ПТИЧКИ I)'шћеуоптички ређу средину. Ако 6.и се у ОВОМ случају ПQвећавао упади и
угао, повећавао 6и се и преЛОМНI1 угао. Али како је овај угао већи ОД упадног, он ће брже иарасти ДО
90" и тада
ће се излазим зрак кретати по самој граници тих двеју средина. Упадии угао коме одговара преломни угао ОД 900
назива се граНlI ЧllИ угао тотаЛllе рефлс.:сије. Грани'!.ни угао тоталне рефлексије за прелаз вода - ваздух је за стакло-ваздух је
48,5",
а
42",
Ако је упадии угао већи ОД граНИЧНQГ угла, зрак неће прећи у другу средину. већ ће се одбити ОД граничне
површине и вратити у исту средину (Сл.
2.24). П ри
томе важи закон од6ијања светлости. Овакво одБИјаље (рефлексија) назива се тотаЛllа рефllеКСЈ1ја, јер се сви зраци враћају у исту средину. Значи, тотална рефлексија могућа је само када светлост прела з и из оптички гушhе у
оптички ређу средину. Појава потпуне или тоталне рефllексије данас се врло успешно користи при употреби оптичких кабllова
у телефонији (Сл.
2.25), у медицини код интернистичких
прегледа (ендоскопи;а) и другде.
ОПТИЧКЕПЛОЧЕИПРИЗМЕ П1l0ча чије су супротне површине паралелне назива се план lIаралеllllа
1II1O'la.
СвеТ1IОСНИ зрак пропуштен кроз ппанпаралел
ну плочу од провидног материјала, уласку и при изласку из плоче (Сл.
преломиhе се двапут: при
2.26).
То је зато што светло
сни зрак двапут пролази кроз границу оптички различитих сре
дина. Код оба преламања су у питању само две оптичке средине. Због тога ће услови преламања бити такви да ће светлосни зрак при првом преламању скренути
ка нормали за известан угао. а
при другом преламању скренуће за исти угао од
HopMalle.
На ос
нову овога лако се закључује да ће излазни зрак; бити паралелан упадном зраку и. али померен за Оптичка
"ризма је
d
(Сл.
тространа
2.26). призма
направљена
од
провидног материјала, најчешhе од стакла. У току ПРО/lажења кроз њу. светлосни зрак се двапут преломи (Сл.
2.27),
осим ако
зрак не пада нормално на бочну страну призме. При првом
пре/lамању је упадни угао већи од преломног, а при другом
преламању преломни угао је nећи од упадног. При томе, зрак светлости одступа од првобитног смера.
За практичне потребе се често захтева скретање зрака за тачно одре~ени угао. За ту сврху погодна је стаклена призма којој је основица једнакокраКII
правоугли троугао (Сл.
2.28).
Пропуштањем зрака светлости нормално
lIa
стране призме, до преламања не долази, догађа се само тотална рефлексија. Помоћу оваквих призми могуће је светлосие зраке скренути за
900 или 1800.
ОПТИЧКА СОЧИВА Оптичка сочива су провидна тела чије су обе граничне површине сферног облика, или је једна грани'!на површина равна, а
друга сфериа. Сочива могу бити од стакла, пласти'!не
масе
или
~leKe
друге
11рО8идне
супстанције. И шупљина са сферним повр ши нама,
нпр.
у
стаклу,
испуљена
I-[еком
течношћу или гасом има особине сочива. Према облику и особинама, сочива се деJlе на сабирна и расипна. Када је олтичка гу
стина сочива већа од оптичке густине око лине (нпр. стаклено сочиво у ваздуху или води), сабирна сочива су дебља на среДИН~1 него на крајевима, док су расипна тања на
средини (Сл.
2.29
и Сп.
2.30).
и овде користимо шематско приксзивање
СОЧИ8Q у пресе~. Уводимо и ДOДQTНY апроксимацију. у циљу једностаВl-iијег
цртања, не ПриК03'fјемо двоструко npe.naмaњe эракс.
Уместо тога, уводимо раван нopмclЛну НQ оптич~ осу
која пролmи кроз ценТар сочиВQ и која је но. шеми предстааљено. једном
дуlllИ НQКOJOj се онда врши преломање зрако...
~ С!шка
~
2.29
ClIUKa
2.за
~ Слика
2.31
При проласку кроз сочиво чије се обе површи криве. зраци светлости се преламају два пута. Због преламања светлости зрацима се изласком из сочива променио смер. Да би се уочиле разлике између сабирних и расипних
сочива. посматраће се пролаз паралелног сиопа светлости. Сабирна (конвергентна) сочива паралелни сноп зрака светлости скупља у једну тачку
-
жижу или фокус. док их расипна (дивергентна) сочива
расипају. као да излазе из једне тачке (фокуса) (Сл.
2.30).
Из слика се уочава
да је фокус сабирног сочива стварно стециште зрака. док је фокус расипног
. сочива
привидно стециште, тј. стециште продужетака зрака. Такође је лако
уочити да свако сочиво има два фокуса, једнако удаљена од центра сочива. Постоје неки појмови који важе за обе врсте сочива. Правац назива оптичка оса сочива (Сл.
2.31).
граничне површине и пролази кроз средину сочива Истакнуте тачке су два фокуса
F} и
01 - 0 2 се
Оптичка оса сочива је нормална на
-
оптички центар С.
Fz симетрично сметтена на оптичкој оси.
Удаљеност фокуса од оптичког центра је жижна даљина (ј) сочива. Сочива, као и огледала, стварају лик предмета. Да би лик био потпуно одређен, потребно је поуздано утврдити: положај, врсту и вели-чину лика.
Сабирна сочива За
конструкцију лика
код
сабирних сочива
карактеристична зрака светлости (Сл.
1.
Зрак
1
2.32)
важе
правила
за
3
и оптичку осу.
који је паралелан оптичкој оси, прелама се тако да пролази
кроз жижу која је са друге стране сочива.
2.
Зрак
2 који
пролази кроз оптички центар
-
не прелама се.
З. Зрак З који пролази кроз жижу која је испред сочива, прелама се тако да са друге стране сочива наставља паралелно оптичкој оси. Ако се предмет налази на оптичкој оси сочива, онда је, слично као и код
огледала, довољно одредити положај лика (А') највиwе тачке предмета (А). Све остале тачке лика налазе се између оптичке осе и А'.
а) предмет (А') се на лаЗ ll на удаље НО СТ lIвећОј ОД2Ј (Сл. 2.33а) Слика је стварна, обрнута и умањена. Из искуства са огледалима знамо значеље тих израза. Она се, наравно. може добити на застору.
б) Ilредмет се налази и змеђу жиже
If
2Ј(Сл. 2.33б)
Лик је увећан, обрнут и стваран. в) IIредметсе налази између жиже и СОЧllоа (Сл. 2.33в)
Лик је привидан. усправан и увећан.
Расипна СОЧlifва При конструкцији лика, код расипног сочива, користе се два од три
карактеристична зрака (Сл.
1.
2.34)
и оптичка оса.
Зрак I паралелан са оптичком осом. прелама се као да је стигао из
жиже са оне стране сочива са које је зрак и дошао.
2. Зрак 2 пролази кроз центар сочива без промене правца. 3. Зрак 3 који је усмерен према жижи с друге стране сочива
прелама се
паралелно оптичкој оси.
Расипнасочиваобразујусамо једну врсту лика ма где се предмет налазио (Сл.
2.35).
Код љих се лик увек образује на оној с трани сочива на којој се
налази предмет. Он је увек усправан. нестваран и умањен.
ЈАЧИНА И УВЕЋАЊЕ СОЧИВА Сочиво које маље п р елама светпосне зраке, ипи, како се каже, слабије CO'/II80,
тање је и има већу ж и жну даљину (Сп. 2.36) .
..
Сли .... а
2.36
Ја-/е СО'lи80 је де6ље и има мању жижну даљину. 3а јаЧll1l У СОЧ llв а мера је реЦИПРО'lна вредност жиж н е даљине, тј.
Будућl1 да сеЈ задаје у јединици дужине. јединица З3 јачtfНУ СОЧlша
диоптрија задата је као:
1О
= ~ =т- 1 • 'т
Опти ч ка јачина је позитив н а за сабирна СОЧlша, а негативна за расип н а.
Тако. нпр. оrrrичка јачина од даљин е
2 т, а ОД - 0,5 D
+ 0,5 D з н ачи
да ј е СОЧИ80 сзбирно жижн е
з начи да ј е ОН О и сте жи ж н е д аљ ине, ал и р ас ипно.
П оред жижне даљ и не ИJlИ о п тич ке јачи не, веома важ н а карактерис т ика
СВ3КОГ сочива ј е њ егово
yoehaJbe.
Увећање СQч и ва (11) п редставља ОДНОС
вепичине л и ка (L) и предмета (Р):
L
u=р. Ако је
11 > 1 -
каже се да сочиво увећава, а ако је u
< 1-
да сочиво умањује
предмет!
Овако уведено увећање се назива прецизније линеарно увећање. јер се посматра колико је увећана линеарна Дl1меНЗ lfја тела.
ОПТИЧКИ АПАРАТИ
2.4.
ЛУПА Лула или увеличавајућестакло је најједноставнијll оптички инструмент. Користе је часонничnри, фИllзтелисти,lIскари и др.
Свако са6ИРIIО СОЧ~1ВО може послужити као лупа. Потребно је само да се предмет ПОСТЗSl1 између жиже и сочива. Тада се, према описано; конструкцији (Сл.
2.330),
добија увећан, усправан и привидан лик, и то на
исто; страни СQчива на којој је и предмет. Лула може бити састављена од више сочива, при чему се оптичке јаЧl1не
сочива зпге6арски сабирају. Овакве комбиноване лупе могу увеhавати 11 ДО
50 лута.
Но. у пракси се нај'lсшће употребљавају лупе са једним СО'IИВОМ, које
увећавају
4- 10 пута.
МИКРОСКОП 3а посматраље веома СИТНИХ предмета недовољна су увећања која се ПОСТИЖУ лупом, па се зато користе оптички микроскопи. ЊlIма се могу видети и тако ситни објекти као што су поједине ћелије биљака и животиња, бактерије и др. Микроскоп се састоји од објекпша и окулара, стављених у
jeAliY
цев
(Сп. 2.39а). Објектив се налази уз предмет (објекат), а окулар уз око. Објектив је сабирно СО'IИВО врло мале жижне даљине. Посматрани предметсе поставља
нешто испред жиже објектива, тако да он даје стваран, обрнут и увећан nик. Геометријска КОНСТРУКЦl1ја лика код Мl1кроскопа пр~!казана је на Спици
2.39б. Овај пик се образује између жиже и сочива окулара. Окупар
се понаша као пупа и увећава још једном овај ЛI1К. КваЈl итет микроскопа
се
према
његовом
цени
увећању.
Увећањс микроскопа /1 може се
израчунати ако се увећање објек тива пара
I!ОМНОЖИ увећањем оку
11"" 11",,:
/1 = иоЬ ·и"".
ОВО
је
JlaKO
I1зрачунати,
пошто су увећања 06ележена на сваком објективу и окулару. Најбољи ОПП1ЧКИ микроскоп можс имати увећање до
2500.
...
Сnи/(а 2.Ј7а
ДУРБИН СА ПРИЗМАМА (ДОГЛЕД) Овај дур6ин (Сл.
2.38)
поред сочива, има и две при зме. Оне служе да се
промени правац простирања зрака за
' 80<', те да се предмет ви ди у природ ном
положају (усправно).
Гa.nилеј нО'ТКрИ84" не60 У преТХОДНИМ ра1ре.дима помињо.ли смо 8елИl(ОГ
q>изи'Юро Галилеја и њеГО8е доприносе механици . Његов основни допринос оптици је
у томе што је СХВQТИО значај НО8ИХ пронолазаl\Q . ЧИМ је чуо
30 доглед.
направио је
..
један (сам је и брусио сочи80.). Кода се уверио у њеГО8е
могуflности . понудио га је 8J1Q.стима МлеТQЧl(е ре~ПИl(е 'fIЦ1Јују?\и но праI(ТИ~И значај : брод се може на nyчини приметити догледом
много раније . а то 3НQЧИ да се ЛУК4 може припремити
30
ИСl(Рца8ОЊе терета. за једну државу !\Ојо је живe.лct од
трговине 080 је било кома значајно. Та!\О је Галилеј склопио добар посао. После тога, Голилеј одлучује да посматра небо и тиме у ст80.РИ почиње
употреба телеСI(ОПО. Ни у томе није био први, али је први овоме посветио пажњу и
уочио једну битну чињеницу: небеСI\Q тела нису та!\О идеално I\QКО је Црк80. тога
8ремена учила. Обја8ЉИеоње реЈултота посматрањо
небеских тело ДО8ело је до првог Галилејеаог озбиљнијег сукоба со сeewтеницима,
!\Оји
fle
К4сније I!Yлминирати
његовим noјављиllOЊeМ пред ИНК8иэицијом (о чему смо
ГО80рили у
6. разреду).
епика
2.38
Извори светлости могу бити природни и вештачки. У светлосним изворима се ТОllЛотна, хемијска, атомска или неlCИ други видови енергије
-
претварају у светлосну енергију. Светлост се простире праволинијски и СЛИlCОВито ПРИЈ(аэује зрацима . Последица оваквог простирања светлости су појаве сенке и полусенке lCојима се објашњавају појаве помрачења Месеца и помрачења Сунца.
Брзина светлости у
Bal
је највећа позната брзииа у природи и
износи:
с=3ООООО ~ Однос брзина светлости у двема датим срединама је релативни индекс преламања, I<оји је
jeAHalC односу брзина светлости утим срединаыа:
п Релативни
"-ндекс
=5..=!2.
, '1
преламања
п.'
обрнуто је
сразмеран
апсолутним
индексима прелаыања светлости за те две средине.
Закон одбијаља светлости: Упадии угао једна.: је одбојном углу и упади и
зраl<, иормала и одбијени зраl< леже у истој равни . ЛИК
I
огледала налази се са друге стране огледала, на истом
расто;ању од огледала lCao и предмет. Усправан је. привидан и по величини јеДНаЈ< предмету.
Сферна огледала могу бити издубљена и иcnупчена . Она имају: цеитар кривине, жижу (фокус), ОПТИЧI<У осу И теме. Сноп паралелних зрака се након одбијања: сече у (стварној) жижи
(lCOA
издубљен их) или се одбија правцем
I
полазе из (привидне) жиже
(код нспynчених огледала) . Жижа се налази на половини растојаља између темена и центра I<ривине:
Ј=т· За lCоиструкцију lIи"ова
I
издубљеног огледала
..ористе
се ка·
рактеристичии зраци:
1.
зра .. који flрОЛази кроз центар кривине - пада нормално на огледало
2.
зрак који је паралелан са ОПТИЧkОМ ОСОМ
и одбија се у истом правцу. а у супротном смеру,
-
одбијени зрак пролази
крозжижу.
3.
зрак који пролази кроз жижу
-
одбијени зрак је паралелан са
ОПТИЧlCОМ ОСОМ И
4.
зрак који пада у теме огледала под извесним углом са оптичком ОСОМ.
а одбија се под истим углом.
ПОСЕБНО УПАМТИТИ
За
конструкцију
ликова
код
IIСllупчеltОl'
огледала
KOpltCтe
се
карактеРИСТIIчн5t зраци:
1.
зрак којl' иде према центру КРИВИllе
-
одбија се У правцу доласка, а у
супротном смеру,
2,
зрак којlЈ је паралелан са ОПТltЧIЮМ осом
-
одбltја се
1I
раСlша као да
;е пошао из (ПРI18ЩI,не) жиже,
3.
зрак који иде IIрема
(1IpJI8ItAIIO;) ЖIIЖII - одбllја се паралелllО
ОIIТЈIЧКО; оси и
4.
зрак који пада у теме
-
одбија се под IICТJIM углом у односу на
оптичку осу.
Закон преламања светлости: Упадни зрак, нормала
1I преломљени зрак
леже у једној равни. Када зрак прелази у ОПТИЧК II гушћу среДltllу, IlрелОМIIII
Уl'ао је мањи од ynaAHor
11 оБРIIУТО.
Тотална рефлексија може да настане само када свеТflОСIШ зрак преflаЗII
IIЗ оптички ryшће у ОIIТИЧI<И ређу средину и ако је YllaдlН'
yrao
већи од
гран ичног угла,
ОIIТИ'lке плоче паралелно померају светлосни зрак, а оптичке призме мењају (закрећу) правац простирања зрака. 3а конструкци;у слике «од саБИРIlОГ СОЧJlва, користе се kарактеРIIСТИ чни зраци:
1.
зрак који је паралеflан ОПТllчкој оси
IЈрелама се тако да прол ази
-
кроз жижу која је са друге стране СОЧJlва,
2,
зрак ко;и пролази кроз ОПТЈIЧКИ центар
3.
зрак који пролази кроз жижу која је Јlспред сочJtва
-
не прелама се
-
1I
Јlрелама се та .. о
да са друге стране СОЧЈlва наставља паралелно ОПТЈlчкој оси. За конструкцију ЛJlка код расипtlОГ сочива, користе се карактеРЈIСТИ Чllllзраци:
1.
зрак паралелан са оптичком ОСОМ
из (привидне) жиже
..о;а
-
прелама се као да је стиraо
се налази са "сте cтpalJe одакле је зрак и
дошао,
2.
зрак којЈ' пролази кроз цellТap сочива
3,
зрак који;е усмерен према ЖIIЖИ с ДРУl'е стране СОЧЈtВа
-
пролаЗII без промеllе
правца
IlаралеЈIНО ОПТJlчкој
-
[Iрелама се
OCII.
Јачина СОЧllва се дефИllltше као реЦJlпрочна вредност ЖJlжне даљине и Jlзражава у ДЈlOптријама:
((/=7; 1О =
lm- I •
Увећање соч.ива представља однос величина лика
11
предмета:
L
U=-, р
ЛУllа је сабирно СОЧЈIВО при чему се предмет поставља Jlзмеђу Жllже
СОЧЈlва. Његов
11111( је привидан, YCllpaBaH 11 увећан.
11
Онтички микроскон поседује објектив и окулар
сочива. Окулар ради као лупа и
- системе сабириих YBel'laBa увећан лик предмета којеrформира
објектив. Увећање 080rмикроскопа једнако је IIРОИЭВОДУ увећања објектива и увећања окулара: и = и",,' и
oIt
,
ПИТАЊА
1. 2. 3.
Како настају Месечеве мене? Када долази до потпуног или делимичног помрачења Месеца? Колика је брзина простирања светлости кроз уље чији је индекс преламања
једнак2?
4. 5.
Колико је rlyтa брзина светлости већа од брзине звука у ваздуху? Средња удаљеност Месеца од Земље износи
384 000
kлl. За које време светлост
превали тај пут?
б. Под којим углом пада зрак светлости ако упадни и рефлектовани или одбијени зрак заклапају угао од
7.
70 0 ?
Каква се огледала налазе у унутраШlbОСТИ аутомобила, а каква су огледала са СПОЉllе стране возила?
8. 9.
Од чега зависи жижна даљина сфернюс: огледала? Где се мора налазити предмет испред издубљеног огледала да би се добили стварни ликови, а где да би се добио привидан лик?
10. 11.
Где се налаЗII лик издубљеног огледала, ако се предмет налази у жижи?
Шта се догађа са зрацима светлости када дођу до границе двеју различитих ОI1ТИЧКИХ средина?
12.
СзеТllOСТ преnази из воде у стакло, потом из стакла у воду. Где може да настане
тотална рефлексија?
13. 14. 15.
Колико жижа има сочиво чија је једна границна површ равна, а друга сферна? Када се l1омоћу сабирних сочива добијају увећани ликови? Како се
lIa
први поглед може утврдити да ли сусочива у наочарима сабирна IIЛИ
расипна?
45
При томе ћемо науку о електрицитету. Почећемо да изучавамо ектрисањима која наел ти бави се ћемо пре'ћи дуг пут . Најпре има у кретању , па затим наелектрисањ мирују .(електростотика) електрични х појава у анак наст емо снић Поја (електродинQМИка). и гром. атмоссрери , муњу
Кључне речи :
чина е , елементарна коли тивно наелектрисањ позитивно и нега поље ,
, електрично закон , електрична с ила наелектрисања , Кулонов цијала) . и напон (разлика п отен ричн т елек . л ција н поте електрични гром и муња
•
<.
З.1. НАЕЛЕКТРИСАВАЊЕ ТЕЛА
И УЗАЈАМНО ДЕЛОВАЊЕ НАЕЛЕКТРИСАНИХТЕЛА По предању, један од
у градиву физике за
мудраца древне Грчке. qжлоэсхр Талес
(VII-VI
век
6.
разред обрађена је лекција: ЕлеКШРU'ШQ сила.
Тамо је 06јашњено да постоји једна особина супстанције која се назива
п. н. е.) први је уочио коко
наелектрисање. Прецизније, постоје две прсте наелсктрисања: ПОЗИТИВНО
комад очврснуле органске
и негативно. Тела се
(моле ћили6ара (јантаро), J(QДO се прот рља, привлачи ситне
честице. Како се на грчком
.ћилибар· каже .e.nектрон· он
је ову особину тако и назвао и одатле даноwњи називи,
или
наеnектрисати, на пример. трењем (e60H~1ТHa
MOI'Y
ПQливинилска шипка
-
-
КРЗНQМ, а стаклена
папиром
или свиленом
тка нином). Са jeAHOl' тела се може нае}lектрисање пренети на друго. По договору,
наелектрисање
које се после трљања
појављује на
стаКllеној
шипки назива се ПОЗИТИВЮ1М, а наелектрисање које се јавља на еБОНИТНОј шипки назива се негативним, Ако тело нема liаелектрисање, кажемо да је електронеутрално Иll И једноставно неутрално,
Наеllектрисана тела делују на друга наелектрисана теllа (Иlпераl'ују са љима). Тела се одбијају ако су наелектрисана истом врстом, а I1ривлаче ако су наеllектрисана раЗllИЧИТИМ врстама електрицитета. ДаКlIе, електрична сила
може бити и привла'lна и одбојна. Да ли је неко тело наелектрисано или не проверавамо ин с трументом који се назива електроскоп (Сл. 3.1а) и то закључујемо по раздвајању листића или померању ите. Ако је инструмент снабдевен и скалом , онда се
назива електрометар. Електрометром (Сл.
3.16)
се може утврдити да ли је
неко тело наеllектрисано мањом иllи већом количином електрицитета. ТО се закључује према скретању казаљке електрометра.
YI'ao
скретзња је УТОЩIКО
већи уколико је тело наелектрисано већом КОIlИЧИНОМ еnеК1'рицитета, Сада покушајмо да, користећи знања о грађи супстанције, објаснимо шта се дешава. Још у
7.
разреду смо објаснили да се тела састоје од
MOlleKy"a,
а у настави хемије сте наУЧИ1lИ да се молеку"и састоје од атома. Но, ту није крај
-
и атоми се састоје од још ситнијих чеСћlЦ3.
у
средини
атома
је
Ibel'oBO
позитивно
наелсктрисано јсзгро (или НУКlIСУС). ОНО се састоји од позитивних
- протона (р) и С1lсктронсутраllНИХ - IleYTpOHa (п). Око језгра се крећу (кажемо "круже") негативно наелектрисане честице -
честица да
електрани (е). Протони и еllеКl' РОНИ имају једнаке КОllичине
наелектрисања,
аlll1
cynpoTHor
знака:
протони +е, а електрани -е,
Ознака е се односи на ту lюсебну количину наслектрисања коју носе IlрОТОНИ и електрани, а која се често назива и елементарно наеllсктрисање. Битно је нагласити да у природи 1Јије измерена маља КОllичина наелектрисања од ове
..
СlII4IЩ 3.Ја
..
Слика
3.16
.
-
l'II
Маса електрона је око
1840
пута мања од масе пратона. Када
су они отргнути од атома, могу се лако покре нути дејством неке спољашње силе.
Бројни
експерименти
показују да
атоми
садрже
једнак
број пратона и електрана, па је разумљиво да су због тога електранеутрални. 3ато су и тела, која се састоје из мноштва атома, такође електронеутрална. Нарушавањем раВНQтеже броја пратона и електрона, тело постаје наелектрисана . Када се каже да је кугла
на ИЗОЛQваном постаљу (Сл.
3.2)
позитивно наелектрисана, то
значи да је И3 ње "одстрањен" известан број електрона . Због тога је укупан број позитивних елементарних наелектрисања (пратона) већи од укупног броја електрана. Ако је неко тело наелектрисаНQ негативно, то значи да је укупан број
.Слuка3.2
његових еllектрона већи од укупног броја протона у језгрима. Када се стаклена шипка протре свиленом тканином, електрони са стакла прелазе на свилу. На стакленој шипки се јави мањак електрона у односу на број протона, пасе она наелектрише позитивно. Истовремено, на тканини постоји
Често се користи и израз да је нешто
више електрона него протона, тј. јавља се вишак негативног електрицитета .
.НVoIаелектрисано", но ми
Значи, свилена тканина се наелектрише негативно. Поливинилска шипка
не користимо тај израз јер
протрљана вуненом тканином наелектрисаће се негативно, јер електрани са вуне прелазе на поливинил, док на вуни остаје мањак електрона . Значи, при трењу електрони прелазе С11 једног тела на друго, док се протони не крећу. Са кога ће тела елект р они прелазити , зависи од врсте тела која се тару. Тела се наелектришу на тај начин шта електрани прелазе са једног
нас он наводи на помисао да тело уопште нема наелектрисања, а како смо
видели то није тачно.
Уочите да израз
.наe.nектрисање" користимо у Два различита значења. Може
тела на друго.
Прелазак електрона може се остварити на још један начин. Ако тело
да означава особину честица, али, исто тако, и процес
има вишак електрона, и љиме додирнемо друго тело на којем не постоји
којим се на неком телу ствара
(толики) вишак електрона, они ће такође прећи на то друго тело. Овде се
вишак или MQЊQK електрана.
дешава појава наелектрисања додиром.
Обрнуто, ако неутрално тело додирнемо
позитивно
нелектрисаним
разлике за процес користи
израз NЖ1електрисавоње" .
телом
Назив . позитивно· и
(мањак електрона), електрани ће са
.негативно· увео је амерички
неутралног тела прећи на њега, па ће
научник, проналазач.
сада и неутрално тело бити позитивно
публициста и палити чар Бенџамин Френклин
наелектрисано.
Објаснимо сада ди електроскоп.
Понекад се у циљу прављења
како у ствари
ра
Када се на њега пренесе
неко наелектрисање, оно се распореди по свим
(Benjamin
FrankJin, 1706-1790).
По
једној анегдоти, он је видео огледе са електрицитетом
као вашарску атракцију
и од извођаче откупио
деловима и тако се два истоимено наелектрисана
целу опрему да би сам
листића одбијају и по томе ефекту знамо да је тело
изводио огледе. О његовом
којим смо додирнули електрометар наелектрисано.
најпознатијем огледу
говорићемо касније.
Уколико се користе један непократан статив и
Нажалост, видећемо у
покрет-на казаљка, долази до одбијања између
наредним лекцијама да
наелектрисања на стативу и казаљки, а јачину силе
једноставнији да је _стаклено" наелектрисање
одбијања ценимо по углу кретања казаљке. Ако постоји скала на којој се може читати угао, онда је реч о еllектрометру.
би нам живот био много
назвао негативним , а
.смоласто" (јер у његово време још није било ебонита) позитивним.
3.2. КОЛИЧИНА ЕЛЕКТРИЦИТЕТА (НАЕЛЕКТРИСАЊА)
'----
Према досадаш њ им схватањима наелектрисање електрона е је најмања количина електрици тета и не може се делити, зато се она назива елементарна количина електрицитета или квант електрицитета.
Пошто
електрон
и
протон
поседују елементарно
наелектрисање,
погодно је ту количину електрицитета узети за јединицу. То, међутим, није учињено јер је наелектрисање једног електрона врло мало .
Јединица за мерење количине електрицитета је кулон ( С). Један кулон садржи наелектриса њ е
6,24 трилиона електрона. тј.: 1 С-= 6,24' 1018 е.
Елементарно наеnектрисање је онда:
1 е= 1,6
· l O- '9 С.
Количина електрицитета којом је тело наепектрисано износи:
q = n· е, где је п брОј који показује разлику броја протона и електрона у телу, а е је еле м ентарно наелектрисање.
При наелектрисавању тела не ствара се наелектрисање; оно се само
раздваја и преноси се са тела на тело. Укупан број позитивних и не['ативних елементарних наелектрисања остаје непромењен.
Овај закључак је познати закон одржања наелектрисања и има општи значај.
Сада
бисмо
могли
да
изведемо
један
једноставан
експеримент.
Претпоставимо да се наелектрише један електроме тар помоћу стаклене
шипке која је протрља н а свилом, а други исти такав помоћу поливинилске Нcгa~ степени
шипке, лротрљане крзном. Наелектрисање једног и ДРУI'ОГ електрометра се
Код писOЊQ веома малих
врши све док њихове казаљке не скрену до истог подеока, односно док се оба
велИЧИНCI, КОРИСТИ се један
елек т рометра не наелектришу истим количинама електрицитета (Сл. 3.3а).
матемоТИЧI<И поступак који
Ако се затим куглице електрометра слоје металном wипком или жицом ,
веома поједностављује эапис. Наиме, децимални број мQЊИ
казаљке се враћају у нулти положај (Сл . 3.3б). Из овог огледа закључује се
од
следеће:
1 се
записује тако да се
уместо нула напише прва цисрра различита од нуле ПОМl-lо.ена
со
10 на негативан
Једнаке количине електрицитета супротног знака
међусобно се неутралишу.
степен који
показује на којем децималном месту иза нуле се та цисрра
НQЛQЭИ. на овај начин се из6егаllO писање бројних НУЛQ,
0,1 се пише као 0,001 се пише 10·3. 1 mm = 1O·' m. Стога и
Конкретно,
10'1, а
број
Тако је
наелектрисање једног електрона
пишемо 1<00
1,6 '1Q-19 C, уместо
да пишемо број који има нулу и још OCQМНOeCT нула иза децималног эареза,
~ ОЈи,," 3.3а
~ ОЈи,,"
3.36
. ПОДЕЛА МАТЕРИЈАЛА ПО ЕЛЕКТРИЧНИМ ОСОБИНАМА Вратимо се на описани оглед. Наелектрисање је. значи, са негативно наелектрисаног електрометра
трисани електраметар (Сл.
прешло
1.36),
кроз шипку на позитивно
наелек ·
ШТО значи да метална wипка проводи
електрицитет. Сва тела која имају ову особину називају се проводници. Ако
се овај оглед изведе са плаСТИЧНQМ
WИПКQМ, уместо са
металном,
електрицитет неће прелазити са једног електрометра на други, што значи да пластика није праводник електрицитета, па се каже да је она ИЗQлатор.
у праведницима (лоред електрона у атому) има слободних електрона,
који су се ОСJlо60ДИЛИ своје атомске везе, па се могу кретати слободно кроз праводник. Ови електрони су се само ослободили веза у атому и ОНИ нису вишак, дакле због њих метал није наелектрисан . Слободни електрани условљавају проводљивост чврстих тела.
Сва тела која поседују велику густину слободних електрона јесу про
воДници. То су сви метали и графит. Проводници су и водени раст.вори база, киселина и СОJlИ. ЉУДСКО тело је такође добар проводник електрицитета. Због тога се електрОСКОIl разеJlектрише када се додирне прстом. у изолаторима нема слободних електрона, или их има врло маnо. Изразити изолатори су: гума, стакло, порцелан, поли.винил, дестилована вода, сви гасови.
Ваше животно искуство вам каже да ствари никад НИСу .,црно-беле" већ постоје и прелазни облици који су често најзанимљивији. Конкретно, ни овде нема оштри.х грани.ца између проводника и непроводника (изолатора). тако да се неке супстанције. као што Су германијум и силицијум. сматрају
полупроводнкцк.ма. Различитим деловањем њихове проводне особине се могу мењати између особина проводника и ИЗОJlатора и управо стога они представљају основу савремене електронике.
з.з . ЕЛЕКТРИЧНА СИЛА КУЛОНОВ ЗАКОН До сада СМО разумели да наелектрисана тела делују силом на друга
наелектрисана тела и да та СИ/.З може бити привлзчна и одбојна. Ади КОЛИКИ је интензитет ове силе? Од чега она зависи? Замислимо следећи оглед
два разноимена
(ql
и
q)
-
мереље интензитета електричне силе између
наеllектрисањаједнаким динамаметрима (Сл. Када је
qz
1.4).
веома удаљено ОД q l -
динамометри показују нулту вредност.
Постепеним
-
трисања
истежу.
приближавањем наелек Динзмаметри
растојањима, нпр. ' 1 И
динамометара
Поређељем
се
се повећа
3.4
2=
Р
4Р ,
...
'2 -
показиваље растојање
~ Слuка
се
једнако
Потребно је на различитим
уочава
смаљи
9
на
да,
О'lитати Р1
и
ако
трећину.
пута, или ако је
'2=
Fz, се
СИll З
r/ 2,
Одавде се закључује да се интензитет електричне силе смањује са
квадратом растојања између наелектрисања. (Динамометар има неку своју границу осетљивости и за'го он на већим растојањима показује да је сила једнака нули иако она постоји али је врло мала.) Ако се сада мења количина електрицитета, нпр. Q2' а q I остаје непромење но и мерење врши увек при истом растојању међу куглама, показаће се да два
пута већој количини електрицитета
(2 %) одговара два пута већи интензитет 3 q2' добиће се 3Р Исто би се
електричне силе (2Р)! Ако се испроба са Колико научни свет ц~и Кул<жове ре1ултате добиј~е изузетно прецизним
мерењем за њеГО80 време.
показује и чиње.ница да је по њему добило назив јединица
30
количину електрицитета,
"
добило и ако би се мењала количина еllектрицитета Ql' Ако се обе копичине електрицитета истовремено мењају, нпр, за Може се закључити да
се
2q , и 3Q2'
БИ11О би 6Р ! '"
интензитет електричнс силе
повећава
ОНОIIИКО колико се пута повећа производ количина електрицитета ових наепектрисања.
Коначно, постоји и утицај средине јер није свеједно у којој средини се наеllектрисања налазе,
Ове чињенице исказује познати Кулонов закон
1736-1806),
(Charles А ugustin СоulоmЬ,
који гпаси: две наелектрисане кугле се привлаче или одбијају
силом 1<оја је сразмерна њиховим КОЛИЧИRама електрицитета, а обрнуто сразмерна квадрату међусобног растојања. Правац дејства електричне силе је правац најкраћег растојања међу кyrлама. Математички исказ овог закона је:
Константа сразмерности у Кулоновом закону зависи од средине у којој се налазе наелектрисана тсла.
ПОЈАМ И ПРЕДСТАВЉАЊЕ
3.4.
ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА МИ смо свссни чињенице да ће, ако постоји неко позитивно наелектрисаНQ тело, на свако позитивно наелектрисано тело које
му се приближи Деловати одБОјна сила, ДОК ће свако негативно наелектрисаНQ тело бити привлачено. Сетимо се да СМО овакву ситуацију већ спомињали ГО80рећи о СИЛИ гравитације. Земља ће привући свако тело које јој се приближи, а ми једноставно кажемо
да око Земље постоји гравитационо поље. ИСТО тако можемо рећи да око наелектрисаног теll З постоји електрично поље, којим оно
делује на друга наелектрисана тела. Основна разлика је у томе, што електрична сила може6ити и привлачна и одбојна па морамо пазити како приказујемо елеКТ РИЧНQ поље.
Електрично (линијама
поље
llOља).
се
графички
Распоред
и
наелектрисаНОI' тела у простору
приказује
обпик
MOI)' се
линија
линијама силе
силе
поља
..
СлШUЈ
3.5
око
показати узаним тракама од
хартије причврwћеним за врх металног стубића који је постављен на изолаторско постаље. Док је метални стубић ненаеnектрисан, траке су опуштене, међутим, кад се стубић наепектриwе, траке
се зракасто wире. Уместо трака од хартије масу се употребити и текстипна влакна. Траке својим распоредом
показују правце
деllОвања елеКТРИЧIIИХ сипа око наелектрисаног тела (Сл.
3.5).
Електричне линије сила су эаМЈfшљеие линије које се поклапају са правцем дејства сила електричног поља . За смер пинија силе електричног поља по договору је узет смер кретаља позитивног наелектрисања у том пољу. Стога линије силе
поља позитивно наелсктрисаног тела имају смер од тела (Сл.
а
3.6),
**
негативно наелектрисаног ка телу. Линије силе електричног поља служе за сликовито приказивање поља.
Што поље јаче делује на наелектрисања, то је број линија поља већи, тј. оне се 3 1·ушњавају. Физичка величина којом описујемо
овај утицај еЈ1ектричног поља је јачина електричног поља Е. Ова величина има правац и смер силе којом електрично поље делује на
ПОЗИТИВIЮ наепсктрисање. ЉеН интензитет је одређен сипом којом поље депује на једини ч но наеJlектрисање, значи
F
Е=-
.
q Одавде следи и јединица за јачину електричног поља а то је Ако се електрично поље константно.
Ако
у
неком
N/C.
не мења током времена, оно је
делу
простора
електрично
поље
у
свакој тачки има исти правац, смер и интензитет, кажемо да је
поље хомогено. (У супротном случају је нехомогено.) Пример хомогеног поља је електрично поље у простору између две супротно наеnектрисане плоче.
..
СпUЈ(а
3.7
УТИЦАЈИ ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА Када
се
негативно
наелектрисана
поливинилска
шипка
принесе
~ ел,ек·,р'()"ко,"у. његови листићи ће се раширити иако се електроскоп не додирне (Сп.
3.7).
Када се шипка укпони, пистићи ће се скули,.и. Ширење пистића
би значило да се електроскоп у овом случају наелек"рисао јер се нашао у електричном пољу наелектрисане шипке, и да се разелектрисао одстрањивањем
овог поља (удаљавањем наелектрисане шипке). У ствари, епектроскол се уопште није наелектрисао, јер му није преношено наелектрисање са шипке.
Ова појава се објашљава великом покретљивошћу слободних елеtcrрона у металима. Када се елеtcrроскоп нађе у електричном пољу негативно наелеtcrрисане
3.8
шипке настаје одбојно дејство између негативног наелсtcrрисања на wипки и
.......,......-
слободнихелеtcrрона уелектроскопу, Уследтога ћеслободни елекчюни, под дејством
.. UrUI(D
Један од најстаријих
УЈКђоја :ю проиэаодњу еЈ1~КТРИЦИТ~ТО j~ било fЭ!I. ижр.луентно МОl.I,IИно која користи ном~к т риса!lOЊe
T~ и еЈ1~КТРИ'+ЮМ
инqmуенцијОМ. О6и'*fO c~ oкpetl~ осовина моја НОСИ
A!le
naралмне
пл~. о но ИllЮДИМО c~
сила електричног поља, прећи на доњи крај електроскопа, који на тај начин, постаје негатив н о наелеКЧ'исан. У исто време горњи крај eneКТPOCKorl a постаје позитивно наепектрисан, пошто се у љему јави мањак електрона. При томе, укупна КОЛИ'iина
позитивних и негативних наелектрисања у телу се није променила. Ова појава се назива електрич на инфлуе н ција и л и наелектрисање тела без додира. Дакле, тела се наелектришу иифлуенцијом: услед раздвајања наелектрисаtьа у њима под дејством електричноr поља.
Сличан оглед се може извести и са два електроскопа, међусобно спојена метал
нana]~ ды мyrл~ које c~
ним проводникам са изолаторском Дршком (Сл. 3.8). Акосе једном од њих приближи
ноелектриwy РОVlичитим
наелектрисана поливинилска шипка, онда ће се оба електроскопа наелектрисати.
ноелектрисоњем. Иомо је принцип рода jeднocT08CIН. само конструмцијо мowине
је сложено.. по j~ неtlсшо OIд~ 06јаwњo!IQТИ, QЛи морамо нагласити да су
бројна ИСТpФkи!lOЊO иэидено. noмotly ~ и до c~ И донос
Да би се на њима задржала наелектрисања, треба склонити ПРОВОДник Kojl! их повезује, а потом и ПОЛИВШI ИЛСКУ ш и пку.
Споје ли се елект роскопи поново металн и м проводником, они ће се
потпуно разелектрисати. То показује да су електроскопи бипи наелектрисани једнаким количинама електрицитета, али супротног знака.
Наведимо
MOJllДO може наllи у неком
н ачина
мо6инету:ю q:lМэиму.
на
електри'iНОГ
постоје
Е......,...,....
јeдIЮМ тму ноелектрисotЫ
начин
ltOНuентриш~ на оштрим
наелектрисања
у
појам
простору
која
могу
успостави
елеКТРII 'iНО
поље,
крећу у смеру поља, док ће се не гаТИВ ~l а
је до рецимо по]итиllНO I+Oмемтрисоње но шиљму
наелек трисања
одбија поэити!lНe јоне
кретати
супротно
детаљније бавити у наредној глави.
c~ НОЭИIlO
3.9.)
од
смера поља . Овим кретањем ћемо се
8QЗДУХО И постоје нытор".
nOJollO
Нека
последицу
увели
онда ће поз и тивна наелектрисања да се
мрој~!lИМО. Лослцицо ТОга
не.:ремат LIJИ.1Ъ(lКO". ( Сл.
поља.
једну
смо
слободно да се крећу. Ако се на неки
ИскуСТ80 nOl\OJ'fj~ до c~ но
о само
још
који
..
СлUl(а3.9
" РАД У ЕЛЕКТРИЧНОМ ПОЉУ
3.5.
И ЕЛЕКТРИЧНИ НАПОН Два истоимена наелектрисања се одбијају КУЛОНО8ИМ силама. У условима без треља и отпора средине она би се удаљавала једно ОД другог. Значи да се под дејством електричних сила врши рад. Ако је једно наелектрисање фиксирано
-
креће се ДРУI'О. што значи да има кинетичку енергију.
ЕЛЕКТРИЧНИ НАПОН Уколико п остоји неко наелектрисано тело и у про стор ОКО JЪe l'a (у његово СJIСКl'РИ ЧНQ поље) се унесе неко наелсктрисање некој тачки п оља, IIзеllектриса њ е
р
q
q,
све ДОК се држи у
има електричну поте нциј алну енергиј у
(Е )' Та потенцијална енергија је пропорционална количини елек триците т а
тог тела: Бр
=
v· q.
Према томе, потенцијална енергија јединице (П03ИТИВНОI' )
наелектрисања
.v= Бр q
представља карактеристику електричног поља у
тој тачки И назива се електрични потенцијал. Јединица електри ч ног потенцијала је ВОЛТ
(У). ИЗ дефиниције потенцијала следи:
1) ) IV = - = 1- ·
IC
С
Тачка поља има потенцијал од наелектрисање од
1 V ако у њој 1 С има потенцијалну енеРI'Ију 1 Ј.
Проблем са којим се овде срећемо јесте чињеница
да
се
поте нцијална
енергија
увек
одређује у односу на неку вредност и обично се за нулту вредност бира рецимо е нергија тла или
пода вежбаонице ("земља"). Целокynна
терминологија
подсећа
на
гравитациону
потенцијалну
енергију. Тако се за тачку која има већу вредност потенцијала. каже да је
"на вишем потенци;алу" од тачке која има маљу вредност потенцијала ("на нижем потенци;алу"). Будимо прецизнији. Терминологија се односи на позитивно наелектри сање. Ако се подсетимо закона одржања енергије из
7.
разреда. можемо да
размишљамо наследећи начин: знамо да је позитивно наелектрисање " извор" електричног поља.
Ако
позитивно
наелектрисање
приближавамо
другом
позитивно
наелектрисаном телу (крећемо га супротно од смера поља), при томе улажемо
рад,
потенцијал). позитивно
и зато ово тело стиче потенцијалну енергију (расте му
Супротно
томе,
наеJlектрисање,
ако
значи
негативно не
наелектрисање
улажемо
никакав
рад
привлачи за
ње .'ово
приближавање, већ сила поља врши рад. Дакле, тело не стиче никакву
енергију,
и
можемо
рећи да
има
»негативну"
потенцијалну енергију.
(Ово зато што смо дефинисали енергију као способност тела да изврши рад,) Ако две тачке електричног поља или два наелектрисана тела имају
различите електричне потенцијале:
њих влада електрични напон
Vt
И
V!,
при чему је
V t > Vl ,
тада између
(U): И=
Vt
-
V2 •
Јединица за електрични напон, као и јединица за електрични потенцијал,
је волт. Обратимо пажњу да се често користи израз "разлика потенцијала". Када треба бити прецизан, обично се разлика потенцијала између две тачке, нпр. А и В пише као ИВА =
VB - V A •
Одавде следи још једна битна особина. Посматрајмо у пољу три тачке А, В и С. Нека је ИВА =
VB - VA
,
налазимо Исв + ИВА = V c - V"
а ИСВ = Vc - V B. Ако саберемо ове две величине, + (V H - V,) = V c - V A' Овај резултат да се разлике
потенцијала тачака могу једноставно сабирати, користићемо касније.
Ако мало размислимо, схва т ићемо да између тачака са раЗIlИЧИТИМ 'потенцијалима електрично поље делује на наелектрисано тело силама
различитог интензитета. Тачки са вишим потенцијалом ће одговарати сила вишег интензитета, док ће у тачки нижег потенцијала та сила
бити мања. Уколико у пољу позитивно наелектрисаног тела помера мо друго
тело,
позитивног наелектрисања, јасно је да
се
за
постизање
више потенцијалне енергије мора уложити неки рад да би се позитивно наелектрисање кретало супротно од смера поља, тј. од места где на њега
делује мања одБОјна сила ка месту где је то одБИјање веће. Но уколико се покретна наелектрисање препусти дејству електричног поља, јасно је
да ће га Кулонове силе покренути од места вишег потенцијала ка месту нижег потенцијала. Ако тако размишљамо, видећемо да је постојање разлике потенцијала између две тачке, неопходан услов да дође до кретања наелектрисања између њих. Штавише, ако две тачке у пољу које имају различите потенцијале спојимо проводником, долази до кретања
наелектрисања све док се потенцијали не изједначе. Прича је потпуно
идентич н а и за негативно наелектрисана тела, само ће се она под дејством електричног поља кретати од тачке са нижим потенцијалом ка тачки
са вишим потенцијалом. Да би се то лакше разумело, довољно је само замислити негативно наелектрисано тело које може слободно да се креће у пољу непокретног тела позитивног наелектрисања.
Напон џепне батерије четвртастor облика је 4,5
V. То је у ствари
раЗllика
потенцијала између њених полова, тј. металних прикључака на баl'ерИјИ. Исто тако је напон електричне мреже у кући
220 V.
Ово је потенцијална
разлика између два проводника којима се електрична енергија преноси до
потрошача (сијалице, греј алице, пегле итд.).
РАД У ЕЛЕКТРИЧНОМ ПОЉУ Посматрајмо
наелектрисзње
детаљније
има
две тачке
различите
у
елеКТРИЧНQМ
потенцијалне енергије.
пољу у
којима
ИЗ дефиниције
електричног напана
следи:
L1Ep = q'U' Пошто је промена електричне потенцијалне енергије, при премештању
наелектрисања
q. једнака раду електричног поља, доБИја се: A~q · U.
Рад извршен при премештању наелектрисања између две тачке у електричном пољу не зависи ОД тога кроз које тачке пролази наеllектрисање. Рад зависи само ОД положаја почетне и крајње тачке на путањи наелектрисаља, дакле ОД електричноl' напана.
Конкретно, при премештзњу количине електрицитета ОД
1 С.
И3 једне у
другу тачку електричног поља између којих постоји електрични напон ОД 1 У, врши се рад ОД 1 Ј.
Како се мери напон, говорићемо у наредном поглављу када будемо говорили како се мери јачина електричне струје.
Нека је поље у неком делу простора хомогено (сл.
3.10).
Онда је сила
којом поље делује на наелектрисање у свакој тачки простора једнака и има интензитет
F= Q' Е.
~Cnu"a3.10
Ако се под њеним дејством наелектрисање помери за пут (од тачке А до В на сл.
3.10), извршени
радје једнак
А ~F· d~q· Е · Ј. Како је рад јеДI~ак А
=q ц
видимо да је
и~E·J. Одатле следи да је интензитет јачине хомогеногелектричног
поља у простору између две тачке са разликом потенцијала
U
једнак
И
E~-.
d Одавде следи још једна, много чешће коришћена јединица зајачину електричног поља, а то је
1 У/т.
d дуж
поља
•
I
О<цм."аЦIII'" м '!'ilNlCH,) ,
'0
3.6.
ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЈАВЕ
У АТМОСФЕРИ Човечанство је
природи,
од древних
времена сведок
пре свега удара громова.
електричних
Разумевање електричног
појава
у
карактера
ових појава почело је тек са развојем науке о електрицитету. Строг а уједно врло ефектан доказ да је гром у ствари електрична варница , дао је раније
поменути Бенџамин Франклин. Да би показао да се гром понаша као велика електрична варница какву је производила инфлуентна машина , Франклин је
током олује пуштао папирног "змаја", при чему је близу краја канапа којим је држао змаја ставио метални кључ . На врху змаја се налазио метаllНИ шиљак
који је "олакшао" удар грома . Када је гром ударио у змаја, влажан канап је провео наелект рисање до кључа и он се истопио! Одавде је ФраНКЈ1ИН и з вео
многе закључке везане за електричну природу грома. Једна од идеја је да би се з г раде МО I'ле заштитити ако би се на њих поставио шиљак преко којег би се даље наелектрисање одвело у земљу. То је у ствари идеја громобрана. (Сам Франклин се, иначе, налазио у згради на сувом и држао суви део
канала. Постоје анегдоте да су неки други физичари стајали на отвореном и
. понављали
овај оглед држећи влажан канап и наводно ПО I' ИН У1I И.)
Како ми данас тумачимо појаву грома? Молекули водене паре. као
топлији од ваздуха. пењу се у више слојеве атмосфере. Тамо с е кондензују у ситне водене капљице, чинећи облаке. На свом путу. молекули водене паре се сударај у са молекулима ваздуха и наелектришу. На тај начин , облаци су наеnектрисани.
Овако
наелектрисан
облак
електричном
индукцијом
наеll ектрише
други облак или високе објекте на Земљи: фабричке димњаке, дрвеће, З I'раде (Сл.
3.11).
Ваздух се понаша као изолатор, али када је разлика потенцијала
велика долази до појаве варнице
-
еllектричног пражњења. Напон и з мећу
два облака ипи измећу облака и Земље може да износи и неколико милиона IЮЛТ И. те измећу њих долази до врло краткотрајног електричног пражњења и ми ВИДИМО муљу (Сл .
3.11).
Блесак муње прати, са извесним закашњењем
грмљавина, која настаје услед наглог ширења усијанOI' ваздуха . (Када будемо
говорили о брзини светлости. разумећете зашто прво видимо муњу па тек о н да чујемо I·рмљавину.) ЦеllОк у пна појава елеКТРИЧНО I' Ilражњења између облака и објеката на Земљи назива се гром . Деловање грома често је разорно, јер се велика количина енергије пренесе и ослободи у веома кратком времену.
Радови Франклина потпуно су објаснили законитос ти атмосфеРСКОI' електрицитета, па је на основу тога пронађена и заштита од грома. Франклин је први прона ш ао громобран са шиљком. Овај громобран се састоји из шипке. постављене на највишем делу зграде ИЈI И објекта који треба заштитити од грома. Горњи крај шипке завршава се оштрим шиљком и она је повезана дебелом бакарном жицом или поцинкованом траком, са бакарном плочом, која ј е дубоко закопана у влаж н у земљу.
-
~
Ако ОД грома треба ззштитити неку већу зграду, на њу се поставља више громобрана. а у новије време се користе мрежасти rpомобрани. Њих чине металне траке постављене на ивице кровова, димњака и на
Apyre
истурене
делове зграда. Мрежасти громобрани такође морају бити у добром споју са земљом.
Када
наелектрисани
облак
наиђе
изнад
громо6ранз,
ОН
својим
епектричним пољем, тј. инфлуеtщијом раздваја наелектрисања на громобрану,
тако да се врх 11'омобрана наелектрише сynротно ОД облака. Помоћу дејства шиљка врши се разелектрисавање облака. Понекад се овај процес не заврши,
те се између шиљка и облака јави електрич.на варница. тј. гром. Он
..удари"
у шиљак, при 'IСМУ се наелектрисање облака спроведе кроз 6акарну жицу у земљу. а да се притом не деси никаква штета
•
Спика
J.ll
.
ПОСЕБНО УПДМТИТИ
(kновни ,целићи ОД којих је изграђена супстанција имају једну особину која се назива наелектрисање. Електричне појаве су последица постојања ове
особине. Прецизније, постоје две врсте наелектрисања: ПОЗИТИ8НО и негативно. Истоимена наелектрисања се одбијају, разноимена се прнвлаче. у средини атома је њеГО80 ПОЗИТИВНО наелектрисано језгро. Оно се састоји ОД ПОЭИТКВИИХ
-
протона (р) и електронеутраllНИХ честица
језгра се крећу (кажемо да
..круже")
-
неутрона (о). ОЈ(О
негативно наелектрисане честице
-
елек
трони (е). Протоки и електрони имају једнака наелектрисања, али супротног знака: протоки +е, а електрони -е.
Маса еnектрона је око
пута мања ОД масе протока. Када су ОНИ
1840
отрrнути од атоиа, могу се ЛaJl:Q покренути дејством неке спољашње силе, рецимо еllектричног поља.
Једннкца за количину наеЈЈеЈ(трисања је један кynOH (С) . Елементарно наелектрисање оида износн:
1 е=
l,б·lО- 19 С.
При наеЈЈектрнсавању тела не ствара се наелектрисање; оно се само раздваја
и преноси се са тела на тело. Укупан број позитивиих и негативних елементарних наелu:трисаља остаје непромељен. 08ај закључак је познати закон одрж:ања наелеJtТрисања.
Материјanн у којима наелеJtТрисане честице могу слободно да се крећу, називају
се
проводници,
они
који
не
проводе
електрицитет
називају
се
изолатори.
Сила Ј(оја делуј е између наелектрисања сразмерна је количини наелектри сања, а обрнуто сразмер на квадрату растојања између њих:
F = k ql q2 .
"
Кажемо да око иаеЈЈектрисаиог тела постоји електричио поље, којим оно делује на дрyrэ наеЈЈеJtТрисана тела.
ЕлеJtТричне линије сила су замишљене линије које се поклапају са правцем дејства сила еле:ктричног поља на позитивно наелектрнсану честицу.
Уколико се у неку тач.kУ електричног поља унесе ие..:о наелектрисањс
q.
р
оно има електричн'У потенцијалну енергију (Е ) ' Та потенцијална енергија обра .. уната по количини електрицитета тог тела представља карактеристику
та"ке електричног поља и иазива се електри"ни потенцијал:
Е
у=-'.
q
Ра3ЛИЈ(а елеЈ(ТРИЧНН:Х потенцијала између АВе тачке се назива напон нзмеђу ОВИЈ: тачпа:
U=
У1
-
V1 •
Једнница електричног потенцијала и напонаје B01lТ
(V).
Рад електричног поља сразмеран је еле,,:тричном напону: А
= q'
и.
ПИТАЊА
1.
У
6.
разреду смо посматрали nагану кугnицу обешену на канап коју привлачи
наеnектрисано тело. Овај уређај се назива електрично клатно. Међутим. кад клатно додирне наелектрисано тело, између њих долази до одбијања. Објаснити.
2.
ПОЗИТИВНО наелектрисана метална кугла додирне исту ненаелектрисану куглу.
Каква ће бити електрична·СВОјства ових кугnи посnе њихових раэдвајања~
3. 4. 5. 6.
Да ли се може метална шипка наелектрисати тpeњeM~ Због чега електрони имају већу покретљивост од протона? Зашто одвртач за електричарске радове има Дршку од пnастичне масе?
Заwто електричари све радове обављају помоћу ryмених рукавица, а понеки пут навуку и гумене чизме?
7.
Како то да птица може безбедно да сnети на проводиик електричнеструје, а ми не смемо да их додирнемо док стојимо на Земљи?
Пуйи", Фра"кли" и свеши Илија
Са животом и делом великог српског научника Михајла
Пупина упознаћемо се касније. А овде НЗВОДИМО један одломак из његове аутобиографије. Михајло ПУЛИН у аутобиографији пише: Крајем ше Соуине моја мајка је усигла наiО80РUШU оца уа ме йошаљс у 6UШУ ШКQЛУ У Панчеву. Тамо сам срео учuшеље који су на мене учинили јак ушисак, нарочишо н>иХО80 йознuваН>е
ЙРUРОУНUX наука које су биле сасвим неilознаше у Иg80РУ. Тамо сам йрвu йуш чуо за неко; Американца који се звао Франклuн,
а који је йом.оћу Кlbуча и змаја открио уа је му/оа uослсguца
елекшрuчноi йражњења које насшаје између 9ва облака, а уа је јрмљавuна
uослеguца ексйлозuвноi
шuрења вазgуха "ајдо заfрејана; арадо. СКОМ елекшрuчноf ЙОЉD. Ойuс ове йоја ве био је йроuраћен eKcйepиMeHйioM
иЈбеgеним
uомоћу
елекйiросйiайiич
ке машине која је UРОUJ60gила елек
шрицишеш uушем шрења.
Ново са
Јнање ме је усхићивало; све је шо било йiaKO ново и йiaKO јеgносшавно, шако
ми се бар шаgа чинило, а у исшо време било је тако оuречно свему што сам ВО шаgа UОЈнавао.
Кава сам uосешио свој вом, иСКО рисшио сам йрву uрилику ва свом оцу и
њејовим йријашел,uма, који су се окуйи
ли uрев нашом кућом у невељу uойовне и РаЈiоварали, исuричам шта сам ново
научио. Оgјеgанuуш сам йримешио ва су се ошац и њејови uријатељи Јаiлеgа
ли у чуgу. ИЈiлеgало је као ва се йоiле
вима йитају: "Какву нам то јерес йри ча овај врски веран?" А онва ме ошац сшроiо йоiлеgа и уйиша ва ли сам Јабо равио оно шшо ми је чесшо јоворио
-
ва
јрмљавина насшаје услеg шанgркања
кола свешоi Илије кава се вОЈи КРОЈ рај и ва ли ја мислим ва шај Американац Франклин,
који
се
ијрао
Јмајеви
ма као бесйослено gерле, Јна више о томе нејо најмуВрији љуви у Иgвору.
• Увек
сам
високо
ценио
очево
мuшљење,
али
јао а ва се не насмешцм са uрuзвуком ироније,
ово!
uуша
Iщсам
мо
шшо ја је наљуШuло.
Кава сам йрuмешuо срџбу у њејовим круЙнuм. црним Очима, скоч.uо сам и йо
бе/ао. Исше вечери ошацје мајци за вечером uсuрuчао о јереси коју је
09 мене
чуо шо йойовне, али је њејовй срцба била gосша сUласнула. Мајка је йрuмешu
ла ва нијве у Свешом йuсму није нашла ЙОU16рgу за леiенgу о cвeйiOM Илији и 9а је сасвим мојуће ва је шај Американац Франклuн у ираву, а ва је йрuча о свешом Илији Сюiрешна. По йuшањuма шачноf шумачења сшарих учен,й, мој Qшацје увек био сйреман ва йрuхвашu мајчuно мuшљен,е ше се шако нас
В80јuца измирuсмо. М. Пупин: Са uаш1t>lIка
90
научењака,
Завод за уџбеннке и наста8на
cpencTfla,
Беоl-рад.
1996.
рачун увек када стигне во вам говори ДО што За а. им Животно искуст ан међу укућ изазива уз6уђење ри ва ст у то ~за струју", он уз6уђење и шта ја изазива такво ру а ст ем на пр ич , тр РОД ек ел струја врши свом протицању, и да Пр са о? и. ам ит аћ ат пл а пл
оно што треб енергија и то је већ и како томе, троши се енергија троши ,
само како се ова ћемо научити не дети. је можемо уште
чина Кsъ'f'*ie речи: наизменична) , ја (једносмерна и ја ру ст на а ич чн тр ри ек т елек олатори, ел оводници и из
је , пр орна сила, електричне стру кон, електромот ника, Омов за од ов пр т ос рн о струје отпо плотно дејств ичне струје , то тр ек ел а аг сн рад и инструменти он), електрични (Uул -Л енцов зак
о
•
4.1 . ЕЛЕКТРИЧНА СТРУЈА ПреНОШС IbС наСllсктрисања са једног те,. а Ilаслектрисањ<.1
у
еJlектрич~юм
СJlсктрисаних 'ЈССТl1ца, ОДНОСНО,
пољу
уо п ште,
113
ДРУ I'О ШlИ прСМСlIIтање
представља
електричну струју .
ст руј,нье
Елек тр и ч на
може rюстојати само ако у средини постоје преносио ц и те струје
-
Н3-
струја
слобод ни
носиоци наслсктрисања.
у
поглављу
описан је јеДlюставан еКС ll СРИМСНТ у
3.2
коме се д ва
слсктроctсо[]з I lае,IСКТРИСilна једнаким КQЛИ'I ИН3М3. 311И ра3Ј1ИЧ ИТ ИМ врстама
наСl l сктрисања спајају проводникам, нако н 'IСI'З се разслсктришу (Сл. у ОВОМ случају електра н и са негативно наслсктрисаНD "
3.36). 113
тела П рС1l3ЗС
позитивно, стварајући ТОМ ПрИ11 ИКОМ к раткотрајну ст рују кроз пр овод ник којим су сnсктроскопи с појени.
Позитивни еЈ1ектро скоп се налазио на
8ишем а негативни на lIижем потеllцијаЈI У. Да би дош ло до усмере н ог тока haeJl ek-грисања кроз
н еки провоДник, IIСОПХОДНО је да се његови
крајеви
наflззе на ра 3 IIИ
'1).
елсктрични напон.
Овај процес би МОЈ'ао да се 06јасни на још један на'шн. У простору између
Al.la наслектр и сзна слеКl'роскопа постоји елеКТ РИ'IНО поље. Када
се IIроrюдник иа l)е у том пољу, слободни н осиоц и наелектриса њ а, (у овом
СЛУ'Јају електрани) ЈЈОЧИЉУ се кретати
110A његовим дејством. Подсетимо се
;ош да је еllеК ТРИЧIIО поље усмерено од тачке више г поте нц иј аJlа ка таЧ КI1
Ш1жеЈ' потенцијала. Да би нам 6ИЈЈО једноставниј е, тачку Вl1шег п оте нција 1l а
0з начавамо са
,,+ ", а тачку
наелектрисањима те
нижсг потенцијала са .. -", што кона'ш о од говара и AllC Ta'IKe. Те две Ta'IKe могу би т и полови једне батерије
или две тачке које се у 6И1l0 каквом електричн о м пољу наЈl азе на различи тим еllектричним потеll ц ијалима.
YC~lcpeJIO кретаље наеЈlектрисања у е!lектричном IIOЉУ је еЈlектрична струја.
ElleKrpt1 0 llla струја Tc're све док
IIOС1'оји раЗflllка
еЈlеКТР~fЧНИХ lютеНIЏ1јала, односно, електрични
lIaHOII .
Смер еЈlеКТРН'llIе С'I'рује јс увск ОД места Вlfше l ' ка месту IНIЖСГ ПО1·снцијаЈI3.
Ово је међународна кон венција. Види се да тај
AOl'OBOP прати кр ета ње
110ЗИТИВНО ~lаеllеК7рисаних 'IСС7ица.
Све материјалне средине могу бити добри проводници електричне с трује , ако имају довољан број слободних нос илаца наеnектрисања . А који су заправо ти СJlоБОДl l И IЈОСИОЦИ наелектрисања~
OAL"080P зависи ОД средине, односно, супстанције у кој ој се струји и ток одвија. Сигурно нису испl код метала,
I'aCOBa или КОД течности. Ч врсте - И30llатори (l1лаС7ика, гума,
СУГIC'Гаиције могу 6ити I\еома ЛОШИ провод НИЦИ
суво д р во ... ), ,ШИ и изузет но доб р и (мет али или графит).
бб
ЕЛЕКТРИЧНА СТРУЈА У ТЕЧНОСТИМА И ГАСОВИМА МетаЛ Jl и м ај у КР И СТ3 11Н У гр а ђу. Атоми су рас поређе ни у I l раВИ Jlн е про сторне
pelllCTKC(Сп . 4. 1). П о ј ед а н
или ви ш е
еЈI СКТРОl 1 3 ОСЛ060l\И се ОД С8аК О I' атом а и слоБОД II О лу та рсшстком на с в е стране.
НОС IIO IЏI СllСКТрllЧllе струје код метала с у електрони.
ТС Ч НQСТИ су релативн о слаб и проводни ц и еле ктричне
струј е (IIП Р . 'I и ста деСТИЛQва н а в ода ј е и зол атор ) . И зуз етак су мет али у те'lНОМ 3 1'регат н ом сг а њу и раствори.
П РОlSОДЉИ80СТ воде се пов сћавз додавањем
СОЛИ ,
киссn ина ил и б аз а. Наи ме. у раствору се поја в е поз и тив н а и не гативна н аепеКТ РИС3 l ьа , з ато т еЧ Н Q СТ п остаје п ровод ии к
СIlСКТр И 'l не струј е. Та кву теЧ НQ СТ Н3З ИВСМQ електролит. Ато м ил и МOII СК УII кОј и ј е насп сктрисан зато ШТО и ма виш ак ЮI И M a lb ~ K еле кт р она на з и в а с е п ози тива н или н егати ва l' l
јо н.
у епеКТРОJlит им а се уве к н а ла зе пози т ивни и негат ивни ј они
окруже ни
м опекули ма
воде.
Такво
раздвајање
супстанц ије н а јо н е зо ве се. електролитичка дисоци; аци;а.
Поз ит ив ни ј они се н аз ив ај у катјани , а негатив н и јони
..
Сn шm
'1.1
..
Сл IlI(II
4.2
-
аија н и.
Ако се у раСТ1ЈОРУ ус п ост а в и е1lект ри'l НО поље, катј они
ћ е се кретати ка мест у ни жег п отенциј а ла (у смер у поља), а а нјо н и
-
ка вишем (СУПРОТ IIО од смера п оља). И ето
усм ере н ог к ретања II аслектри са lbа . Треба н а гласи ти
да
о вде п остоји ,,д вострука" електрична стр уја: анјонска и катј он с к а (Сл.
4.2). Нос и оци ел ектричне струј е у електролитим а су ја ни.
ГaCOO Jt Te су пстаlщи;е су
ве ом а доб р и
Ме ђ утим, и ОНС могу да се ј а н изују
-
и золатори.
насл е кт ри ш у, СЈI ИЧ Н О
као МОJl С К УnИ иоде н е па ре прилико м љ иховог к рета ња к роз
и а здуш н е сл ој е в е пр е образоu а ња облака. Пр и јО I~и з ациј и , мопе кул и ва эд ух а остају без једн ог, дв а
или IJИ w e cneKTpOIJa. ОIlИ по стај у по з и т ивн о наел с ктриса ни
-
IЮ3 И ТИ ВНИ јО IlИ. У ваздуху се, ка о по след ица п роцес а
јонизациј е lI аllЗ З С и слобод н и ел е кт р а н и . HaCIt O L~ 11 сле КТрlIчне ст рује у I·асу су ел еКТрОtНl и ;ОIlИ.
67
На сли ц и
4.3,
Х-з ра ц и јон изују I'аС између пло ч а ~I између љих тада
п р отиче струја , (О овим п родо рн им И невидљивим зрац и ма саз н аћете ви ше у с редњој школ и .)
у ј а ком СIIСК'ј'РИ 'lIIOМ в ољу може до h и до н аГIIОГ усме р еног кр ета ња ових наСll скт риса ња, кој е се О Гllеда у елеКТРИЧIIОМ п р ажње љу (С/lС КТ РИЧ НИ
" ук. м у њ а .. ,).
68
4.2.
ЈАЧИНА ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ
Дефиниција елеКТРИ 'I не струје, као природне поја ве усмерено г кретања кроз ПРОВОДНИК, ни ш та н ам не говори о каЛИ'Ј ИНИ пренеl'О Г електрицитета,
а још мање о вре ме н у за које се тај процес извршио. 3ато ј е ynедена скаларна
физичка вели чин а
-
ја'lИllа СIIСКТРИЧIIС струје
(1) . Она је једнака КQIIИЧНИКУ
1'.ренеСС I I С КQличин е електрицитета и вр емена за које је то у ч ињен о: ЈаЧИllа СЛСКТрl1чне струје Ilредсташьа КОЛИЧИIIУ електрицитета која се у јеДИllИЦИ времена пренесе кроз IIОllреЧlllt
IlpeCCK
IlронаДlIика.
Ако се јачи на СJlсктри ч не с трује не мења ТОКОМ вр еме н а, онда 8ажи:
q
! = -. t Уколико већа количина електрицитета прође кроз праВОДIIИК за једну секунду
утолико је већа јачина те СJIСК Т РИ'lне струј е.
-
lа'lИна еllектрич н е с трује је основна (једна од седам!) физичка величина. 3ато је и њена ј единица:
aMllep
(А)
-
основна ј единица међународног система
ј еди ница.
Јасно је да ће кроз ПOl. реЧIIИ пресек rl роводника пр отећи већа количина електрици те та, што је електричн а струја јача и шт о је дуже време протицања те струј е, тј .
q= Из
ове
реllа ције
се
може
Т · '.
изразити
изведе н а
ј единица
количине
елек три цитета :
1 С = l A·ls = 1 As. у нашим прописима се
wјачина елеlпри чн е струје"
назива wелектрична струја" што је преузето из стране литературе. Аутори ове
књиге. заједно са већином сриэичара сматрају да је wелектрична струја' сризич ка поја ва . а њена квантитативна
мера управо wјачина
електричн е струј е',
69
ДЕЛОВАЊЕ ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ Из свакодневног живота је добро познато да еllсктрична струја има ра311~1ЧИТО дејство.
Протичући кр оз грејач пете или бојлера
1'011110'1'110 дејство. сл сктричне
CUCTJlOCHOr
СlI СКТРИ'IНЗ струја ИС l'lOљава
-
Ту се СJlск трична енергија прет в ара у ТОП/lОТУ. Различите
свсти љке
осветљавају
чов еков
п ростор.
У
овом
I'I римеру
дејства слсктри ·ш а енергија се п ретвара у светлосну. Када је
веома l'ОШIO, укључују се вентилатори. Веш-машине муљају и цеде рубље
ротацијом 6убња помоћу CIICKTPOMOTopa. Овде се испољава механичко дејпво елеКТрИЧIIС струје, а еле кт ри·ша енеРl'ија се претвара у механи ч ку. Поред
01301'а,
електри чна
ст р уја
има
MarHCTHO
дејство,
нпр.
КОД
em~KTpOMaГHeTa. Она ис поља ва и хемијско дејство. ТИПИ'IЗН I'Iрим ср OBQI'a је код епеКТРОJlизе воде ипи неког
APYI'OI' раствора
ипи растопа.
При (:ВИМ ОВИМ дејствима један ВИД еllеРI'ије (еЛСКТРИ'Iна) Ilрствэра (:е у неки ДРУI'И. И за ове про цесе важи ПрltllЦИl1 одржања еllерпtје.
Треба нзmасити да ови процеси н ису једносмерни, Они се могу одвијат и и у супротном смеру. Тако се у термоеnектранама
-
ТОПЈlOтн а (пре l'рејана
па ра) п ретвара у механичку ( ротациј а т ур6ине). а она (у ГС~lераторима) у ~nСКТРИ Ч~I У ене р гију. Овде смо навеЈIИ примере у којима се еJlектрична енеРПlја претвара у
неки ДРУI'И вид енергије у неком уређа; у. Када на с не занима ЊСl'она природа ппи сврха, већ само '1ињеница да он постоји и тро ш и еJiектрич н у енеРI'ију. БИЈro који такав уређај ћемо једноставно звати .,по'rрошач",
70
4.3.
ЕЛЕКТРИЧНИ ИЗВОРИ
Ахо се два раЗ!Н1'Н11'О IIaСJlсктрисана тела спаје металним
ПрО80ДНИКОМ. доћи ће до УСПQСТ
"рОВОДИИК. НаСЈlсктрисања (СЈI СКТРОНИ, у овом случају) прелазе са ј едног тела на друго само ако је lюстојаll З разлика СlI СКТРИ"
них потенцијала између тела. Преласком наелектри са ња на дру
го тело, ова разлика потенцијаnа се смањује и врло брзо се по тенцијали ТСJlЗ изједначе. Тада престаје протицање Сll сктричtlС струје.
За rIОСТО;ЗЉС сталне електричне струје у проводнику ПОТ р ебно је да се на ље '"ооим крајевима успостави и неп рекидно од
ржава разлика потенцијала, ОДНОСНО да у њему СТЗМIQ lIостоји
епектри чно rlQље које проузрокуј е кретање слободних носиmща наелектриса њ а . Уређаји помоћу којих се то II Qс ти же су извори елекrричне струје. У слсктричним изворима на с таје раздвајањс П03ИТИВl I ИХ и нсгаТИВ l lИХ
нае/l ектрисања и усмер авањ е ЊИХОIЮГ кретаља. Раздвојене наеllектрисане честице ДО/l азе ва одређене делове извора који се н азивају полови извора.
Већ смо рскли да се 1l011OВи. изuора 0значаuају са
"rI1lYc" ~1 "минус" да би се
нагдаСИJlQ који је на UИlUсм'сnсктричном потенцијаllУ, тј. у којем смеру делује електрично поље унутар ПРОВQДlIика. Постоје различити процеси чији је pe~
зултат раздвајањс и уређено кретање слободних наеllектрисани.х 'Iестица у електричним изворима струје, нпр. механички рад, хемијска реакција и др. У с вим тим процесима долази до претварања неког 0611ика енергије (механич· ка, хемијска, унутраШlbа, свеТllOсна или IH~Ka друга) у елсктричну енеРI'Ј1ју. Проводник
који спаја
полове електричног извора чини
clloJballlIbe
електрично коло. О но може бити сложе н о, јер може да садржи различите "потро wаче " (нпр. сијапица, мерни инструмент, грејач ... ). ЕлеКТРИЧIIИ извор са процесом раздвајања наелек
трисања 'IИНИ у"у·rрашње еll еК"rрична коло. Заједно са спољаН.IЉИМ , оно чини затворе ll струјllИ круг или, једно· ставно
-
електрично КОIIO.
УКОJlИКО
У
елеКТРИ'IНОМ
колу
епектрична
струј а
прот и че С1"а/1l1O у истом с мер у, онда се ради о једносмерној елеl(тричној струји.
Beh
смо реКJlИ да струја
1"e'IC од та'lке
вишег ка тач ки lIижег потенцијала It да се код извора извод
који је на в иш ем II01"енцијаllУ 06еllежава са " ПОЗ~1Тиван " а онај на нижем са
(- )
(+) и на3ИIЩ
и назива "негативан".
Извори jeД ~IOCMeplle еЈ1еКТРИЧ ll е струје су 6атерије и акумулатори. Ово су хемијски IIЗВОРИ јер се у њима раз~ двајање наСJlсктрисаlьа ИРWlt п утем еllектрОJlит ич ке дисо
цијације. Им ају два пола: поз итивни
(+) и негативни (-).
Ш ематски се 06СJlсж аuај у 0знаком као на Сл.
4.5. .. СлIIКII 4.4
71
Изме l}у ПОЛО IЈа ових извора је обично напон од
12 V
(+
за
1,5 V
(код б атерија) или
(код акумулатора). Два ИIlИ више извора МОI'У да се повежу серијски
-
ДРУГОЈ; његов
+
за
-
трећег,
... ).
Тако се добијају еllектрични извори
!::=======;:,I~~~ већег lIапона, нпр. батерија од 4,5 V И/ЈИ акумулатор од 12 У. ЕлеКТРИЧIIИ
1I01l0Ba)
1'!аПОН на крајевима извора (између његових крајњих
назива се електромоторна сила и обеllежа ва се са Е.
Италијански лекар
Галвани
(Luigi Galvani, 1737- 1789) вршио је огледе сецирања жаба и приметио је да када хируршким
ножем додирне жабу на
~ Слика
металној посуди, она се
4.5
грчи . Како се на столу на којем је радио налазила и инсрлуентна машина, он је то приписао вв. ~животињском
Ако се смер струје стално мења, говоримо о н аизменичној
. Електрична
електриuитету' , Његове
Ст руја из електри ч нс мреже сваке секунде
огледе је поновио
се да осцилује фреквенцијом ад
и анализирао 80лта
(Alessandro Volta, 17451827) који је СХ8QТИО да је суштина у контакту два различита метала
између којих се налази
раствор електролита. Он је на . . инио први извор,
батерију, С110жући комаде два разли . . ита метала. Ове
своје резултате је објавио
1800.
CTpyjll,
мрежа је извор напајања потрошача наизменичнам струјом.
године. Јединица за
потенцијал је добила назив њему у част.
72
50 Hz.
50
пута промени с.вој смер. Каже
4.4.
МЕРЕЊЕ ЈАЧИНЕ И НАПОНА ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ
Јач ина СllСКТрИ'l не ст р ује мери се амперметром. а електрични напон ВОllтметром (Сл.
4.6).
Принцип рада ОВ ИХ мсрних инструмената се засни ва на претвараљу елеКТ РИ'Јн е у механ ичку енергију помер аља казаљке на скал и.
Што је већа ј ачи на електричнс струје
-
скрстање казаљке амперметра
ће бити веће. Слично је код волт метра, само ШТО овде ВС1IИ'I ИНУ отклона казаљке дикти р а ВСl l и'!ина елСКТРИ'lНОI' напона.
'. +
,.i
,.~ ,
-
-
'W"
~. '
"
~ Стlка
4.6
Сада се срећемо са цртањем UJeМQ. Наиме, сувише је сложено да се цртају сви саставни делови кола она llО
1«1110
они )Qиста
изгледају. Зато уводимо o»laкe за п рекидаче,
инструменте и сиј01'lи це или
друге IIDpИСНИllе (потрошаче). Поред тога, електрично коло се црта најчешће у 06лиl()'
правоугаОНИI«I због бољег искоришће:ња простора .
...
СЛlIка
4.7
Кроз ам лер ме т а р (А) у струј ном колу треба да пролази иста струј а као и к роз потрошач . За овакав распоред кажемо да се ампермстар у в ек
везује редно (или <:еријски) са
nOTpowa'ICM.
80лт метар (У ) мери разлику
поте н цијала 1101 крај евима потраш ача. Каже се да се в олтметар увек везује паралелно с а пот рош ау ем (Сл.
4.7).
ВаЖIIО је за йамшuш u ва се амйермешар не сме I/икаg uр и КЉУ '/l.иn u н ейо сревно или g ир екшно на извор елекшр ичне сшрује, Шј. без Йошрош ача. Амйер
мешар би, наиме, у том слу'tају мо јао йреfор еш и или се шешко оU/ШеiПtlШLl. Исшо би се gесило са вomnMetТipoM ако би се у сшрујно КQлО везао серијски са йошроша'lем!
73
4.5. ЕЛЕКТРИЧНА ОТПОРНОСТ ПРОВОДНИКА Зна се да елеКТрИЧll3 струја у меТЗJlима представља усмерено кретање
слободних СЈЈсктрона. Крећући се ПОД утицајем СЛСКТрИ'IIЮГ lюља, електрани се узајамно сударају. а сударају се и са јонима КРИСТЗllне решетке метала . 080 узајамно деловање може се у поредити са н еком силом отпора среди не
која успорава кретањс самих СllСКl'рона. Услед ТОI' ДСIIQВЗЊЗ смаљује се 6рзи.ta усмереног кретзња епектрона , а то значи и јачина Сllсктричне струје у ПРО80ДНИКУ. Можемо увести IJСJlИЧЮIУ која показује колики отпор нека среДИllа пружа IIрОТИl1,ању електричне струје. а управо такав јој је назив и дат: епектрична ОТПОРНОСТ .
ЕlIСКТРИЧl13 отпорност је ФJlЭll 1 1ка ВСIIИЧИIIЗ која представља меру отпора усмереном кретаљу ItaСIIСКl'рисаlШХ честица кроз "РOlЮlџIltК,
Од два провод ника, всћу отпорност има пр аводник кроз који ПРОТИ'lе слабија струја при истим условима (једнаке димензије проводника и једнак п рикључени елеКТРИ'JliИ наПОII на његовим крајевима).
На О С IЮВУ једноставног физичког резоновања може се закључити шта сце утиче на вели'lИНУ електричне отпорности
Кад је дужина ПРОllОДНltка већа наелсктрисања се поново сударају
-
(01.
jeAlIor провоДника.
4.8а), на свом Ilродуженом путу
наилазе н а "додатну" отпорност. Што је
проводник дужи, в ећа му је елеКТРИ
-1.
Кад је попречни пресек праuодника већи (Сл.
4.86),
наеJlектриса њ а
МОI'У Ј lакше да се усмерено крећу избеl'авајући сударе. При томе. КОIIИКО ј е попр ечни пресек проводника већи , утолико је елеКТРИЧllа отпорност мања:
..
74
Слllка
4,8
1
Врста
Сrl СЦИфИЧllа
S'
материјала
елСКТрИЧIIЗ
R--
ОТПОРIIOСТ (f.lт)
Различити
материјали
(метали)
пружају
раЗЛ И'I ИТУ
отпор н ост
про'Г ицању СIIСКТРИЧНС струје. Нпр. алуминијумски провадници имају већу СJlСКТРИЧНУ QТПОр.юст ОД бакар них, аnИ мању ОД ГВОЗДСНИХ. ТО се исказује с п сцифИ'l нам електричнам ОТI10рношћу (р
-
отпорност провоД н ика дужине
неке
1m
Бака Ал МIЈНИ
грчки: ро):
ВОЛ
R-p. Специфична отпорност
С сб о
М
,М
Гвожђе
супстанциј е
представља
СJl СКТРИЧ I IУ
и површине попречнOi' пресека Ј m 1 •
Ако сва преТХОДI~а појединачна запажања "удружимо" у један израз,
Никелин Константан Цекас
1,6 )< 1,7 х 2,8 )< 5,5 х 1,0 х 4,2 х 5,0 х 11 х
10" 10-11 10-11 10-11 10·1 10·1 10·1 10·1
закључујемо:
1
Фиэичари су се опет срели
R=p- .
са пробпемом да 1рИзичких
S
величина има више него у
абецеди и грчком алqюбету.
ЕJlСКТРИЧllа O'rJIOPHOC1' ПРОUОДlIика заllИСИ ОД врсте СУIЈСТЗНЦЈtје
3ато је ознака
(материјала), сразмерна је његовој дуж ии", а обрнуто IIрОIlОРЦИОIl3Л1Щ НQВРШИI ЈИ П ОIIРС'IНOI' )Iресскз ТОЈ' нроuаДl l ика.
за ryстину, али не би смело
4.86). Сада још требада уведемо једииицуза отпо рн ост. Јединица за електри чн у
отпорно ст ј е ОМ
«(1), по научнику са <,ијим радом ћемо се упоз нати мало
кас ниј е . ОМ је и з веде на јединица, а како се дефинише видећемо, такође , мало касније .
Но, да не би смо чекаЈIИ до тада , одмах ћемо увести јединицу специфичне опюрности.
"Ib
је ом-мстар «(1щ). у СJlедећој табеllИ су дате спсцифичне
отпорности неких супстанција на
20 ос.
ПРИМЕР Колика је електрична отпорност бакарне жице, полупречника Подаци:
2 mm и дужине 2
Решење:
1=2 krn = 2 000 т r=2mm=2'iO-Э rn
р=
1,7 · 10
'Пт
S=П'г'=З, 1 4' (2'10-'т)'= 12,56'10~ т'
1
-8
R=p'-S=1,7,lО .от·
R- ?
2000 т
12,56· 10
-6
т
2
=2.70
Важно је уочити да ч а к и извор ЕМС има отпо рн ост која се мора узети
у обзир при прорачунима. О н а се щща назива унутрашња отпорност И31.юра .
75
специ!ричну
да дође до забуне.
Ова фИ 3 И ' lка анаl l иза може се веома 1Ј ако е кспериментаЈ I НО провернти (Сл.
30
отпорност исто као и 03Ж1ка
km?
4.6.
ОМОВ ЗАКОН
Немачки физичар Георг ОМ
(Georg Simon Ohm, 1787-1854)
ис п итивао
је зависност ј ач ине електри ч не струје кроз ПРОВОДНИК ОД напона ва ЊС I'ОIJИМ
крајевима. Ова зависн ост може се лако проверити на колу Сl l сктрич н е струје приказаном на Сл.
4.9.
На извор променљиво г СIlСКТРИЧНО I' напона ПРИКЉУЧИ се 1l0трошач, нека је то у нашем отсду сијалица. При свакој промени напона измери се јачи на елект р ичне с т рује у струјном КОJlУ И вредности унесу у таБСJlУ, Н апон између тачака А и В мељамо на пример ОД О до
12 ВОЛ1'И.
Уочава
се да двоструком, троструком и сваком даљем напону одговара двост рука,
трост рука и даља вишеструка ја'lИна електричпе струје.
ТО се може приказати г рафи ч ки (Сllика
4. 10).
На апсцису се наносе
вредности епектричног напона, а на ординату јачине епектричне струје
(ПОl'Jlедати ла60раторијске вежбе).
HaocllOBY мереља и његово г графичког
прик аза следи да су јач и на струје и на п он управо П Р Оllорционапнс веп и чине. То значи да је љихов однос увек ист и, тј .
u
т
= COl1st.
КОlктаитаи однос изме ђ у епеКТРИЧIlОГ наllона на крајевима Ilровадника и јачине струје која кроз
Ibel"a
о којој смо иећ I'ОIЮРИJlИ, то ј ест СЛСКТР " ЧIЩ Значи,
R=
ИII. Ов а ко н ап исаl l израз нам омогућуј е да дефини ш емо
јединицу еЈl ектричне отп орност и Ј{
•
Слика
jeAHOI· ynpa80 је веЈI.и ч ина OTIIOPHOCT ПРОВОДJlика К
прот и че,
4.IQ
76
u
=I
-
ОМ
.:::;.
(0.): lУ
lП = -
ЈА
V
= 1-
А
.
Горља реllација може се написати и у облику
u
1=-
R
што пр едставља матемаТИ'IКИ иэраз ОМО80Г закона. Исказан р ечима, Омов закон Гllаси:
ЈаЧИllа струје у IIPOKOAII~IKY УllрЗЈ)Q је сразмерна иа'ЈОНУ lIа њеЈ'О .ШМ крајСIШМЗ, i1 обрнуто ср азм еРlta IЬCГOBOM слеКТрИ'lIlОМ отпору.
Из Омовог зако на сл еди још ј еда н његов з начајан облик: и=
RI.
ПРИМЕР Сијалицаје I1рикључена на слеКТРИЧIIИ lIапон и::
је
0.5 А.
220 V, ајачина електричне струје
Коликајс електрична отпорност влакна те сиј алице?
Подаци:
Решење:
и =220У
u
1 = 0,5 А
R=-=
I
R ?
220У
0,5
=440(1.
А
Све ово ДО сада речено односи се на ј еда н
llаТ РО Ш i1Ч који је де о
спеКТРИ'lI\ОГ кО/ш, зато се ово и зове ОМОII зак он за део кола. СIЩКИ провоДиик, као и потрошач, има одређену елеКТр~t'I Н У ОТПОРНОСТ.
П отро шач.и
се
у
еllеКТР~1'IНИМ
шемама
приказују
као
~
R
~.
ПравоугаО I'I И К зами шљамо као елекгри'ЈИИ отпорник чија је отпорност
R
једнака у к упн ој електри'нюј ОТIIОРНОСТИ потрошач а и ПР О80д ника којим
је веза н у коло. Овај отпорник се са остаllИМ ел еме н т и ма кола повез ује
идеалним дужима
-
водовима (ТО су ПРОВОДИИЦИ без еJiеКТРИЧIlОГ отпора),
Коло у којем постоје извори, потрашачи, прекидачи и I1РОВОДНИЦИ (за које се см ат ра да имај у занемарљив отпо р ), аflИ нема I'ранања струје (Сп. 4.12а) , на з ива се просто КОЛО. Ако извор У колу има електромоторну силу Е, а
YKyrlHa отпорност кола је R, о нда Омов закон за просто коло гласи: Е=
R 1.
Када у копу постоји гранање струје, то ј е ТЗВ. сложеllО коло. У сnоженом копу УО' l зuамо д в а нова eJleM e ~I Ta у од н осу на просто коло : постоје чворови који су тач ке у којим а се стич у тр и ИIIИ више п ровод ник а и гране које су
деllОВИ КОl1а и змеђу д ва "в ора. З а п роуч а в ањ е ов а к вих КОll а се корис те тзв. Кирхофопа 11равила. Ми се
овде нсћ емо ба в ити овим праUИll им а зато што, иако је фи з ика која стоји и за њ ихјед н остав н а, јед наЧИll е које из њих следе преваЗИllазе ни во математике основне ШКОJlе.
77
кроз њу
ВЕ3ИВАЊЕ ОТПОРНИ КА у општем Сllу чају прим ена Кирхофооих правила ДО IЮД И ДО проблема решанања с истема једна
у СЛQже ним струјни м КОJlима , нпр . са ви ш е потрошача, могућ е је да се пи ш е потрошача повежу. Овим поьезивањем може да се меља у купна ОТ IIОРНОСТ струјlЮ I" копа, а тиме се утиче н а јаЧИIiУ струје у кол у. Та да можемо да т ражимо један отпор који има отпорност као цео овај скуп отпарника.
Његава отпорност се н ази ва еквивалентна ОТПОР"ОСТ. Њу н алазимо пр еко
и з раза за в ез ив а ље Qдговарајућих отпорни ка. Да би се пронаW llО како, потр еб но ј е ПРОllаћи IIраВИ IIЗ за се ријск у и паралелну везу отп ор ник а . Дакле. у ова два СЛУ'l аја т реба одредити еКШ18алентну отпорност.
СЕРИЈСКА ВЕЗА ОТПОРНИКА Два отпорника Сл.
4.1 l a.
RJ
и п! везан и су редом (један за ДРУ ГИ М) као на
Ако се та вез а заме ни јед ним отпорником (Сл.
4.116),
колика је
његова е кв ивалент на отпорност~ На ос нову (Сл.
U
4. 116).
~ и,
OMOBOI' зако на
следи: И 1
=
R. 1, и2 =
Н 1 Ј (Сл.
4.12a)
и и
= Нс
I
Пр ема о н оме ш то зн амо о особинама разли ке потенцијала
+ U,(Сл . 4. 11 .).
.. CnIlKD
4./1
Заменом првих релација у последљу:
НеЈ = Н . Ј+Н/ !-Ј ~Rc=R.
+ R2•
Екв и валентна елеКТРИ'l l lа 01' Il0РНОСТ редно везаних ОТПО РlIи ка ј еднака је з6иру њихо вих еле ктричних отпорности.
78
ПАРАЛЕЛНА ВЕЗА ОТПОРНИКА
.. Слllка 4. Ј 2
Д н а ОТ ПОРl lика н а Сп.
4. 12<1.
заМСItИ ЈЈ а (С'I .
U1 и
Н ! веза l lИ с у пара лелно (ј едан ис п од ДРУГОГ) као
КОJlика је С КlЈ ИI\а} l е нтна ОТПОР IIOСТ (Л С ) којом би се о ва в ез а
4.126)?
На о с н о ву О М О IJО Г за К Оll а може се н а пи с ати:
U = Rc /, и = л , ', = я/1 " Без и:шо Ьења, II ЗI!СД II МО ко на'lа ll резу" тат:
-
1
Re
=-
1
R,
1
+- R2
Ре Ц ИПрОЧll З 'Ј ред н ост СКВ l1 1J3.lI е нтне сп ект р и " и е ОТП ОРllOСТI1 пара 1lе}lн е
в езе
ОТ l ю рник а
једна к а
је
з6 иру
р е ципрочних
вред но сти
п ој едини х
от п ор ност и .
ПРИМЕР Електрична отпорност једног отпорникаје
R, = 3 .о,
а другог
R] = 6
О. Колика је укупна (тачније,
еквивалентна) QТI10Pl!OCT ОНИХ QТпарника када се они вежу редно, а колика када се они вежу паралелно?
Подаци:
,
R =30
,
R = 60
R, = ?
Решење: Укупни отпор ових проводн.ика везаних редно је:
Ro: = R J + R2 = 3 О. + 6 0=9 оЗа паралелну везу два отпора 8~И
R1 -R2. 30 - 60 = R J +R 2. = 30+60
79
1
Rt
одакле је укупна отпорност:
Re
-
20
1
1
RI
Я1
=-+ -
4.7.
РАД И СНАГА ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ
у пре 'l'Ходној гл ави обј аснили смо везу између елеКТ р ИЧНО l' напана и рада (А) п отреБНОI' за п ренаш е њ е наелект р исања
q између
две т ачке слск
т р ИЧНО[' поља, ч иј а ј е разлика СI1СКТ РИ 'IНИХ п отенцијала И: А
= qU
Како се кол ичина СJlсктр ицитета изражава п реко јач ине слсктри ч не с трује и времена њенО(' I1р от ица ња :
то се, заме ном ОВО l'а доБИј а: А = ИIt. Рад СЈlеКТРИЧIIС струје у неком деllУ кола јеДllак је производу еЛСКТрl1Ч l lOГ нзrЮll3
113 крајевима ТOI'а деJlа
кола, ;аtlине сталне С!lСКТРИЧIIС струје која
IIротиче кроз ','а; део I<ола и Она
фор мула
ОМОI'ућава
0PCMCII3
протицања оое c'I'py;e.
изрз"унавање
укупног
рада
који
врши
~}]еКТРИЧllа струја у датом СЛСКТР ИЧНОМ колу независно од тога у коју се врсту енергије претвара еllектр ична енергија,
Ј единица електри чн ог рада је џул
0), кој а је ј едини ца
и механичко г рада
и енергије,
l J=lV,lA,ls=lVAs,
ПРИМЕР Електромотор је прикључ.ен на спектрич.ни и звор. напона јачиие
2 А,
220 У, при
ч.ему кроз њеrз пролази струја,
Колики рад НЗВрШl1 овај матор за пола часа?
Подаци:
Решење:
И=220У Ј=
2
1= 30 А
А=
А тјп
UIt=
220У·
2A·1800s= 792000)=0,792
Мј
= 1800s
=~
ЕЈЈектр ична ст руја веома в идљиво "показује своју снагу": изазива силу која покрсће ВОЗ0 ве, трамваје, маш ин е за п рање рубља, као и м н шо
ДРУI'ИХ ел ектрич н их уређаја, Елек трична сн ага се испољава и у свеТJlОС ТИ сиј алице, З81'р евању р ешоа, раду телевизора, И ТД,
80
Познато је да је снаl'а једнака раду у једи н ици
I!peMeH
ДаК1lе , C ~lar<1
електричне струје неког електричног уређаја је:
, = "И-,-·,
р =~
,-,1.'-'.'
р= И·I. Снага елеКТРНЧJfС струје једнака је производу елеКТрll'IIIOI'
1131101Ia
и јаЧИllете еllеКТРИЧllе струјс,
Јединица снаге је в ат
(W), Из обрасца за снагу електричв е ст р уј е Сll еД I1
даје:
IW= I
у.
I
А
= 1 УА.
у пракси се најчсшће користе и следеће веће ј еД И I'lице за С ШН 'У : КИ IЮВ;IТ
(kW) И мегават (М W), аЈ I И и мањ е, на пример миливат (I1lW), у следећој табели СУ дате просе'l не вредност и за снагу еllеКТРИ' l l l С с труј е
неких еЈ1ект ричних уређаја:
УРЕЂАЈ
CHAfA(W)
сијалице у стану
25-200
телевизор
200
пегла
Ј
60jlIep
2500
трамвај
ЈО'
електрична локомотива
3·
транзисторски пријемник
0,5
000
ЈО'
Када је rЮЗII
укупан рад СЈICК1'РИ
ПРИМЕР Колика је сиага електромотора стоиаг веК1'ИJlВТОр8 кроз који 11ЈЮТII'IС CJlСКТРIIЧ Н8 струја јачиие
100 тА ,
када се он прикључи
Подаци : и-220У
1=
IООтА=О,1 А
118 сталии извор иanана 220 V? Решење: Р=Ш=220У· Р=22
0,1
А=22 УА
W.
81
ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА ЕЛСКТРИ'Јна струја прши рад у електричном колу ТОКОМ њеног протица ња, што значи да она поседује способност вршењз рада. Способност електричне струје да изврши рад назива се елсктрична
CHcpfllja.
Јединица СllСКl'ричне енергије је иста као и јединица рада, l1акле џул О ва јединица се може назвати и ват-секунда
0).
(Ws) :
1 ) = IWs. Ако с е електрична снага Р изрази
у КИЛQватима
Домаћинству нај'lсшће чини) а време у часовима
(h),
(kW)
(што се у
онда је најпогодније да
се електрични рад и енеРI"ија изражава киловат - ч асовимз
(kWh). Дакле,
1 kWh = 1 kW· 1h = 1 000 W· 3 600 s = =3 600 000 I =3,6 М). Инструмент за мерење СJlсктричне енергије у Домаћинству и индустриј и на з ив а се струјомер или електрично 6ро;ило (Сл.
4.13).
На њему се наJlази
6РОј'lаник з а очитавањс утрощене електричне енергије. Плоча струјомера се у толико брже окрсће уколико је у коло укљу ч ен потрошач веће
CHare. Она се
не окрсћс када се и с кључе сви потроwачи .
..
СлUl(n4.13
ПРИМЕР Електркчна грејалица снаге 1,5 kW укључена је 2 часа. КОЛИКУ елСКТРИЧКУ енергију је она утроwила?
Подаци :
Решење:
р=
А = Р,
1,5 kW <= 2 h
= 1,5 kW· 2 h = 3 kWh.
82
ЏУЛОВА ТОПЛОТА
4.8.
Када се пропусти електрична струја кроз праводник са већим отпором, приметиће се да се ОН ЗЗ I'рева. Ако је струја ДОВОЉНО јака. праводник ће се усијати, а понекад се може и истопити. Овде се о чигледно врши претварање електричне енергије у ТОПIlQТНу.
На основу Закона одржања енеРI'ије та количина ТОПllОте
Q,
која се
ослободи у праводнику. једнака је раду А који изврши електрична струја у
у њему :
ПОШТО је А
вид енергије . Сада видимо
= и·Ј· t.тојеи
да је он ишао и корак даље
Q= Како је из Омовог закона
и
11.
U =1 . Я. ТО
и проучавао прелазак електричне у топлотну
се заменом у претходну формулу
енергију.
доБИја
Ј
Q=lR·1I ОДНОСНО,
Q=FRt.
Количина топлоте ослобођена у праводнику кроз кој и протиче електрична
струја једнака ј е
производу
електричне отпорности праВDдника
и
квадрата
јачине те
струје,
времену протицања електричне
струје.
Ово је ис каз Џуловог закона.
ПРИМЕР Кроз мeтanнy жицу отпора
20 а пролази струја јачине 4 А.
КОЈЈика се количина ТQпЛ()те
ocnо6оди у жицм у току 5 минута?
Подаци:
Решење:
Я=200
1=4А
Q= !
разреду смо
због ДОll(lза да је топлота
Q=A.
'= 5
7.
ПОМИЊQJ1И Џемса ЏУЛQ
тјп
Q=FRt={4A)'. 200·300s = 96000j
=3005 Q=96kj.
83
ПОСЕБНО УПДМТИТИ
Усмерено кре тање н а електрисања у електри ч ном пољу је електрична
струја. Електрична струја тече све док постоји разл ика ел ектричних
потенциј ала
-
на по н . По међуна родном доroвору. смер ел ектричне струје
је увек ОД места вишег ка месту нижег потенцијала. Носиоци електричне ст рујеу метаJIИма су електрони , у електролитима
су п ози ти в ни и негативни јони (катјони и зн;они) . а у гасовима електрони и позитивни јо ни.
Јачи иа електричн е струје представља количи ну електрицитета кој а се у ј ед и ници време н а пренесе кр оз попречни пресек "роводни ка:
Ј ='1 . t
Уређај и
пом оћу
к оји х
се
Н3
крајевима
прО Dодника
постиже
УСllOста вљзње и непрекидно одржавање разлике потенцијала су и з вори еле ктри<ше струје.
Ел ектри'ша отпорност је фи з ичка величина која представља меру отпора ус м ереном кретању наелектри сан их честица кроз проводник:
R
I
= р - .
S О М О8 закон:
I =!!.- . R
'ачина електричне струје у провоДннку управо је сразмерна напону на њеroвим крајевима, а обрнуто сразмерна њеroвој елсктричној отпорности.
С иэ.'а (сиерГllја у једltНIЩИ нремена) епеКТРИ'lllе струје је једнака IIрОИЗ воду нэп он з на крајевима проводника са епеКТРИЧIIОМ струјом кој а кроз њ ега проти че:
р = и · Ј. Џуло в закон:
Q = рR' . Количина топлоте
ослобођен а
у проводнику кроз
који
протиче
електри чна струј а, једнака је про изводу квадрата јачине те струје, електричне отпорности проводника и времену цроnщања електричне струје,
ПИТАЊА
1.
У електрично кол о редно су веза н а два потрош ача, чије су електрич н е отпор ности
40 П
2,
и
120 п.
На ком потр ошачу је већ и електрични нап о н и колико п ута?'
Када ће кроз два парал елно везана отпо р ника тсћи ел ектри чн е струје једнаких јачи н а?
3. 4.
Кој и су ме р н и инструменти потребни да би се одредио рад електричне струје? у еЈl ектричн о К01l0 редно су везане три жи це истог поп ре 'IНОГ пресека и дужи н е
бакар н а, чеЛ И 'l на и сребрна, Која од ових жи ца ће се нај ви ше за греј а1'И?
5.
Две жице, гвоздена и бакар н а. истог попре ч ног п ресека и дужине. укључ е н е су паралелно у ст рујно коло . Која ћ е се жица lшwе за гр ејати ?
6,
Колики ј е отпо р ред н е везе, а колик и паралелне в езе два отпо рв ика јед и зки х отпора?
7.
Како се меља от п ор про водника, ако се:
-
дужина п ровод н ика смањи ч етири п ута,
дужина ПР080дника повећа три пута, површи н а rюпреЧНОЈ" пресека по в ећа пет пута?
84
8S
ојача. Међутим, ретко иду код кр ди љу е иј кц ре нс сваки данас , у доба ко дићете се да је старијих, изнена д ко е ат ит сп ра о чиоде ако се ко би прикупља имати магнет ка о ра мо ач ој не , из кр озбиљнији њо . С друге стра а, пробе и wиве ењ ој кр м ко то које је користио њима у којима су морским путово и о великим по ил уч е њa нису ст је ри исто е. Оваква nyтoвa њих) нове светов (за и ал ив кр от паса. и м Европљан вне справе - ко КQ једне једноста ас ал он пр з бе била могућа а велике! ки магнет? Веом ком пас и кројач у ај им зе ве е кв Ка
Кљr-_ '
ље , , магнетно по етни полО8И гнети , магн ма ки ач wт вe природни и
нoг поља струје и мarнeт веза електричне
• ;5. M~ГHeTHO поље
СТАЛНИ МАГНЕТИ
5.1.
-
И МАГНЕТНО ПОЉЕ ЗЕМЉЕ
Одз"но с у људи уочили да гвоздена руда магнетит
(Fe10})
привлачи
пщжђе. Магнетит је природни ма гн ет, међутим у свакодневном жи воту се мио,'о ч с шћ е 'I 3И1l33И на вештачке маЈ' исте. Они се израђују ОД челика са додатком ко6ЗJlТ 3 и НЮ(}IЗ, који се накнздним посту п ком намагнетишу. ОВИ
МЗПIСТI1 и эраt)ују се обично у облику ИПI С, шипке и ПОТКОDице . Дејство ових магнетО! се " ј е мења током времена. зато се називају craлни магнети.
Када се магнет принесе ОПИЉЦИМЗ гвожђа или ситн им гвозденим с ксе РllМЗ,
011
ће их Ilривући. Другим речима, у простору око магнета на
,' Iюзден с 'I рсдмете делује одређе на с и ла. Зато кажемо да око магнета п остоји
маГlIС',' IЮ lIоље. (Касније ћемо ову деф ин ицију проширити,) Опиљци ће се ., ахuатати с амо на крајеве маЈ' нета јер је тамо поље најјаче, док их н а средини бити, Мсста где је поље најјаче (у овом случају крај еви магнета) јесу
Hetle
ње ГОВI1 IIO/IOB51, а експеримен ти показују да их има две врсте
јужви
-
северни
(N)
и
(S), Експериме н ти указују на још једну битну чињеницу:
Ис'гоимсни полови магнета се одбијају, а разнои.мени се привлаче. Оба магнетна 110ла подједнако привлаче гвожђе . Со:ща прошири дефиницију: око магнета постоји магнетно поље зато што се у про стору око ма Ј' нета запажа дејство на друге Manleтe и магн етне матср"јаnе,
А ко се у Ы3ГHeТllO поље постави комад меког гвожђа, он се понаша као магне т: привлачи о пи љке, гвозден е ексерчиће и др, Чи м се стал ни ма г нет укло ни , меко гвожђе губи магнет не особине, па ви ш е не п ривлачи опиљке, Дакле, меко гвожђе може бити магнет само док се нал аз и у магнетном пољу,
(О н о Нllје стални магнет, ) Супротно меком гвожђу
-
челик, једном стављен
у ма l ' н ет но поље, остаје трајно намагнетисан, Појава да гв ожђе у магнстн ом пољ у деll ује као магнет или, како се чес то каже, да се гв ожђе нам:агнети ше, н аЗИЈИl се
M31'IICTlla
IlII фllУС IIЦ11ја,
Ла ка намагнетисана челична игла која може да се обрће око вертикалне осе Г/Ј а ШIИ је део компаса
cBe'I'"
(Сл,
5, 1),
-
инструме нта који служи за одређивање страна
Пл аво обојена страна магнетне игле оријентише се п рема
се веру. а цpl~e HO обојена према југу. Држећи на длану компас, одређује се II равац севе р -југ, Ком па с се налази у хоризо н тал ној равни, Окретањем ко мпасз ГIOКlIапа се ОЗllака за север
cKalle
N
т ам н им врхом игле, а онда се помоћу
н а којој су оз н аче llИ правци исток Е, запад
W
и југ
S одређују остали
географск и правци,
Иг/ш ком паса зауз и ма одређен пр ава ц у магн етном пољу Земље, што З li<1ЧИ да се Земља понаша као велики магн ет,
..
Сmllш 5. Ј
Иако је Ч08ечанство дуго
Оса ЗеМЉИНО I' магнета, која I'РОJlази кроз
"О3НО8ОЈ10 MarнeT, зноњо о
магнетне ПОllOuе, није лараllеnна са осам ротаци
tЫ.Мy су била малобројна и
је Земље, већ са IbОМ заклапа У"ЗО ОД IIри6пи
несређена. Дворски лекар
r.
жно 1
енглеских владара Виљем
Маl'не-тни и географски ПOlIOВИ се не
Гиnберт
поклапају, па игnа ком па са не Iюказује правац
географског меридијана (Сл.
5.2). Yrao
(William
6i1Ьеп,
1540-160З) годинама је екс периментисао и
између
проверавао различите
географског меридијаl~а ~I игnе КQм п аса на зива се
подат~ не само о
УГЛОМ деkЛИllације. 10КОМ вре мена овај угао се нешто
магнетиэму ве1'l и о електрицитету и све
мало меља, о чему се мора UОДltТИ рачуна у ваздушном и
то сакупио и објавио у
поморском саобраћају.
књи)и
. De Мogne.te"
-.о
мarнeтy" која се сматра првом озбиљном науцном књигом У сриэици и У којој су постављени темељи
терминологије коју дQН(lC користимо.
јужни магнетни ГlОЛ
северни
географски пол
N
S
јужни
географски пол
Земљина оса
северни
магнетни пол
...
Слl/ка
5.1
КАРАКТЕРИСТИКЕ МАГНЕТНОГ ПОЉА
Када се и гла за плетење намагнетише, она такође има полове на својим крајевима (Сл.
5.3).
Средина игле не привлачи гвожђе. Ако се ова игла
пресече, онда се на овим п ресече н им крајевима формирају два супротна
маrnет н а пола, док средине ових делова такође не привлаче. Ако се настави даља деоба ових дело ва, утврдиће се да се на крајевима доБИјених делова увек формирају нови магнетни полови. Продужи ли се у мислима ово пресецање, доћи ће се до најситнијих делова
-
атома, што значи да атом има особине
магнета, и његове особине одређуј у понащање целог магнета. Зашто је атом
магнетича н , сазнаћемо касније.
.. СлuкаS.З
Бели лук и комnoc 'у списима који су остали од римских <рИЛ030ср0.
стоји да c~ мarн~T МO*~ размаn4eтисати ПРИСУСТ80М
Магнетно поље се најбоље може исп итати ако се испод стаклене плоче постави
магнет,
а на
горњу
страну
плоче
ра в номерно
пос[]у
опиљци
од
белог лука. кода је моммс
гвожђа (Сл.
постао нuoменЉИ80 средстао
наз ивај у магнетне линије сила, слично електричним линијама сила. Опиљци
:ю ноеигоцију, мрманоwима
на бродовима јг било эобрањено да једу бели ЛУМ пре него што пођу НО смену. Тгм је Гилберт одбацио ову праэноеериuу тамо
WTO је
много пута поновио огледг
и утердио до бми лум не дмуј е на могнет. Оео је само
један пример раэлиме између ~СРИЛОюqю природњомо" моји су преписиllO.ЛИ једни од других не проеерааајуl'!и и
5.4).
Слабим ударцима у плочу оп и љци се уреде у линије, које се
се највише нагомилавају на местима где су полови , јер је ту поље најјаче,
па су ту најгушће магнетне линије силе. Ако се испод плоч е налазе два
еремена .
пола
ма l'Нета,
онда
магнетне линије с и ла иду од једног
п ола
ка д р угом
(као
на
сл иц и),
Код два истоиме н а магнетна пола,
ли н ије сила имају обл и к као да се одбијају. Маг н етио поље се карак терише
праеих НОУЧНИIIQ, IIQмеих је
било мало до Гил6ертО8ОГ
разли ч ита
МЗ l'иеТНQМ ИНДУК I \ијом која је мера дејства поља на магнете и магнетне
материјале. То је величина одређе на
својим
интензитетом,
правцем
и смером , 06еJlежава се са В , Када Ј'оварима
о
силе у ствари
маrnетним:
линијама
мислимо
на линије
које прате правац и смер магнет-
не индукције. Густина ли нија силе указује на јачину магнетне индукције. Да
прецизирамо: на местима где је интензитет вектора индукције већи, линије поља су гушће и обрнуто, густина ових линија је мања на местима у пољу где је вредност магнетне индукције мања. Јединица за магнетну и"дукцију је
тесла (Т). Назив је добила у част Николе Тесле, заслужног за развој науке о електромагнетизму и љену примену.
До сада нисмо говорили о смеру магнетне индукције. По договору, смер је од северног пола магнета ка јужном. Другим речима, линије силе полазе
("извиру") из северног пола, а улазе ("увиру") у јужни пол.
а)
за усп~ иэкдену демонстрацију магнетник
линија силе неопходно је IJД се МQГНeТИ пpидp*OllQjу испод стоклене 1\11OЧe .
6)
~ Слика
5.4
5.2.
МДГНЕТНО ПОЉЕ
ЕЛЕКТРИЧНЕ СТРУЈЕ МАГНЕТНО ПОЉЕ ПРАВОЛИНИЈСКОГ СТРУЈНОГ ПРОВОДНИКА
Састави се с трујно коло (Сл .
5.5) У коме се налази један прав пр онодник ЛВ, и испод пров ад н ика постави Mal'HeTHa игла. Иl"Jlа скрене чим се прекидач за"'ВОРИ, тј. електрична струја поч не да тече. Ск ретаље ИI'Јlе је утол и ко ја'lе уколико ј е ова струја јач а. Ако се I lро ме ни смер еJlектри чн е ст р уј е, мењајући
везе на IlОловима батерије, ИПl а ћ е с кр е н ути на су протн у страну. Магнетно поље епектричне струј е може се боље пр оуч ити ако се кроз среди н у картона провуч е пр оводник везан у струјно КОЛ О (Сл.
5.6).
Картон
се пос п е о пи љцима гвожђа и ла гано п отреса. Опиљ ци ће се распоредити у
концентр ичн е кругове око струј н OI' провоДника, обележавај ући на тај начин магнетне линије сила.
Смер ма гн етнаг поља пр аВО1lи нијског проводника одређује се п ра ~ ВИIlОМ десне руке (Сл.
5.7). Лкосе I1раволини;ски праводник обухвати десном + ка - "), Jlиније силе магнетног
руком тако да палац показује смер струје ("од ..
Сnш.аS.S
поља имај у п равац и смер савијених прстиј у ш аке десне руке.
Чито се НQ80ДИ пример улоге
случаја у НСЈУ'*ЮМ открићу. Много пута је даж:ки научним:
Ерстед (Нans
Christian Oersted,
1777~1851) ДРЖОО магнетну
иглу И)НQД жиuе кроз коју протиче струја, али је само једном .!Ми ца била паралелна са иглом и тада се игла окренула,
он је ово проверио, а онда је у њему прорадио прави научнички
дух: променио је смер струје И уверио се да се игла окреће. али у другом смеру. Даље је подигао иглу И3НQД жице
и видео да се 0tЮ окреће у супроТl-l()М. смеру од оног кода
се нanаэи испод ми це. Тако је експериментима дouюo да ни:ю
:юкључака. Лако је M~e да је јow неко приметио оеу rюја&у , али нико није реаГО800 тако
као Ерстед који ју је одмах детаљно проучио
..
СлllкаS.6
и о томе
обаеестио 1-ЮyЧНИм:е широм Европе (1820121). Зато ње.му припада при~ :ю 080 ОТ1(риће.
..
Слlllm
5.7
",
МАГНЕТНО ПОЉЕ КРУЖНОГ ПРОВОДНИКА
И СОЛЕНОИДА; ЕЛЕКТРОМАГНЕТИ ЛИ IНlј е мз ,"н стног п оља З3 овај СJlу ч ај су приказане на Сл.
5.8.
Ако је
смер еле ктри чн е струје о н ај означ ен на ПрОВОДНИI<у стр елицам, онда ће л ин иј е маПIСТНОГ поља представљене та нким усме ре ним Ј l инијама свуда
Qкруживати
п ра водник.
Ако зам и слимо
да
пра водни к окружује једну
ПЛОЧИЦУ. онда линије п оља све "излазе" са гор њ е с транс плачице и она се понаша као север ни п ол магнета. Линије с и ла .. уви ру" са доље стра н с и она се понаша као ј ужни пол ма ,' и ста. Битно ј е да се ј еда н круж ии иамота; понаша
као једа •• плочасти маг н ет (ма гн етни ЛИСТ), иако нема никаве I'Iлочице. П рава ц и смер ли нија Mal' HCTHor п оља ј едноста вно се одређуј е правилом десн ог за llртња (Сл.
5.9). ~ СЛ/IК/I 5.8
Северни пол 11и ста окре н ут јеуоном п рав ц у и смеруу коме би се померао завртањ када ј е сме р њ его в е ротације исти као смер електричне струје
кроз кружни провод ник. Ако 110вежемо ви ше намотаја, добићемо много
јаче ма ПI СТНО п оље, и то је тзв. сопсноид. Поста вљај у ћи ун утар сол еноида ј езгро од меког гвожђа, направи ли смо веома с н ажа н магнет. Њега н ази вамо елект ромагнет, да бисмо н аглас или да он није ст алан маг н ет, већ се понаш а као магнет само док кроз н амотаје лротиче ст р уја.
Ч им струја престане да тече
-
п рестаје и дејство еле ктром а гнета . Ову
појаву у С IЮМ раду користе многи електри чни уређаји , као и аутомати.
5.3. СТРУЈНИ ПРОВОДНИК У МАГНЕТНОМ ПОЉУ Између полова проводник (Сп.
5. 10).
ПОТКQви ч асто)'
маЈ'иета
постави
се
ПровоДни.кје обешен одветанке жице
и може лако да се помера. Кад се прекидачем затвори струјно КОЛО, ПРОВОДНИК се помера. Мељањем смера електричне струје или смера маг н етног поља, меља се смер помераља
ПР ОВОДНИ КЗ. П равац и смер помераља ПРОВQдника може се
одредити правилом леве руке (Сл.
5.11).
Ако шаку леве руке поставимо тако да је дnaH окренут према северном полу магнета, а пр сти у смеру струје, тада
пала ц показује смер крета ља проводника. Није тешко разумети зашто се ПРОВОДНИК креће. Овде постоје два и
Mal'HCTHa
магнетно
кроз кој и
поље
Tetle
п оља: магнетно поље с талн ог магн ета
струјно г
проводника,
маг нетн а поља приказано је н а Сл. магнетно
тј .
ПРОВОДникз
електрична струја . Узајам но дејство ова два
поље
-
непокретно,
5. 12.
ВИДИ се да стално
истискује магнетно
поље
електричне струје. Пошто се једино струјни проводник може
померати, јасно ј е да ће он бити "изгуран". Дакле, на струјни проводник делује магнетна сила која изазива механи ч ко
крета ње. Магнетна енергија се претвара у механичку.
F
..
ОЈика
5.1 1
..
ОЈика
5. 12
Правац и смер ове силе је одређен, А од чега зависи њен интен зитет? Мерења су показала да интензитет силе међусобне интеракције ова два маг нетна поља зависи од:
• • •
индукције магнетног поља (В) стално г магнета, јачине електричне струје
дужине
која проти че кроз ПРОВОДIfИК,
1,
(!) дела струјНОЈ' проводника која се налази у магнетном пољу
ста1НЮ I' магнета.
Да ли је ово ЛОI'ИЧНО? Зашто?
Свака од набројаних величина директно утиче на интензитет силе
FKoja
помера струјии провоДник. Математички се то може изразити у облику:
Р = В·Ј·/. Ова формула може послужити за дефинисање јединице магнетне индукције.
B=~
1Т
1 ·1
lN = -:-:="--=1-N- . 'А ·lт
А'т
Интеракција двају маГlfетних поља може се илустровати и приликом
протицања електричних струја кроз два паралелна праволинијска провод ника (Сл.
5.13).
Сила која . истовремено делује на оба проводника има
правац А!\. Одредити смерове ових сила. Каква је ситуација када
12
има суп ротан
смер протица њ з?
Чим је CQJНQO 3Q Ерсте.д08 оглед. СРРОНЦУСICИ науо.4ИК
AMnep (Andri Мarje Ampere.. 1775-1836)
noчe.o је/JIJ
е.ксnериментиwe. и скоро с8И претходно описани
puyлтCfТ1,4 су н.е,гоеи!
Није ни 'Фf1llJ што је њему у част .QQТO име јединици 3Q р...ну струје..
•
Слика
5.13
5.4. ДОПРИНОС НИКОЛЕ ТЕСЛЕ И МИХАЈЛА ПУПИНА НАУЦИ О ЕЛЕКТРИЦИТЕТУ ПОС/I С Ерстедовог открића да се око проводника кроз који I1 ротиче
епеКТРИ'lна струја формира магнетно поље, брОјНИ IIЗУЧНИЦИ су се запитали да пи постоји и "обрнута" појава
-
да се дејством ыагнстно " поља п роизведе
струјии ТОК.
Након б р ОјНИХ нсуспешних. п окушаја, тек је Мајкл Фарадеј схвзтио да је за појаву струје у проводнику неопходно да он пресеца линије магнетног поља. То се може пости ћ и како rюмера њ см магнета, тако и померањем про водн ика. ова поја в а носи назив електромаrнетна ИНДУlщија.
'UМ;
Igt
у .... aюry 9" fiOdliOj< ариlllll
МIaIjIo~'r tт=м!ЈО~' э..с.
.. yџIen ... 11 fI8CТUJI8~, ~
1996, с!р. 1__ 170.
Открићем индукције отворен је пут за констр уисање уређ
-
генератора, претварањем мсхаНИ'lКQГ рада у
епеКТ р И'lНУ енергију. битно различито ОД батерија, заснованих на хемијским процесима.
Зависно ОД конструкције, геllератори могу да производе јеДlIосмерну струју о кој ој СМО дО сада " ОБОРИЛИ, или наизменичну струју која меља смер у
времену и то периадично. Како су људи били навикли на једносмернс струје
И3 хемијских извора, већина п рвих генератора и мотора је била зас нована на једносмерним струјама. Кључни п роблем су били ВСЛИКИ губици енергије при преносу.
Човек који је заиста схватио колике су практич нс п реДIЮСТИ коришћења
наизмсничне струје уместо ј сдносмерне би о је Н икола Тесла , наш земљак који је радио у САД. Он је разумео да се коришћењем особина наизменичне струје у ТЗВ. трансформаторима може мељати н апон, анри вишем наПОIlУ су губ иц и ма љи. Нажалост, борба за увођење наизменичне струје је 6ила даflеко од БИllО какв ог "фер-плеј а" и Тесла ј е стаllНО тр пео ниске ударце уз истовремеllО укаЗИ 8аље по ч ас ти за свој а Достигн ућа. Сада ћ емо се упознат и са ЊС I'О I) ИМ РСЗУ'ЈТат и ма .
Теслuн уоарuнос човечансшву обухваша слеgеће области: Електротехника Овде свакако спада КОМIШетан сиcreм производље, (жичног) транспорта и
~~;~~;~~!~r ексruюатације монофазне и полифазне наизменичне електричнс струје (генератори,
;;
l'рансформатори и мотори). Нај ПOL'Одније ОД СВИХ су. наравно. трофа3Не струје због симетричног распореда фаза и МOI'ућнocrи пpeneзивања звезда-троугао. Сушгина предности наизменичне струје је у томе UIГO се lЈако може мењати њен налон ТЗВ.
трансформаторима. а тиме се смаљују губици у транспорту. Применом ТеСJlине
трофазне струје смањује се и број потребних ВОДова, UЛ'O је опет OIpOMJ-!а упrreдa.
Оптика Пре свега то су пронал асци електри чно г и електропучно г пражњења
кроз Ј'асовс - електричне вакуумске и гасне цеви за осветљење, те специфичан на'ЈИИ добијања рендгенских зрака и СЛ.
Радио и телетехника ИЗУМОМ специјалне завојнице, ОДНОСНО тран сформато ра, произведене су
високонапонске (и до неколико стотина хиљада волти) и високофрек ве нтне, тзв. Теслине струје и јако индукционо електромагнетно поље. Ако се у
овакво поље унесу стаклене цеви са разређеним гасом и без електрода
-
оне
ће светлети. Теслине струје и одговарајуће елект ромагнетно поље не само да су безопасне за човека, већ имају и позитивно биОЈIOШКО деј ство, па се користе у медицини за терапијске сврхе. Оваква 8исокофреквентна п оља искоришћена су за конструкцију система за бежични пренос електричне енергије. сигнала и знакова, чиме је Тесла поставио темеље теледириговања.
Машинство Ради
ефикаснијег
и
једноставније l'
рада
појединих
механичких
делова и машина, Тесла је конст руисао оригиналне пнеуматичке и гасне вентиле,
разрадио
потисни
принцип
реактивног
мотора
и
пронашао
Ha~
чин аеронаутичког вертикалног узлета авиона.
Медицина Тесяиним струјама успостављен је тера п ијски метод - дарсонвализациј а.
за лечење нервних обољења, а оне се употребљавају и у електр охирургији за извођење дсликатних оперативних захвата због уско!' реза и брзог ЗГРУlllавања крви.
Физика Природним наукама Тесла је подарио низ оригиналних нау'lНИХ радова
и расправа, највећим делом ИЗ елект р омагнетизма.
Књижевност И
поред
научно + истраживачког рада
коме је
посветио
.,све
тренутке", нашао је времена и за литерарни допринос. Године
своје
1902.
на
енглески је превео и објавио Змај еву збирку поезије. Након изласка књиге
из штампе, сам је рекао да никада ДО тада није био задовољнији.
о СВОМ раду сам каже: Признашо ми је ва сам био јеван ов највећих равника, уколико је мисао еквuвалеНШIIQ раву, јер 1Ьој сам йосвешио fошово све своје буgне саШе. Ја сам се хранио својим мислима, Кав ми се јави ивеја, ogмах је у машши йочнем iраgиши.
За сној, толико богат и генијалан радни допринос, добио је бројна светска при з нања, Постао је угледни 'ш ан најуважснијих Иf.l сти ту ција као
Ш1'О су: Британски краљевски И~I СТИТУТ, Њујоршка и Српска академија , јаука и др, Одликован је "Едисоновом", .. Скотовом" и "Крссоновом мсдаљом", Стекао је ПQчас н с докторате на многим универзитетима шир ом
(н п р, КО1lум6ија и
Не6раска у САД, Грац. Бсч,
Пра l',
свста
Брно, Со р БОН
Грено6л, Букурсшт, Софија. За l'рс6 и Београд у Европи ), На фасади познате nнаучничкс" з граде у Стразбуру lIостављене су спомсн-таБJlС н ајвећих умона снета, а ТеСllина се налази поред Пllаикоос, Ајиштајнове, БоРО'Је ... Већ смо напоменули да је у част нашег научиика и проналазача, за
његов огромни допринос развоју науке и технике, за његова О'I' криhа која користи 'Iитаво човечанства, јединица за интензитет магнетне индукције у
Међународном систему јединица названа њеГО8ИМ презиме ном: теСJlа (Т),
Тесла, Весй1uнјхаус и
Hujaiapa
Посшоји леiенgарна анеigоша ва је Тесла са UlIgусшријалцем Весшиlliхау
(Westil1ghouse, George), који је јравио хиgроценшралу на I-IuјаТарu, СКЛОй llO усовор 140 којем му је 140 свакој йроизвеgеној јеви1lици снаје йрийаgала оврсђена сам
своша, Цеllшрала је бuла веома усйешна, али ва су uсйлашили Теслu све шшо су му били gУЖllи, оu би йосшао власник целе комЙаllије. Кава је ВеСШUlllxаус
зайао у ogређене финансијске шешкоће, Тесла је јеgносшавllО йоцейао шај ујовор у знак захвалносши шшо је ВесШинfxаус веровао у 1ьеСа. Сада је време да се у познамо и са животом другог великана у
оБJlасти
а то је Михај1l0 Пупин.
ПОСЕБНО УПДМТИТИ
ИстоимеllИ ПОЛОВИ
магнета се одбијају, а разноимени се
привлаче.
у простору ОКО магнета се эапажа дејство на
APyre
м:arнeTe
и магнстие материјале, зато кажемо да око магнета постоји магнетно поље. Магнетно поље се приказује магнетним линијама силе.
Појава да се гвожђе намагнетиwе у мпнетном пољу и да
делује као мпнет зове се MarнeTHa ин.флуенција. Магнетно поље се карактерише магнетном индухци;ом. То је величина одређена својим интензитетом, правцем и смером .
Обележава се са В. ОКО проводника кроз који тече струја формира се MarнeTHO поље. Ако се ПРОВОДНИК кроз I(О;И тече струја нађе у магнетном пољу, на њега делује сила:
која жели да га .. избаци" из поља .
ПИТАЊА
1. Како ћс се ПОУЗДаЈЮ yrврдити да ЛИ је сечнВQ ножнћа .. елично?
2.
Магнет у облику затвореног nрстена ставља се често на календар, по коме
се руком помера на одговарајући датум. ОбјаСН ИТIt :
а) како магнет стоји
113
календару када је он обешен о зид;
б) '''ДС су полови оваквог магнета .
3. 4. 5.
Да лн се у ПОДМОРНlIЦИ може кори стити маl'lIетни ком пас? На који наЧИ!1 се п омоћу мзгнетне игле MOry одредити полови батерије? Како се може утврдити на lIеобележеном М3Пl ету који је северни , а који јужни пол?
6. 7. 8.
Какав положај заузима магнетна игла ком паса на половима 3eMљe~ На ком принципу је заснован рад елсктромотора? Каква је разлика између ааllllOГ MarHeтa и електромагнета?
Поларна свешлосш јеена
09
најлеиших оишичких иојава која се може виgеши на небу, али
не у нашим крајевима је иоларна свеШлосШ. Како она насшаје? Мерења су
иоказала еа са иоврши Сунца на све сшране иолазе снои08и веома брзих наелекшрисаних чесшица
као и ерујој зрачеlbа,
називају Сунчев веШар. Овај
.. ветар"
који
се јевним IIменом
је веома оиасаll за живи свеш и
космонауши морају биши зашшuћени ое Ibеја. Каеа се он ариближи 3еМЈЬи, Ibено маiнешно Й0ЈЬе шако gелује на чесшице еа их скрене са uуша
u
оне не
еосйевају на 3емЈЬУ. Моју й.рићи 3еМЈЬи само у околшlU иолова ,ве је сила којом маiнешно иОЈЬе gелује на чесшице које се крећу најслабија. Каеа ове честице еосиеју у аШм.осферу, ирееају енерјију моnекулuма вазgуха ј«оком суеара и зБОI шоiа ови свеШлуцају. То је уйраво иојава йоnарне свеШлосШи.
е или неко би? су били а м е т а , ..ду х т о сти чес , рецим њи ж евно имер је к р П у . е и ј л аквим и о н контр аво со т а и ка с се отели арод а, п атке . Упр н у д с а х з и и е н л ј з а о е кри зе а в има р уди ма, м у в рем бавио с у митов pewење омогну љ што је о п м н и а о н к д а с м н о о евном у боцу с пос он со сврх свакодн матрана се вра ти предмет ору ж јо у хтео д а која је с г е у о ј ј н и и с г н а р е? см о и ж е ј н ко бомба . В ворање у леа рн у е из бо u екл еарно на 3Q ст у е ђуј у нук н ћ е ш и р ћ и о е р п р у о есто треба ре ис к духом ч воре?и , ст, н ајп трого го , нажало nyнимо. с је о, и к л а а и , то упот бомба", ајде да енергије O х К C о M п O T е, O ј N станц и азвоног ур и су п животу н о структ и и
ил т а говор више пу
КљУ'*4е
речи:
та олq:ю, бе
и
актор узија, ре иоакт леарна ср гро , род к з у е н ј , , а ч ј а и но q>Ис ки ом от ектронс , нуклеар
н , ел
ектро отом , ел
пад , 8НИ рас
ТИ радиоаК ивност,
е ња но г зрач
ар од нукле эоштито , и ц а р з гама
6.1.
СТРУКТУРА АТОМА ЕЛЕМЕНТАРНЕ ЧЕСТИЦЕ
Одавно су људи ДОШ Л И до закључка да се сва тела састоје И3 атома. Познати ГРЧКИ научник Демокр и т је још у
V веку пре
~I аше ере први истакао
ову чињеницу, уз објашњење да су те честице даље недељиве. Тек у почетку XIX
века откриве~1O је да атом ниј е недељив, већ да је и он састављен из честица. Пр ва је била откривена нсt'апt8НО наСJlСК1'рисана честица - електрон. Ускоро је после овога откривена и позитивно наслектрисана честица "POTOII, а затим и неутрэnна ',сстица
-IICYTPOII.
Да ЛИ су ове честице недељи в е~ Има
MHoro знакова који указују на то да и ове честице нису просте, већ
да су састављене ОД других. још ситнијих делова. До сада је постојало дубоко верова ll,С да ј е elleKTpO~1 најмања че стица наелектрисана најмањом могућом коли
BepouaH.e. Експерименти по казују да је ст в арност микросве'га атома пуно сложенија
ОД оне коју приказујемо електроном. протоном и неутроном. Данас је познато више стотина елемент арних честица.
Уоби ча јени начин из учавања структуре н YKJlea р них језга ра и производње елементарних честица у лабораторији се састоји у бомбарДовању одабраног језгра
-
мете подесном честицом као IlројеКТИ1ЈОМ. Честице
-
пројектили
се производе уређајима по знатим као а кцелератори. Данас располажемо џиновским акцелераторима који 'lестицама
-
пројеКТИ1Јима дају огромну
енергију.
Докле ће доћи људско сазнање у тајнама атома и СУ I"ICтанције, т о још нико не зна, а још мање се зна шта ће се на том путу открити.
ГРАЂА АТОМА Према савременим сазнаљима атом се састоји ОД језгра (нуклеуса) и елеКТрОIIСКО" омотача, тј. ОД скупа CJleKТPOH 3 распоређених ОКО језгра. Атомско јСЗl'рО има слажену структуру. Оно се састоји ОД две врсте честица
Нoaenи СЈАО Д8CI НlUИ8Q 30 СОСТQ8НИ део атомо: .Jar1:ю"
и .noтинCICИ ИЈpcD ~" . Користиtw.мo И1pcD
jeJrpo,
I IPOТOll3 И НСУТРОIlЗ, приближно истих маса. Један прото н И1Ш једа" IICYTPOfl
Q1IИ је чиtwкща
има око
ИЈpcDИ који су ~
1840 Ilyтa оећу масу ОД слсктрона.
Лтом, Дакле, садржи три врсте честица, протоне и неутрои е у језгру. и електране у омотачу ОКО језгра. Протони и електрони су наелектрисани
Број Jlротона у a'rOMY увек је једиак броју спектрона, па је сваки атои спектро-неутралан .
-
позитивно наслск
три сано језгро и негативно н аСllсктрисан омотач међусобно се ПРИl\Лаче. аnи крета н,е еl. еКТРОllа их спречава да падну на језгро. тако да се одржава
стабилност атома. Ово подсећа на ситуацију у СУ .'I ЧСВОМ систему где Сунце гра в итац ионом силом привлачи
планете. али оне круже око њеЈ'а и зато
не падају. Зато се овакав модел атома и назива планета рни моде1. атома
(Сл.
6.1).
со н.име користе при.аа
..нyкneщ.ни" . а IOW. ..јUrP08ИТИ" или .је.прени". Зато NIДCI lCO*eмй да се у овом м.rry
јед н аким КОЈI И'lинама електрицитета супротног знака.
у унутрашњости атома делују привлачне силе
IIIJ сви
боаимо нумеарном СРИЈИКОМ тиме lCO*eмй IIIJ се баеимо сриlИКОМ језгро..
План етарни модел неки х атома приказа ll је lI а сл.
6.2.
Атом водоника, по структури н ајјеД lIостав нији атом, састоји се одједнOI·
протона у језгру и ј едног електрона у о м отачу (Сл. 6.2а). у природи постоје атоми са бројем електрона од
1 до 92,
који су настали
без уче шћаљуди . Постоје и други атоми које је човек произвео у лабораторији са ви ш е од
100 електрона. Као што сте вероват но већ ч ули у настави хемије,
атоми
карактеристике супстанција које
су
н азивамо елементима. Ако
продужимо са елементима, на Сл. 6.2б шематски је приказан атом хел иј ума са два протона и два неутрон а у јеЗ I-РУ и два електрона у омотачу. док је н а Сл.
6.20
приказан атом литијума ч. ије језгро садржи три протока и ч.етири
неутрона, а у омотачу има тр и електрона. Атом кисеоника садржи осам
протона, осам неу тр он а и осам електрона (Сл.
6.21·).
Број протона или електрона у атому представља и Iberos редии број у Периодиом систему елемената .
Искуство показује да хемијске особине зависе пре CBera од електрон а, и зато су оне веза не за атоме. Тиме се бавите у настави хемије. Нас ће овде ви ш е занимати особи не веза н е за јеЗ I-ра.
ЈЕЗГРО АТОМА Број неУТРОIIЗ ј еднак је броју протона код малог броја елемената н а по ч етку ПеРИQДНОГ система. УКОЛИКО се ви ш е иде његовом крају, УТОЛИКО
бр ој неутра .. а у јеЗ l'РУ постаје већи ОД броја протона. Тако. н а пример, уран има 146 неутрона и 92 протона (Сл. 6.2д).
Неки елеме н т и МОГУ имати у језгру различити број н еУТРО .I З. чиме се не мењају њи хове хемијске особине. али им се меља атом.скз маса, јер је маса неутрана IIр и6Ј1ИЖНО једнака маси протона. Ово су изотопи тих елемената.
Велики број Сllемензтз имају И30ТQле. О ни се јављају у природи или се доб иј ају вештачки. Тако. на при мер. ВОДDНИК има још два изотона:
-
iilешкu 80901lЏК, 11 338311 gеушерuјум, има у језгру ј едан протан и ј еда н
неутран.
-
суйершешкu 8090НЏК - mрuцuјум, има у језгру ј еда н I1 рО'1'ан и два
неутра на .
Већ смо објаснили да су у природи могуhи проце си у којима се Од HeYTpaJIНOГ атома од ваја ј едан или више електрона. Одвојени ел ектрани се
називај у С/lOБОДIIИ С/lеК'ГРОIIИ , а "оста ци " атом а - позитивни јOlIИ. Дешава се и обрнут процес. Неки од с/ ю бодних електрона МОЈу ући у састав еле ктро н ског о мот ача атома. Тако
IlacTajy lIегаТИВ ltи јоюt.
Лтом и ј ан кој и н астаје од TO I· атома, имају исто атомско ј езгро. Наиме,
при процесу одваја lbа еЈЈектрона
јонизације, ие мења се број ни протона
-
ни неутрона у језгру. Број протона у језгру је основна карактеристика сваког
атома (и јона). Назиuа се реДIН1 број и најчешће се обележава са
Z.
Укуп ан
број п ротона и неутрона у јеЗ1l>У, који се једним именом називају ИУЮlеони. чини
Macell" број и он се обележава са А. За наведене п римере атома са 6.2 број еви Z и А су: за воДоник Z = 1 и А = 1, з а хелијум Z = 2 и А = 4, залитијум Z = 3 и А = 7... сл.
Ознаке за атоме, прецизније њихова језгра . садрже хемијски знак (Х), редни број
(Z)
и масеllИ број ( А):
Ознаке за ј ез гр а атома на Сл. 6.1 су:
IH 1,
2 Н е\ зLi1,
8016,
,ntJ238.
Преч ник јеЗI'ра је много пута м ањи од пречника атома. Кад би се ј езгро приказа ло куглом величине чиодине главе, путање електрона би има ле
ПО/lупречник од око 20 метара. Ј ез гр а и м ају м но го већу масу од епект рона атомског омотача, п а се може сматрати да се електрани око њих крећ у сл ично кретању пл а нета око Сунца ( Сл.
6.2). Као што смо већ р ек ли. овај аТQМСК И
модел назива се планетарни модел . Између протона у ј езгру вл адају одбојне епектричне С ИЈlе. ОдБИјање је толико велико да би ове си ле за врло кратко
време разариле сва ко језгро атома у п рирод и. Међутим , то се ипак не догађа. ј ер између
HYK/leOHa у језгру делују
иtlТера к циј а јс привлачиа и око н ук л еарне С И Јlе
AC/lyjy
и друте силе - нуклеарнеСИll е. Н уклеа рн а 100 пута јач а од слеКТРИЧIIС. ПривпаЧII С
како измеhу протона и п ротон а, н еутрон а и н еутро н а,
тако и измеhу протона и неутрона. Нуклеарне силе не зависе од врсте нуклеОl l а. Деповање нуклеарних сила се не опажа у сва коднсв ном ж ив оту јер
OliC,
за разл и ку од еЈlеКТРИ 'lНИ Х сила, де1lују само на врДо малим растојањима.
ПРИРОДНА РАДИОАКТИВНОСТ
6.2.
Прве податке о променама унутар атома, за које се касније показало
да су у ствари промене у језгрима, добио је Анри Бекерел (Неnrј
1852-1908)
крајем
Becquerel, XlX века, када је утврдио да н еки елементи вели.ких
масених бројева (елементи са краја Периодног система елемената) емитују извесно зрачење. Ова појава названа је радиоактивност
латински:
(radiare -
зрачити). Бекерел је појаву радиоактивности најпре за пазио код атома урана
(U).
Марија и Пјер Кири
(Curie)
су такође истраживали ову појаву и открили
су нове, до тада непознате, елементе баш преко радиоактивног зрачења тих елеменат а. Утврдили су да неки од новооткривених елемената зраче знатно јаче од урана. Такав је, н а пример, елемент радијум
(Ra).
Пој ава да неки елементи спонтано отпуштају невидљиво зрачење зове се природна раДиоактивност.
(HoaalЬe ћемо корисшиши израз "раgиоакши8 ни зраци'; који је оаомаћен, иако не сасвим uравипан, јер се uојава раgиоакшивносши овноси на емишовање
ших зрака, а не на њuxове особи не.) Да би се утврдила природа радиоактивних зрака, ставља се нека
радиоактивна супстанција у оловно кући.ште дебелих зидова са малим отвором (Сл.
6.3).
Марија Кири је, на пример, стављала уранову руду. На
ИЗЈl азу из кућишта поставе се две металне плоче наелектрисане супротним
.. 01111(" 6.3
врстама електрицитета тако да између њих влада јако електрич но поље. у продужетку се поставља неки уређај који може да за6ележи присуство зраче ња. Такви уређаји се називају детектори. Један од примера детектора је фотопл о ча, коју најпре изложимо зрачењ у, па је онда развијемо и ре ги струј емо
Tpal'ose зрачења. у емИТОВQНом эра4еЊу могу
постојати и ПОЗИТИВНИ ~-эраци, који се састоје од позитивно наелектрисQНИХ елемента!Жих
честица са масом једнаком
маси електрона. То су позитрони. На Сл.
6.3
они би
скретали на исту страну као и
а-честице. (МИ се. међутим, појављују само у эрачењу вештачки створених изотопа.
Може се утврдити да се радиоактивно зраче ње, које емитује
радиоактивна супстанција, поделило на три дела.
-
Према
негативно
наелектрисаној
наелектрисани зраци, названи
-
Q.
плочи
скренули су позитивно
(алфа)-зраци.
Према позитивно наелектрисаној
плочи скренули су негативно
наелектрисани зраци, назва ни ~ (бета)-зраци.
-
Зраци који нису скренули названи су у (гама) - зраци и, било је
ОЧИГЈlедно, нису на електрис ани .
Даљим испитивањем утврђено је следеће: a-зраl~И су језгра атома хелијума, тј. садрже два протона и два неутрона. Зато се они
понекад зову а-честице. Њихово позитивно наелектрисање
потиче од наелектрисања два протона.
~-зраци су брзи електрон и и зову се ~ - честице. у-зраци су еJlектромагнетни таласи, као и свеТJlОСНИ, аllИ много ма њ е
таласне дужине, чак и од УЈl1'раљубичастих зрака. Невидљиви су и врло су продорни.
MOI)'
пропи кроз 6етонски зид дебљи не једног метра, али не МОI)'
проћи кроз оловни зид исте де6љи не. Сви о ви зра ци при проласку кроз човекоuо тело могу изазивати веома
штетн е 6иохемијске реакције. Поме н ути зраци потич у и з ј еЗ l'ра радиоактивних елемената и последица
су њих ово г распада. Тај рас пад може бити п риродан и вештачки изазван .
.. Радиоактивни распад је спонтани процес. на њега се не може утицати.
ОДНОСНО, он се н е може ни убрзати ни УСПОРИТИ. Последица распада је да тежи аТQМИ прелазе у лакше, "ри чему настају радиоактивни зраци. Тако се
.......
радијум распада отпу штајући при томе а и у эракс и даје. као потомак, други
"~ м.nи 88IIIТINМ
рздиоактивни изотоп. Неки ОД тих потомака емитују и ~- зраке. Коначно, после ни за прео6ражаја. настаје олово, које више није радиоаКТИ8на.
морамо бити npeUИЈНИ. Пр80
При радиоактивном распаду тра н сформише се једна врста јсзгара
смо peкnи до paдиoakТИ ....
расПCUI МOIКe бити ~
(нсста6Иllна) у друга (која могу бити нестабилна или стабилна), а ослобађа
или КWТQЧIQ4 иw8ОН,
енеРl'ија радиоаКl'ИВНОГ распада. При сваком распаду један рад и оактивни
Q онда
lfIJ је родиооктим.t pclCnaд
атом пређе у свог потомка тако да се број радиозктивних атама дате врсте
cr1OtfТCМ4 процес. на који се не моае утиuaти. односмо он се
ltI мом te4 ~ te4 успорити.
у току времена смаљује, па се смањује и интензитет зрачења атома те врсте.
Уколико је и потомак радиоаКТИ8ан. може се десити да укупан интензитет
ми ИШТOЧIIИМ nyreм, PetММO
зрачења буде 8сћи. Интензитет зрачења се сигурно смањује само уколико је
~.
потомак распада стабилан.
чetп4ЦCrМ. мо.емо ИIllJ8O'fМ
Пример распада језгра урана изгледа овако: 9}U
92
протона језгра урана распоређују се у језгру
хелиј ума
(2).
процес У којем fIe <:ТOбм.nнo
Th131~ + }Не • торијума (90) и језгру
Щ
~
4
90
Jw"!Ю """'"' у дpyn>."je
се родмоактиlМO pclCnoдcL То се noдpcJyмua под l'IOjМI:IrМ _ _
Ова реакција пр едставља шему а~распада.
_
Следећа реакциј а представља ~~распад (настајање језгра никла од језгра
ко6алта): 2'СОЮ --+ 2sNiЮ
+ е-.
ароllieкле су
_Оуно Oocвelleнe
pagy.
I ga не бисмо йреки9алu
r
Ч_о сам сар .....""
Ж'U80Qla,
OOeg у _ој ...уа"
какав важан йосшуаа", ПРо*'9uла сам
чесШо чишав уан у мешаlOУ Кl&учале масе lвОЗ9е~м шиuком скоро
JrЮје велuчине. Увече сам бwtа сломљена
09 умора. " Марија Кири је умрла у шез9есешсеgмо; ~uнu живоqiа 09
леукемuје.
болесши
окончала и живоше
изазване
йpeKoMepHUМ озрачиваlOем
MHOfux йионuра ра9uоакШивносШu.
која је
jorpo НII:IIOМ
•
о
6.3.
ВЕШТДЧКД РДДИОДКТИВНОСТ НУКЛЕАРНА ФИСИЈА
Поред наведен их врста распада језгра, постоји још један процес при којем
се ме I Ьа ј еэl']Ю. То јецепањсјезqJа или нУtCJIеарнафисија. П ри фисији настају два нова, лакша језгра и ослобађа се енергија
фисиона е нерrија, која је до
-
20 пута
већа од енергије која се ослобађа у а, ~ и у распаду. А У поређењу са хемијским реакцијама (саroревања) енер гија фисије је МИIlИОlI има пута већа. Д ва лакш а
језгра настала фисијом н азивају се фilСИOlIИ продукти или фрагменПI. С понтан а фисија као Н УКlIеар ни распад дешава се врло ретко. Постоје,
међутим, (lрОI~еси (1lуклеаРllе реакције) који На при мер , фисију урана
(91UUS),
10101)'
изазвати цеllаље јеЗI·ра.
МОI'У и зазват и н еутрони (Сл.
•
Слuка
6.4) .
6.4
Када неутран дос п е у ј еЗ 11'О атома, у језгру настаје поремећај и оно се дели
-
цепа на два дела , који најчешће ни су једнаки. Уз
3 нов а неут рона, а јавља се
'1'0 се
ослобађају
2 до
и радиоаКТИ8flО зрач ење. Разбијањем језгра атома
ослободи се, о сим радиоактивних зрака , и Оl1'о мн а то п лота . Међутим, неутрони који су и зашли из првог разбијеног језгра могу да погоде друга језгра и изазову у љима цепан.е, а онда неутрони из ових
ударају у сусед не, и та ко се це п ање наставља по шеми п риказ аној на Сл. Прв о језгро је после цепаља испустило
2-3
6.4.
неутро на . Уколико се створе
услови да два неутрона наст ала у истом распаду увек погоде два нова језгра,
број фисиј а ће се временом удвостручават и . У 11рвом кораку (или цикл усу) добиће се два разб ијена језгра ; онда њихова четири неутрона разбијају
следећа четири језгра; затим ће бити разб ијен о
8, 16,32,64, 128
итд. језгара.
То је лаЈlчана реакција. Ова реакција ј е ВР1l0 брза, тако да се цепање језгз.ра атома садржаних у једном КИJlOl1'аму UШ изврши за неколико милионитих де1l0ва секунде. При томе је укупна ослобођена енеРП1ја огромна. Само из једног КИЛОl1'ама
•
Слuка
6.5
U23S
доБИја се топлотна енергија која одговара количини
топлоте насталој сагоревањем око
300 ваl'он а
најбоље l' у гља (Сп.
6.5) .
Ђ
ЕТ
НУКЛЕАРНА ФУЗИЈА у пр оцесим а нуКJlеарне фисије тешко језгро се цепа на два лакша језгра и ослобађа се фи сио н а е н ергиј а . Проц еси II УlI:леарне фузије су, на неки н ачи н ,
супрот ни фисији. У овим пр оцесима ЈЈака јез гр а формирају ново ј езгро, а што је Il аро ч ито битно
-
-
и У овим процесима се ослобађа огромна енергија
фузиона еЈlергија. Фузиона енергиј а је истог реда вenичине као и енеР I'ија
ослобођен а при фисији, дакле милионима п ута већа од хемијске енергије, на пример енергије
caropesaIba
водоника и кисеоника, Дпа п рото на и д п а
н еутрона, на пр имер , мо та би да образују језгро хел иј ума, али ј е потребн о да се та че т ири нуклеона приБЈlИже један другоме н а врло мало растоја ње (пре 'IНИК језгра хелијума), јер тек ~I a том растојању делују привлачне нуклеарне силе, неопходне за формираље јез гра. То се у пракси не остварује директно, већ преко низа међуреакциј а. Проблем који се овде јавља ј есуодбојнеелектричн есиле међу протонима.
Да би се протони при б!I И ЖИЛИ на тако мадо растојање, потреб но је да располажу веома веllИКИМ кинет и чким енергијама, ШТО се може п ости ћи
врло високим температурама. У Jlа60раторијама на Земљи се то тешко може остварити. Истина, у неколико великкх научних лабораторија на С8ету
ЕlШiер_енiDtllIНU
развијају се прототипови за овакве процесе, и извесни резултати су већ
IUlIOtI
постигнути. Једна од реакција фузије кој а обеtiава подесан и звор енергије
йроUЗflog_
liРОЦ«ОМ
фуЈUЏ
dfJројењtl
реакцији настају језгро атома хел ијума и неyrpoн , а ослобађа се оrpoмвз
YOIЫ!M IItflOM
Међутим, процеси фузије непрекидно теку у унутрашњости звезда, као и на нашем Сунцу. На Земљи се довољно висока температура остварује 11рИ експ лозији фисионе бомбе, та ко да о н а служи као "упаљач" фузионе !
..
ОlllкtI
6.6
311. udIiражu·
КУКIIмрне
tHepfuje
У OKflUpy iJpoffНVt'.tI
ЕflроiШ<:е JtljeYHиЦt. О g_t:NЈuјtIЖtI "tI-
је стапање те wки х и зотопа IЮдон и ка . деуге ријума (О ) и трицијума ( Т). У количина енергије (Сл. б.6).
ypd)aj
KtUyjt yl1ly,
"Обtк
који
са/оји У
6.4.
ПРИМЕНА НУКЛЕАРНЕ ЕНЕРГИЈЕ И ЗРАЧЕЊЕ НУКЛЕАРНА ЕНЕРГЕТИКА
Проналазак ланчане фисионе реакције омогућио је осло6ађање огром, IIИХ енергија у виду топлоте. Нагло и НСКОl l тролисаllО ОСl106ађан.>е ОВQлике енергије у делиhу секунде дамоди ДО еКС[lЛозије огромних размера. ТО је Ilуклеар"а
(.. атомска") бомба.
Међутим , нађен је н ачи н да се
080 ослобађаље
енергије контролише, успор и и одвија по п отреби. ТО се догађа у нуклеарним рсакторима. Регулацијом п ротока нсутрана подешава се снага реактора, а може се и прекинути љегов рад.
Енергија која се осл ободи н ри НУКЈЈсар н ој фисији у на;већо; мери се претвара у ТQПЛОТ НУ е н ергију. Овом ТОПЛQТQМ се загрсва вода, која се под в исоким пр ит и ском п ретв ар а у п ару. П омоћу ове паре п окрећу се 'I' урбоген ератори у нуклеар ним електра нзма, које већ у вел и ком процен ту
подм и рују растућу пот ребу за еlЈ СКТРИЧ Н ОМ енергиј ом савременог друшт ва. Типичан шематск и п рик аз овакве електране дат је н а Сл.
•
Нуклеарн и
р еактори
6,7 .
Сnщщ6.7
корис т е
се
и
за
погон
бродова,
посебно
подморница . Наиме, по т рошња "ИУКЈЈеаРНО I' I'орива" за п о1'он је (по маси гледа н о) неупоредиво мања од оне за клаС l1 чна горива: н афту или угаљ. Посебна погоднос т код подмор н ица које поседују нуклеарни реактор је та да се за ОСJlо6ађаље IЮI'онске енеР l' ије не троwи кисео н ик, као код п одморница које сагоревају к л асич н о гориво. Залихе нуклеаРНО l' горива које брод може да прими су довољне за вишемесечно па и вишегодишње пловљење.
Нуклеарни реактори служе Jf за доБИјање вештач ких радиоактивних елемената. Ако се у унутрашњост реактора, Ј'де се врши цепање језгра и
где је врло јако радиоактив н о зрачењс, убацс нски елементи (калцијум, јод, фосфо р, ко6алт, стронцијум и др.), по сле извесног времена и ови елементи постају радиоактивни, То су всштачкн раД llOаКТИВ l 1И елементи, Они се
у потребљавају у техници, пољопривреди . меди ц ини.
НУКЛЕАРНО 3РАЧЕЊЕ
РащюаКПIВIЮ зрачсље при проласку кроз супстанцију врwијонизацију атома. Настали јОI Ш сту пају у хемијске реакције. Ако овакво зрачење пролази кроз Ж ~I ВИ о рганизам (и 'lObe,,-ов) ,
0110
у ћел иј ама изазива разли'ште IIромен е
и оштећења. Алфа и бета·зраЩ1 већих и нтенз итета нај'lсшћс изазивају јаке ОПСh."ОТИIIС на кажи. О'IИ су и зузетно осетљ иве на ова зрачсња . Гама· -зраци, који су М Н ОГО продорнији , у ништавају ћ ел ије у дуби н и орга ню ма. Посебно су на ово зрач сње осетљ и ве ћелије слсз ин е и КQштаllС СРЖ I! . Зато је за руко ва ње радиоаКТИ IJНИМ изво ри ма потреб н а посебна обу ка, заШТ ll та и радна ДИ СЦ I1llШlll а.
РащюаКТИВНI1 извори се, кад н и су у у потреб и , ч у вај у у ОЛQВНИМ кутијама дебел и х з и дова, п а се з раL~И а п со рбују у з и до вим а кутиј е. За ч ува ње а-
11
~- радиоаКТИВI I ИХ из ворn могу се кори стити кутиј е од п ластичних маса ~I ml аЛУМИllИјума, ј ер љихова з рачења нису тако продорна као зрачења у-изво ра. Продорно е'Г ов и х РnДl 1 0аКТИ 8НИХ зрака, најбоље обј ашњава Слика
...
Слика
6.8 .
6.8
Најопас н ије за 'lO века је ако радиоакт и вн и материјал дос пе у унут ра ШlbОСТ ОРI'а н изма п реко х ран е или удисања радиоактивни х па ра (Сл.
6.9).
Ос06е које раде са н уклеарним реакторима или медицинско особље које
рукује
р адиоакти вни м
препаратима
п ри
леч ењу
пације н ата
мора
имати за шти тну одећу. Осим тога, користе се и за штитни парава н и , кецеље и слично.
I
. Као и КОД кnаСИЧ II ИХ ТQПlIOТНИХ извораенер пtје (IIПР. као УПIJЬ). код рада НУКlIсарних реактора постоји про611ем 01'lIада. При С31"ОрСn3ЊУ фОСИ1IНИХ горива, нафте и угља поред шmсла и чађи емитује се УГЉСН - ДИОКСИД.
CYMI'IOp-
-диоксид И оксиди азо1'3, који угрожавају ЖИВQТIIУ средину. У пепелу угља може се наћи и радиоактивног материјала из у "' утрашњости Земље.
При исправном
коришћењу "УК1lеарне енергетике ТИХ загађиваља
нем;'!, l-Ьихов "Ilепео" -
ИСЛУЖСIIО ("ОРИ80 -
остаје компактан, аЈ]И његово
одла."ање представља п роблем, јер садржи фисионе фраГМС l-lте веома високе радиоаКТИВ Н QСТИ. Наиме. фисиони t l РОДУКТИ који се током рада сакупе у гориnу и Њ ИХQБИ ПОТОМЦИ су радиоактивни материјали 11 захтевају посебно СКlЈадиштење. Про6Ј1ем Јlежи у томе да је неким од фl1СИОНИХ продуката п отреб н о всома AY I'o време да пређу у стабилне потомке и зато ДУ I'О rlpeJtCT31JJЬaj y опасност за ОКОllИНУ.
BpeMClia
Према савременим сазнањима сва супстанција је изграђена ОД атомз. Атом се састоји ОД језгра и електронског омотача. Атомско језгро
ПОСЕБНО УПАМТИТИ
- позитивно неутралних честица - неутрона, И1lИ један неутрон има ОКО 1840
има сложену структуру. Оно се састоји ОД две врсте честица наелектрисаних честица
-
протока
и
приближно истих маса. Један проток
пута већу масу ОД електрона. Број протока у атому увек је једнах броју Сllектрона. па је сваки атом еnектро-неутралан.
Појава да неки елементи спонтано отпуштају невидљиво зрачење зове се радиоаКТИВНQСТ. У радиоахтивно зрачење спадају позитивно
наелектрисане алфа-честице.
неегативно
наеле:ктрисане
бета-честице
(електрони) и гама-зраци који 'утаnаси слични светлости али МНОГО мање таласне дужине. Сво ово зрачење делу;е штетно на људски организам. Нуклеарни процес цепања језгра назива се нуклеарна фиси;а. Ова;
процес се неконтролисано одвија унутар нуклеарне (фисионе) бомбе, а контролисано у нуклеарним реакторима. Процес спајања лаких језгара у
теже, опет уз ослобађање енергије, назива се нуклеарна фузија и до данас људи нису успели онај процес да контролишу.
ПИТАЊА
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Шта ј е то аТОМ И СТИ'l Юl структу ра суп ста н циј е? Који ј е одн ос поз ити в н их ч естица у атомс ком језгру и не гати lН lИХ у о мотачу? Од чега се састоји ато м с ко јез гро? Заш то се "Р ОТОIIИ в е РU Зll е те и з атомск и х ј ез гара ?
К ој е ј е при роде ра ди о акти u но зрзч е ље? Да л и ради оа к тиuн и И ЗIЮ р И зраче с тално истим интен зитетом ? Шт а ј е ланчана реакциј з ? Ч ему с луже н у к ле а р ни рсактор и ?
Како се в рш и за штита од рад иоаКТИ 8НОГ зрачења ? Шта је н у к леа рн и отпад?
Уйоfllреба
aflloMCKoi
оружја је на свој I Ia'ШIl 06ележила ХХ век. Дилеме
о раЗУМIlОСfllU 11 ойрабgаносш и о вих ВОјађаја СУ врло йрuсуi1lне I1 шезgесет 11
tiefll
јовиllа йосле бацања атомских бомби на јайаllске јравове. ОgiОБОРU су
разли'ш.Ши како нам ШО казују мемоари учесника у OBIIM з6иваlbима и анализе
IIСШОРll'lара. Сумње нема, међушим,gа је смрш око 130.000љувu У Хuрошими I1
70.000 У Најасакију, са сшошuнама хиљава 011их који
су насйi.авиЛIl ва Жllве са
йi.ешким й.ослеgицама озра'lивања, сшрави·,на ой.омена "Qшој l~ивиЛllзat~uјl'.
Нllво ешtlке која
OHII.X који воносе IlM је IIa расЙолаiању.
оgлуке мора биши са/ласа" са НU800М шехнике
НајБОље би било да изуча80ње tpизи I
технИКОМ и друГИМ ~ayKaмa, а посеб~о са медИЦИ~ОМ .
КЈЪуч~е реЧИ:
совреМе~и свет, q:lИЗИка, tpиЗИl<а, q>Изи
ка
...
ФИЗИКА И САВРЕМЕНИ СВЕТ
Утицај физике на развој других природних наука, медицине и теХНОЛОГИЈе
Физика и математика ОДНОС физике и математике је сложен. Љllилсј је рекао да је матема1'ика језик физике. ТО је
Ta'IHO,
односи физичких ВСЈ!и 'шна се
изражавају математичким формулама и при решавању
се користе све матемапl"н<С операције. Међутим, мора се увек ВОДИ'П1 ра'Јуна о томе да математика даје сва МOI)'ћа решен.. а, а да ми морамо одабрати она решења која имају смисла са тачке глсдишта физике. (Не можемо прихватити рсшеље задатка да је кретање трајало минус Да н ас математика развија
lioue
5 секунди.)
методе за потребе
решавања одређених проБЈlсма из физике, ДОК физика користи те методе и указује на нове лробllсме за које је потребно даље развијати математику.
F.лекШРОНСКII миl(РОСl(ојј
Физика) хемија и биологија Ако познајемо грађу супстанције на нивоу атома и молеКУJlа, можемо предвидети ток хемијских реакција.
Према
хемији.
томе,
физичка
испитивања
Штавише, физика
матер ијале
Ta'I HO
нас
усмеравају
иде корак даље:
у
преДlmђа
одређених особина. Онда хемичарима
предстоји ДРУГИ део nOCТl a: да прон ађ}' тачне услове реакције. (Ево неоБИ' I НОГ примера: на теnевизији сте вероватно видеJlИ рекламу за пелене које имају велику
моћ упијања. МатеријаJlИ који су главни састојак таквих пе1Iена су резу/пат дуготрајно. ·з аједничког рада фИЗl1чара и хемичара.)
Савремена БИОЈ10гија прорава процесе на нивоу ћелијеИl1И унутар ње, при чему је неопходно видети ћеЛ~1ју. Ово омогућују аптички микрОСКОI1И И Т3В. електронски микроскопи са много снаЖ~lијим увећањем. И једно и УiiОiuреба "асера у
ДРУ I'О су "алати" које је остварила физика.
xllpypllljll
118
И :mор РСIЩI'СЩ:КИХ 'р""'О;'" се oKpehe
Физика и медицина
_______...iii
KOllТllliY"_~Р" _'_ Ш
Савремена медицина M ~tOl'O
JIYI'yje
физици, Пре свега ту
су раЗЈIИ'IИП1 дијагностички уређаји (уређаји који помажу
лекарима при постављаљу дија l 'нозе), уређаји који омогућују
CIIIIP:llltI {lIpcтl.'H дстектора}
да се саГ/.еда оно што је lIа први погпед невидљиво, Пођимо од рендгенских снимака,
rla до санреМСIIИХ томографа и такозване
I lуклеарllе маГНСПI С резонанце (нм р) , да и не говоримо о
pcllArCllCКlI зраllll
сондама са МИ~lијаТУР I'IИМ камерама, Поред тога, радиоактивни материјали 1I0 мажу, каКО нри дијапюстици, та ко и при лечењу,
јер прецизно прорачунате дозе зрачеља могу у ниш т ити ћеJlије рака, а не и здраве ћеJlије.
... Оllаслик а коју је СТIIОрИО скснер
С"е,ЩРOIII/!
IIQKpeТlm
KpCllCT
УЛl7iрювуком, uоuут
КТ IIРllказујс детаље 11ресека МОЗI'а !1;щнјеllта
060; скс,mрmьа
Скеllер Зll комйјушсрuзовllllУ ШОМОiрафuју
фетуса СШиРО; 20 I'С9еЈЬа, корuсшu се
за uра',е_ бе6U1I0; разtJоја у матерuци.
PeHgieHcKU
зраци
ПрвllgобlliТtнuк Нобелове наiраgеза ФUЗlIку(190 1 ) био је lIeMtI'fKllllaY'IHUK Вилхелм КОllрав РеllвТеll (Wi/Jrelm KOflrad Rontgen, 1845~1923), Онје
1896. iogUHe
ОШКрllО необll'fне невиВЉllОС зраке који су осшавlbали mраТ на фоiuо;рафској ило'fU, lIСШII као IJ свеШлос Ш. За разлику
09
свеШЛОСШII. ови ЗРat~и су бuли
ВО80ЈЬНО йроворни ва ироЬу КРОЗlbуgска ткива али су разllU'fUШО аисор60ваl/и у разли'IUШUМ rUKueUMa 11 на iliоме се заснuва 1ЬUХОба ме9ицинска йрuмеNа.
Још јеван ЗШIUМ1Ыlб йоgашак: Ilве)у 9а се корисше флуоресцеНUllfе фОllll)е ва бll се йоБOlыuао К(ШЛllluеш снимака, ирБ Ll је 9ао уйраБО Михајло' {yurm!
Вилхслм КОllриу
Pell9icII
РеН9јеНСКII CHIIMaK "'У9ске 11000_
Oiii"p"lle ptll9icHCKUX зрmr.u било јј! 09 elioxtl1lHOi зна'lUја зtl .,ооска. P1l9lmCl(fJlillja, 1910. iug'lIIc
йоказујс 9(1
IIt9°ciIl.aje јС9t111 КУШlbtlК
119
10РIIJЏ
Физика и техника и технологија У свакодневном ЖИ IЮТУ окружени смо рззл 11'1 ИТИМ уређајима, на којесмо
Beh толико
навикли да их скоро и не Il римећујемо. Разна п ревозна средства,
уређаји за домаћинсТlЮ ... Ако се запитамо како Функционишу, приметићемо да већина има бар неке покретне деJlове. А кретање тих покреТНI1Х делова Дl1рекТl-1O следи законе кретања које смо I1зучавали у мехающи. Покушајте ПолуuровО9НIIК јерманuјум се корисШи.Ја uроизвogњу
шранзисшора, као шшо је овај на
рецимо сами да набројllте све полуге које срећете на путу од куће до школе. Сва возила и већину уређаја 1l0крећу мотори. Зна'IИ , у моторима се
слици. TpaНJliCiIiopl1 се корисше у
обавља претварање неког облика eHepГl1je у механички рад. О претвараљу
рауио·аl1арајТmма.
топлотне енергије у мехаНИЧКI1 рад сагоревањем горива (беНЗI1Н, дизел,
гас), ГОВОРИ,.11 смо у науци о то плот и (физика за
7.
разред). Ако КОРИСТIIМО
електричну енергију, то смо обради,.и ове године у фи зи ци . (Подсетимо се још једном да се ПРО~1зводња епек три"!н е ен ергије и њен пренос до потрошача
обавља и да н ас на принципима које је ра зрад ио Никола Тесла.) Можемо анаflизира... и даље, аllИ прилично је јасно да су основна правила
фи зике послужила и дан ас служе као основа свих уређаја и да се налазе у суштини целокупне савремене технике.
Посебно
издавајамо
електронику,
као
"рану
елек тротехни ке .
Електроника је област технике у којој се примењује директно деповање на
понашање електрона у одређеним материјалима. Грађу ових материјала Ilредлажу
физичзри,
материјале
С~lн тетишу
технолози,
стручљаци
за
материјале, а онда је даље 110сао електрони ч ара да од ових материјала направе
ОДI'оварајуће електронске компоненте: траНЗИС1·оре. штампана кола, Ч~1п ове који се уграђујуу рачунаре, мо6ИJlнетелефоне, уређаје за реllроДукцију СЛl1ке и тона.
Силuцијум се КОРllса;и за uроизвО9"'У
ImiIieipucallllX
копа.
Каква је будућност физике? Питаље које се чес то постаllља односи се на 6удућност физике. Ако се по сматра шта је све физика као н аука ПОСТИГЛа, питамо се има ли шта fЮВО уопш те да се пронађе. Одговор можемо доБИТ~1 ако погледамо које су об}IaСТИ
.. фронтови" истраживаља у физици. И ОДI'ОВОР који добијамо је фасцинантан: t-лавни ПОДУЈШат физичара је "повезиваље" највећих и најситнијих објеката које познајемо. Како TO~
ЉИ ОРИ/Ю смо да се физика стал но бави низ 'Iссти ца које се јављају у природи,
IlOpen
l"pa l)OM
супстанције. Постоји
слектрона, протона и неутрона,
О којима смо већ I·ОВОРИIIИ. Све њих једним именом називамо елементарне 'Iестице,
мада
се
не
мисли
да
су
eJleMeHTapHe
зато
што
се
не
MOI'y
даље
разлагати већ зато што су оне елемеНТI1 од којих је изграђена супстанција. Нај'lешћ е их можемо "видети" у реакцијама судара између честица које I1мају довољно енергије. Према томе, да 6и реГИСТРОIIЗllИ раЗIIИ'ште честице, фИЗИ'lари изводе огледе у којима изазивају сударе честица са одређеном енергијом. УређајИ у којима се 'Iеспще убрзавају IIаЗl1взју се акцелераТОРIt (то смо споменули у
7.
разреду).
HajBehl1
европском истраживачком центру ЦЕРН
1211
такав уређај на свету на1lази се у
(CERN)
чији се туне}]и (кроз које
се крећу ч еспщ е) протежу испод делова Швајцарске и Француске . Та мо се сада Пр~Нlрсма
jeAa l1неfl И К И
екс п ер и ме нт, којим ћ е бити провер е н е постојећ е
теорије. Ипак, п остоје O I-р аН И"l ења за е нергиј у коју можемо пренети 'Iестицама у
земаљс ки м условнма. То међутим ниј е ограничење за природу, јер се 'I естице са ве hим СНСР I' иј ама п оја вљују. на пример, у процесима који се одвијај у
у звездама ИШ1 негде у међузвезданом простору. Стога је lI ажња научника окренута у п р ано ка свеми р у где се посматрају разл ичити догађајИ који су можда последица судара ч естиц а са веома великом ен ергијом. То је ј еда н од
разлога ш то се веома П ОМ I-!О rlрати све што се догађа у свеми ру различитим врстама телескопа (који п ок р ивају не само видљ иву светлост, већ напр . и радио таласе, па и горе поменуте рендгенске зра ке). Управо на овај l~ а 'ШН
физичари посмат раљем свем ира, као можда нај већег по стој ећеl' објекта, пок у шавај у да с аз нај у ие lЈIТО о н ајсићУUlН и јим телима а 1'0 су елемеlп ар не чест ице.
ФИЗИ'lари се труде да ОА l'о воре и н а
ApY I'a питања веза на за све мир: 1"!O'leTaK у прост ору и времену, као и AaJleKoj будућности. Ова пита ља ПРИ В1I а'lе
КО лик а ј е његова с таро ст, има ЛИ ОН
каква ћ е бити судб ина свемир а у
велику паЖIbУ и за њи х се не за нимају само физичари, јер ОД I'ОВОРИ на њи х залазе и у области филозофије па и реllигије, Ј едан од пробllема којим се физичари мно го баве су извори енергије. Свима је ј ас н о да су зал и хе фо с илни х I'орива (ут аљ, нафта , гас) на на ш ој
rl1l а н ети о гра нич е н е и да ћс у н е тако да лекој будућности бити потрошене. Заједно са инжењерима раЗЈШ'I ИТИ Х струка и физичари се баве пр облемати . ком и з вора енер l' ије. Коришћ ење нуклеарне енерt'ије, као решење које је изгледало савршено поло вин ом ПРОШ 1l0Г века, да на с није та ко привлачн о уз
постојећи облик реактора и електрана, јер подразумева проблем одлагања нуклеарног от п ада, а инциде нти попут
01101'
са електраном у Чсрн06ил у
су само повећали опрез в еза н за И УКЈl еариу енергетику. Нарав н о, раДII се н а пр оиаllаже њу ДРУ I' ИХ извора енергије. КОНТРОllиса н а термо нукл еарна
реа кција би можда БИllа р еше ње, или
неки ДРУЛ1
видови коришћења
-:. : ;;:;.Jlеарне е н ер гије, а и н ач ин еф икасног искоришћавања енергије која ДОJlази са Су нца (соларна еllСР I'етика) једна је од значајllИХ тема. могуће ј е да се истр а живањ ем еllсме н тарних честица открију још неки и з вори е не ргије, данас непознати .
Још јед на важна могућ н ост јесу уштеде при коришћењу извора ен ергије. У том lюmеду, физика ради на откривању нових материјала. Једна од необи чни х особина матер ијаJl3 је тзв. суперпроводљивост, а то ј е провођење
елеК ТР~1'lн е струј е кроз прОВОД ник , без ryбитака на з а грева ње. Проблем је што данашљи материјали то с војство могу да имају само на р еJlативно
НИСКИМ теМllсрат у рам а, та ко да се цео процес не исплати (хлађеље је скупо) , аllИ се много ради на томе да се Ilроизведу материјали који би имаЛlI СllИЧ Н С особине и н а соб ним теМ ll ерату ра ма. У св аком случај у. својств а су пста нциј е на IН1 СКИМ температ урама су ј една ОД "в рућих" тема савремене физике. Идеја је да се
npoY'le
ова својства, а о нда покушају репроду ков ати и на вишим
тсмпературама.
121
Соларна ',елuја
СуuерuровоgЈЬuвосш Пuонир IlCшражuвmОll осоБLша машеријала на m/CIШМ ;uемuерmиурама
(неколико кепвина ИЈнау аuсолуiliне нуле) био је Хопанђанин Х. КамеРЛLlIfi
-Ollec (Heike Kamerlil1gh -Onnes, суuсрйровоgЈЬивосши, ат,
olTlliopa) u
u
1853-1926)
којl'
је
yciliaHoBuo
uојаву
суuерфлуug НОСiliU (йроl7iицање ше'IНосii111 беЈ
за своја UCl7i.ражuвmьа gобuо Нобелову lIајрауу
ЗаllИМЈЬ иво је уа је у йослеgњuх
15
1913.
;ОУIlIlС.
јоуина уоуе1Ьено lIеКОllJlКО Нобелових
најрауа за исшражuвmьа IШ 'Iи ским шемЙерашурама.
Навели смо само неке области ~1СтраЖИ8ања у савременој физици. Има их наравно још. Остављамо
IJaM да сами
1l0тражите информаЦИју о томе шта
су 1'0 наиофИЗ51ка и наноматеријали (Нобелова награда за физику за Х. Кuмерmщi-Онес
2007!).
Открић е1'е један потпуно нови свет.
Суйерйровоуни ма;нсши у lIајвећем акцелераuюру на свешу (у Церну), UiеЧНtlМ XCJlujYMO/tf и треба
ga
0011 ма;неШIl
се хлаgе
обез6еg е јако маillСШНО ЙОЈЬе неойхоуно за крсшање
ЙРОШОllа йО кружној йушmьu.
1Ј2
РЕЧНИК НОВИХ РЕЧИ И ИЗРАЗА
EIIе tcrpllЧН II поте нцНјал
А
АЈщеllератори
ype~ajll
-
I(оји
убрзавају чemще
IIajyhK 11,\1 ТЗI(ОДОIIQл,IIОСllсргије да IIзаЗ08У рсаl(
cacTojl1
- lI0311TlllllIO
lIаслсктрнса llO зраЧСI"С,
се од јсзгара aTo~a хелијума.
А~lПер - јСllllllllца јаЧlllIС e;rcкypll'llIt' струје. Ам ш:рмета р
за мереll,(' јаЧJlII~ С;Јеl(
- HllCTpYMeHT
тричr lе струје.
А)l IIЛ IIтуда
-
маl(lIМа.1113 УДillЬClIОСТ те,lа
Т\'Жllor ПOJlожајil
0.1
НОМ по.."у.
- тс·tlЮСТ у којој су I I рlКyтrш јоН11 11 сто 0113 добар II РОI;IО,'tЩIК прује, Епецромоторна сипа - CII('I(TI'I1'1111I IlallOll 113 Kpajt·ви ма (HeOlln:pehcllor) II3I!Ора. Елепpuн - IleraTlIl;IlIOIlaCIICKTp"caBa 'Iестицз. С3СТ'IИ1111 део СИ3КОI' ато:.lЗ. у'!ествује у нро rюl)<':љу струје l'а је
раlllЮ
кроз чврста тeila_
ЕлеПРО
TOI(O.ll ОСЦII.'ЮllаlЬЭ
Апсо.1УТН I, I'IIДСI(С п реnамаll.а среДI"'С
брЗlllIС С8tтilОСПI у
-
- урсl}aј 1,0јl1М lIel('O те.lО "aCiI('f(TpIIC3110,
КОМI'rЮIК
8aK)'Y!oIY ПРС.'olа БРЭll lШ свс-
1I11'11111а lIаеilсктрисаtЬ3 која се јавља
Ато)!
- 0(11081111 саС10јак rpal)e сщlх t',1СЖ'Ilата, СаСТО;11 се 011 СllеКТРОll а у еЛСКтр!)IIСIЮМ омота'lУ 11 ЗТО~ICI(()г језгра, -
• •
еЛСКТРIJсаЩI ~eктpOlI
:Ја
мереље
карактеРИСТII'!IIС
-
тачке
СО'11183
CIIOII ПОСllС llpell1l.· мања ко" сабl' РЮIХ (O'Il11lа. 111111 кроз које ПJЮllа
eJlеlCТpll'lIl ОГ
эс продужсцrl llре;Ю.'olJJ,('ЮIХ зрака КОД раClШШIХ СО'IIIIа.
- еllСКТРОМ3ПICТIIII тallaClI t':<>lИтова1ll1 к з ;СЗI'ра, Til1I30JC ДУЖ Нllе мањс 011 )'lIтраљу6И'lа
Жижна ДilЉl1ll3
- YJl.aЉCII OCТ Жllже ОД тe~ICII~ сфср l!Or О I ')Iсдалз, уда.ъе llОСТ Жllже од центра CO'IIIB:\. 03I1aK1I.:/
стог sрачења,
ГеоиеТР llјСlI:а оrП IIlI:а
-
област оаТJlКС У којоЈ се зрак
и
Издубљено
С llеl'/Ј()(ТИ Т рСПlра као правз Лll llll;а,
Д
"О
ypc~aj којll може да за(ICIIСЖ II IIPII(YCТIIO
(KoII Ka8HO) сфеРIIО ofHCJIallO - Оl'лсда
lI:oje је део
угл~ча ll е 1I0ВрШlше лопте КОА којсг
CВCТIIOcr па"а
зра'lсља ,
113
унутращњи део СфСРllС
- 8О.1ОIЩК 11:0;11 У језrpу ииа јсдан Il ро1'ОН 11 ;eдall IICyTpoll, Д ифу:m а СВС'ТIIОСТ - C8CTIIOCТ одuијсИЈ од нсраllШIХ lIOBPIIllI1lJ,
И3(),lаЈОРII
ЕлеКТРII'llIа ИllфчеШ{llјЗ
тс.,а
11
M3ТCI'"jailll са маltим бројем С.10·
ИСII УII'lt'ио ( "Оll веКСIIО) сфе:Р"О Оfлсдапо
НОјава иа!.'ilеКТРl1C3l;1ања
jt Jtt'tl
светлост Ilада на (1I0:ьаIНЊII I1СО сфер"с
-
ФIIЗIIчка
IIрс,'П31111.а меру o Тll opa
Ile"II'1111I3 која Y(MepcllO)I крстаl l .у 113-
- УСИСРСIIO Kpeтalьe HaCIIClI:rp"call.a у ellenplI'III01II пољу_ Елеln'pll'I НО rloљe - ОКО нзеilСКТРI1С311ОГ тела IIOСТОјll С,lСКТI»I'IIIО IЈШЫ', којll.\l <»10 (I,pIIB.1J'I11O ИIIII од6ој llO) де"ује 113 IIPYI'a lIaenccrrpllcall3 TClI3, ЕлеrrРIIЧllе 1IIIIIIIjc CIIIIC - З3М1ll11љеllе ,'ItlllltјС које се
1111
КQ,1 11Ч 1ll1 1l. еl1еКУрIЩlIтета
(1I3.\lcl)y
дне тачке)
еllеКТР"ЧIIИ~ IIОТСlщија;rа те две тачке,
-
ра3}lика
rlpCHCCC
КРОЗ 1I0Нреч -
пресе~ 1!J)()801lIщка,
-
РС1tIШРО'lllа IlpeiIHOCТ ЖIIЖII(! даљи
lеэrpo ( нухлеус)
-
П0311ТИВlIO Il3cnеcrтpнсаЩI дсо аТО
)Ја у којсм је (КОIII(СНТРll сана скоро сза маса а1О· Јон
,\la, ИзграђсllO је од Ilpo1'Olla 11 lIеутрона, - атом са .\IЗЊКОМ 111111 ВIIIНКОМ с.1еКТРОl lа тако да јС lIae,l eKTpllCall II О311ПIВIIО IIП II Ile1'3TII811O, К
Кощ~еКСIIО сферно огл е"зnо
11O".а.
IIORPIUI!,
НС_ Змзјс се у Д1101ттријама.
E.rI СПР"'lll а струја
ПОКIIЗlшју сз IIр31щем дејства СIIЛС enеКТРII '1II 0Г
-
Koj~ СС у јеДlIIlIЩII 8ремсна ЈаЧlIна (ОЧII ва
СЛСКТРIIС31 11tХ ЧССТIЩ3 кроз НРОВОI\IIЩ(.
ОГllедз
Ј Ј аЧll llа eIlCI<'-ТрИЧllе струје
11011>3,
-
углачаllе II ОВРШIII IС лorrrе ~OД којег
без ДОДllра, раЗДllаја",!.'м lIа!.'II!.'КТРllCања ЈIOД дсј ЕлеКТР II 'lНа ОТ II(IР'IОСТ
C/la60
nроводе еnСПр"Чllу струју.
ПО које
-
-
6оД1lllХ IIОСИJl.аца 111I.Clleктpllcaњa, тако Д3
Е
EnСКТрИ'lllll " а llО11
IIOUp-
Ш,.
Деутеријуи
пвом
- караКТСЈШСПI 'I
кроз које llроllази nарале,lаll
(у) з ра ФI
-
љомс су 11:1.-
I I араЛСilll(lllзогледаllО,
ЖIIЖС СОЧllllа
г
Дeтecrтop
11
Ж
Ilar10l13, laMa
је
ПротОII. Ознака: С,
11
Ж IIЖ3 (фокус) сфе РНОI' ОГЛСДilла
Il сrnПl l:IНО наСIIсктрl"аllО з ра'IСЊС,
HIICfPYMCIIT
"'1
I I З та'lкз О"!lедаllа у којој се ССКУ зраЦII кој ll lI адз»'
саСТОјl1 се од e.1t,·Kтpolla,
ВоЈIтиетар
се IlpolI('pa~ lIа
EnеМСlIпрна l('о/шчинаСЛ('UР" ЦlIт('ra - lIај"'3tьэ ко-
111ОСТ" У тuj СРСДИlIII.
Бета ф) эра Цl1
cllcpfllja jt-
LlеКТРОЛlIТ
ILllj~ са .1РУВIМ 'ICCТIIIЏl.\la.
АlIфа (а) S р;Щ II
потеlщијаllна
-
ДIIIIIIЧНОГ 1l00IlТИ8110Г lIaellCII:ТP llCaњa у eJlСКТРIIЧ
- 11, ИспупчеllО сферио orllCAilllO KOHKaBIIO (ферно ()l'!IеДallО - 8, Изд}1>љеIlО сфер"о OrlleAaJIO
КуrЮllOВ 9а1(0"
-
!·овор" О си.1и која делује изжђу два
Н УКl1l."ЗрНlI раСlLад, тј. фисија
-
-
IIрОВI1ДН3 тела 'lIIје су обе rpаllИЧ
!IOApYI'a pallH3. 0"11111аТОР 110 Kpeтa lhC - пеРИОЈ\.ИЧ JlО кретаље уlИ'К по "стој " УТ3ЊИ са IlЈЮ11 зеком "1'03 једну раIlНО I.IрШlIна сфериз а
Л
Jlаича и а реаlЩllја
О"ТИ'Iкз со чн ва
"е ПОП РI1JIIНС сфСРIЮГ 06/1 l1ка или је једнз од
'l аелектр " са lШ тела која м"руј у.
јl."зraра када 'IСУТроИ!! КОјl' су IIзаШI1И IIЗ прllOГ раз6l1јеног језгра могу Д3 1100'O.'te друта језгра 11
uellalt.e, а онда неУТроЮI И 3 OBIIX уда рају у cyct./t'Ie, II тако се ЦСllање изстзиља ла и· иза зо в у у IЫIИЗ
т еЖIlУ та чку у ра 3ll llЧllnlМ СЫСРО"II!>!а.
-
Осци nа Цllја
кретаље од рзвиorеЖ IIОГ IlOlIожајз до
аМllnИТУ1\С, 113Эз'ц кроз раВlIотеж llИ IЈО/lожај .110 друге а", ",1 и туJtе
ч а н о.
JlОllrИТУДlll taJ"I И Пllаси
-
таllаси "O~ којих чеПlще
lIожаја
11
OfIет назц до раRIIOТf.'ЖIIО Г по
'1111111 једну ОСЦlll1зu ију. П
OCЦlIJl yjy дуж п раlща Простllрањз таnаса.
П араneJIиа Ве3а елемената кола
М
Масс"н број Језrpа
-
УК)'Щl II број протока и кеутро
-
теnо које при вnаЧII Ј'ВО3Дt'не пре,!lМtтe нтl
деllује на ttроводш, к кроз којll проп,че једно сиерttа струја
JIell)·;1."
-
појаnа 113 гвожl}e у магнст
IШО ;чаlЋС1' нли како се често
каже, Д3 се ,"Uож1)е 1';lМЗ ГIIСТ llше.
MarlleTlII1 ПМОН II - места ,'дс је !!Оље најјзче (краје ,m МЗ i'll ета ) су њеronи !ЮЩЈВИ, а eKellt"pIlMeн ТII 110Ka:lyjy да их имз Дllе прсте - cCBeplII1 (N) 11 -
у ПРОСТОРУ око маПlета иа ГЈЮЈДt'
'IС пре,1МСТС де,lује одређена "",а; зато кажемо да
-
ПРИРО.11Iа ос06и на супста иције:;
врсте иаeJIектр"саља: nOOlmlВllO
11
-
lIеУТРЗЈl на честица, састаВ IIИ it«l језтара
CI.IIIXато!>!а
'l1IhИМ дејством могу мељати 11РОВОДllе ое0611НС. у пракси су IIзјllОО1l3111;11 елемеll1l' СII II IЩllјум
II З)'3СD ВОДОНIIКОIЮТ. Маса нс)'Трона је
скоро једн ака ,",ае" ПЈЮТОII3.
про '
IIpyl1' среДII
I I У.
1IIIК који
-
ПРОВОАНИ l1И - тtl1a 11 м атеРllјаn и са IК'JI IIKIIM броје~1 CIIo6oAlII'X НОСllllацз Н3Сllсt:rpИСЗIЬа, пко да до· Проroи
-
!103ИТIIIIО иеаllектриса на честица, састав ни
.,ео језгра ато",:!. Маса јој је око
1840 пута всћа од
.lасе елсктронз,
- peaKUllja цеllэља је3гр3 ЗТ01>lа уз ocn06al}:llt.e еlltргије, Нуклеар " а фузија - реаКЦllја еllајзњз језгара на 11 1100' ки!>! TeM!ltpaTypaM3 уз oc~06зђa.љe енсрrnјС. Нукnеарне Clllle - еllll ~ које делују између IIY1(,1eOIl3
р
Радиоактивиост
-
110јапа да lIекl, елемеllТlI
CnOllTallO
ornуштају IIСIИIДЉIIВО зрачењс.
Расипиа (дивергеIlТllа) соч и "а
-
СОЧ1lВ3 кој а пара
lIе,1 аll "!ОН зрака раСlllшју као да дОllаЭII IIЗ једне
тачке (жиже).
у језгру.
НуклеаРIIИ реактор
-
уређај у коме сс еllерп'ја која се
OC/l0601\1I 11 јЈ" 'lуклсарНUј фиаlјll у нзјllеtюј меРl' IIpeTllapa у ТОНIIОП'У енергију. НуклеОlll1 - зајеДIIII'!КII 11 33 11В 33 саета вне делове јез ,' ра : I'РОТО llе 11 IleYTpolle. Нухлеус - 11. Ј еЗI'РО
РеАна (сер"јска) lI езз elleMeHant КОl1 а РСДIIII број
ellCMCHTa -
-
пој311а да се
ClleTIIOCll11
зрак
Bpaha у обllаст 1lр0ст0р3 IIЗ којег је дошао. - лаје 1IC3Y јаЧИ llе струје, нзпона 11 отпор IIОСТИ У 1(Ony, Опти ка - rpa lta фllзике која ll роучавз nPOCТltpalЬe Омов заХО11
I1I1rI број
РеЈЈаТНIIНИ индекс IIрела.нања две среди не
- KOII II'I-
IlIlK6рЗlша с веТIIОСТН )' тим СРСД I1113",а.
- IlраВ3 која кроз центар 1(Р Иl\llII е 11 те мс or"eAalla.
Саби рна (I(овер геити а) со чивз
- СОЧ l1113 која нарале lIatl СIIОП зра ка саКУП/Ыlју у једну 1'ачку (ЖIIЖУ). Се и ц - 11ростор и" освеТЈЬСНI1 Х тс.lа у wји светлост lIе проднре .
СIЈеЦltфична OТIIOP"OCТ су"станце
nopllO(T
ПРОВОДIНl ка ДУЖlllrе
ПРОl1ази
Ствара ll
I т/. (peanall)
- е"еКТРlIчна 01] m 11 попреЧlЈОГ
lIр«ека
СIleТIIОС Т И.
QПТlIчка оса сферног огаедала
број " РОТОIШ У јеЗl'РУ
елеКТРО ll а у слект рО1 ICКОМ омотзчу а'ю мз.
С
угn зчзна !lOIlрШlIна која Оilбија (1'IeT!lOCT.
Од6нјаЈЬе еиетnостн
- 1'aKlla веза да
кроз спе еllементс прОТl\че II СТ3 струј а .
о
-
- 110jall:l 11РОМС II С IIравца
стнр зња е в етлОСТ I' ор" I l penаску у
НУКll tэ р" а фllен;а
Оf/lсдало
11
....:рманl1јум .
бро npoвo,1te електрllЧIlУ струју.
негаТИВIIО
Неутрои
- IЮ,lУl1РСЧIlIl ~ IIОП '111;'\ lIt'O 'ЮВРШllllе је ОJ"JlСДЗIIO. ПОЛfПРОВОДIIIЩИ - Maтepllja llll код KOjllX се cnolha· тс
lIастаје у ЈlјХ'Секу I tродужr:ткз зрака.
Н
Alle
II СТ " 113Ч!III ,
D ривндан ( имаГl1l1а раll) I1ИХ (у ОIlПЩII)
око маги ета пОстојl' IoIзrиетио поље
На електриса lt.t
113
ПОЛУIIРСЧНIIХ сфеРIЈ О Г Оfnедала
Преlll»lаlhе C8CTIIOCТII
јУЖ lI'I (S) МаГllети о "Оll.>е
постоје
- нреме " које се 063811 јеДllа OCI11matlll;a. Озн зка: Т. Псрнодк'IНО I(ретаље - KpeTalbl" ~oje се IIОСllе одређе· I Ю Т П рС;ЧСIl3 IЮlt3l1ља
Мап,стиа IIН фllуенција '!ом II0ЉУ
так ва lIезз да IIЗ
Период ОСЦИDова lЫl
на у јС'ЈГРУ. МаЈ'нет
-
"рајепи ;чз СВН Х еllемеllзта IIIIЗда IIСТ1I 113ПОIl .
ли к (у ОIlТИlIII)
у " рссе к у зрз к а.
124
-
II IIК кој " Ilзетаје
• т
Т.пасна Аужи на
-
Фрс..вснцнја осциловања
уnа/Ы,'ност H3MC~Y Аве Ilај6l1l1же
честице слаСТIIЧНС сpeJtИ IIС које осцилују на и сти наЧI1Н. 0311IKI ; ~.
х
XOMorellO еЈ1ектрнчо пом -
Таласно Крета,ье - ' I РОЦСС преношеlьа осци.,аТОјЈltог
011 јеДIIС до друге 'ICCTIIЦC дате CpeдIIH ~ , - тачка 111 средини огледала. Тотаnн а рефлекс ија - IlOјава да свет,1ОСТ нс lIаllУШта крстаlьа
IIСТII ИНl'енз"ТСТ, праваu
-
Центар "'РН 8НН С сфер.IOГ оглtдала
-
центар 1I0llТC Чllјll
део 1I0llрШII •• е је ОГllCjl.3ЛО
таllЗСII КОД I(Ојих честице
ОСЦНllују IIOpмa/lllO на Jlр;1l1ац Л!ЮСТllрања таласа.
- 801\011111(
11 сме р .
Ц
гушhу средину на граНИltll са ређои. Тра llсиерзалнн таnаси
такво IlOM ПОСТОји У некој
06лаСТII простора, ако у љој у ,"акој таЧКII поље "ма
Теме сферног оrцсда/lЗ
ТРIЩllјум
број ОСUllл3Цttja У једној се·
-
кytlДlI. Ознака : 1'.
који У језгру има један
IlpoTOII
и
џ
ЏУIIО8 33КО "
два 'Н.'УТроl'З.
У
- TnpA1l да је КО,111Ч1l1l3 ТОIIIIОТС OCllo6ot)eH3 Ilp060JIHI'''y кроз којll "РОТIIЧ (,' е/lеКТР"Чllа струја
једнака производу квадрата јЗ'ШН t' те струје, емк, у
Трl.ч"е от.,орности ПРОВОДНI'кз
Yech aњe огледanа - СОЧII U - О,1I1ОС IJ.tI1И'Lltие 1II1 КI 1I
11
"ре
•• ену
"ротн
цања СlIсктр"чне струје.
преll.М ета . ф
Фокус сферног ОI"l1t;Aала
- 8.
Жllжа сфеР IШГ
orne-
папа
ЛИТЕРАТУРА 1.
д. К:шор. Ј. Ш етрај',ић: Ф И З ИКА за У I разред ОС НО8не ШI(Qле, Завод за
уuбс н"ке, Београд,
2.
уuбсШIКС. Београд.
3.
2008
Ј. Шстрај·mП. д. Капор : ФИЗИКА за У ЈI разред основн е школе, Завод за
2009
Г. Димић, Д. и ли П , Ј. Томиn : ФИЗИКА за У l lи за уuБСII И Ј(С и наставна срсд/,,.тва, Београд,
4.
М.
за
5.
l)aCnOnOB'ln
М . Бабић и остали: фИЗИКА за У Н и ЗаflX--б,
6.
н остали: Ф И ЗИКА за УЈ, УН. ,
II l шставнз с редства , Београд,
yu6eltllKe
YIII
YIII
разред ОСILОlще школе , Зав()д
1970 YIII
разред ОСНО811е Ш КОЈl е. Зз вод
1996 разред основне ШКОЈlе, ПрофIlЛ ,
1999
Е. Zalaтnca. Н . Paгi s, Ј . А. (Соl0ШЫЗ).
Rodriguez: FISICA 1-3,
ЕМУ
- Educar, Bogota
1985
7.
О. Оаmоу. Ј. М.
8.
R. Resllick, О . Holliday, (U.S.A), 1992
9.
И . Јанић. д. Mllpj a l-tl1П . Ј . Ш етрајчић: општл ФИЗИКА И БИ ОФИЗИКЛ.
C leve land: PHYS ICS, FoundatiOlI and Frontiers, Prcnticc New Jersy (U.S.A.), 1969
Матићграф, Бања Лука.
10.
Кгапс:
PH YSICS 1 & 11 , Ј. Wi ley & Sons, Ncw York
1993
'1
наставна срсд(,.'Тва, Беоrpад,
1996
М. П УIII"': СА ПАШ ЊАКЛ ДО Н АУЧЕЊАКА. Завод за уuбе ШIКС tI наставна срсдС1·ОО. БсOll'ад,
] 2.
S.
И . Дра lЋШlћ: К Р ОЗ С ВЕТ РАДИЈАЦИЈА И РАДИОАКТИ.8I·ЮСТИ , Завод за уuбс lll' КС
11 .
К.
Наll ,
1996
В. Њсroпан: НИ КОЛА ТЕСЛА ХЕРОЈ ТЕХНИКЕ , Просвјета , Загреб ,
125
1950
Драги ученици, током претходне три године дружили сте се са највећим умовима науке, Верујемо да сте од њих сазнали много тога новог, другачијег, корисног и занимљивог. Такође, верујемо да су вам сви они. свако на свој начин, показали да је могуће проницати и у најтајанственије појаве овога света и да узлетима човековог духа нема граница.
Сада се налазите пред великим задатком: уписом усредњу IUколу. Желимо вам успеха у томе . Знамо да ће и знања која сте стекли учећи физику допринети вашим добрим резултатима. без обзира за коју школу И занимање се даље определили. Желимо вам свако добро и срећно! АуШОРU
физиКА
Др Дарко В. Капор. др Јован П. Шетрај чић ФИЗИКА за ОСМИ разред основне школе
Прво издање,
2010.
година
Изgавач ЗАВОД ЗА УЏБЕНИКЕ. БЕОГРАД Обилићео вен ац
5
www.zavod.co.rs ЛUКОбllll уреgllUЦU
Александар Стојшић Биљана Савић Графu'lКU ypegHtlK Мирослав Радић Илусшрацuје
Зоран Пеw ка н Роб ерт Бартоw ФУНКЦUОflалнu цршежu
И гор МИllентијевић Лектор
Јелица Недић KopeкiUop
Маријана Васић Стјепановић Обим:
16
ш там парских табака Формm7i:
20,5 . Руко п ис
х
26,5
ст
предат)' штамп у ЗВ11'С ТЗ
Шта м пањ е завршена августа
2010. године. 2010. I'од ине .
Ш йiамйа
МЛАДОСТ ГР У П . Лозница
... КО ГОД
жеАИ да добије праву САику о величини нашег доба
треба да проучи историју развој а елект рицитета. Ту ће он Iшћи причу чудеснију од ма које приче из "Хиљаду и једне ноћи". Феномен свеТIIОСllИ и топлотни, као и МIIОГИ други, МОI)' се Ilазвати uектричним феноменима . Еllектрична је, даме, наука постаllЗ мати свију наука и њеllО проучаваље ПОСј -аје веома важно.
И онај д.ш, кад будемо Ta~IIJO знаАИ шта је то еl1ектрицитет,
биhе најЗllачајllији датум у исгорији човечансгва .
...НЕМА НИЧЕГА
обдареног животом у целом О IЮМ свету
-ОА човека, који ОВllадава стихијама, до најумртвљенијег Сl"ворења а да се не таАасз на махове.
Увек када се АеАО рађа И3 СИ1lе, ма било и бескрајно мало, :космичка равнотежа је нарушена и ПРОИСХОДИ свеопште кре l'ање. 3аиcra ми нисмо ништа
Apyro
него таllЗСИ у простору и bpeMeJ-I У
који када се yrишају
-
више не носгоје.
НIIКО.. \п Тес..\п
