Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

PPKE Információs Technológia Kar Az információtechnika fizikai alapjai – I. Tankönyvek: Csurgay Árpád, Simonyi Károly Az információtechnika fizikai alapjai,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "PPKE Információs Technológia Kar Az információtechnika fizikai alapjai – I. Tankönyvek: Csurgay Árpád, Simonyi Károly Az információtechnika fizikai alapjai,"— Előadás másolata:

1 PPKE Információs Technológia Kar Az információtechnika fizikai alapjai – I. Tankönyvek: Csurgay Árpád, Simonyi Károly Az információtechnika fizikai alapjai, Mérnöktovábbképző, 1997 Simonyi Károly, Zombory László Elméleti Villamosságtan, Műszaki Könyvkiadó, 1999 Aláírás és vizsga Két nagy zárthelyi 8 házi feladat (6 példák + 2 hétfői laborfeladat) Vizsga: Irásbeli + szóbeli = Laborjegy + Vizsgajegy Az információtechnika mechanikája, villamosságtana, optikája és termodinamikája

2 Információ tárolása: formát írunk az anyagba, “in-formálunk”. Compact disc:pici “lyukak” Félvezetõ memória:mikron 3 –os töltéscsomagok Mágneslemez:parányi “iránytûk” Az információs technológia : az információ tárolásának, továbbításának, érzékelésének, processzálásának és megjelenítésének technikája. Informált anyag (megjelenési formái) :Képek, szobrok, Beszéd és zenei hangok,EKG jel, EEG jel, stb. Az információ továbbitása : A mehanikus, villamos vagy mágneses formában tárolt információ átalakitása elektromágneses hullámmá, az elektromágneses hullám antennák közötti vagy optikai kábelen történő átvitele, majd visszalakitása illetve megjelenitese. Érzékelők = Átalakitók, „szemek, fülek”Processzorok, memóriák Megjelenitők és aktuátorok = Képernyők, motorok, „kezek-lábak”. Mechanika, Villamosság, Mágnesség, Elektromágneses hullámok, Elektronika

3 „természettan” Megismételhető kisérletekből nyert TAPASZTALATRA és az azokra épülő, a matematika nyelvén leirt TÖRVÉNYEKRE alapozza állitásait. Albertus Magnus (Nagy Szent Albert), Kr. u – 1280 „Fui et vidi experiri” (Jelen voltam és láttam, tapasztaltam) Mai fizika az élettelen természet jelenségeinek vizsgálatában alkalmazott fogalmak, kisérleti és elméleti módszerek, valamint a már felfedezett törvények összessége. A törvény lehetővé teszi a jövő előrelátását ! Egy jelenség előre látása mindig deduktiv! Vannak mindig és mindenütt érvényes törvények ? Ha vannak, akkor ezek a tapasztalásban érvényesülnek. A tapasztalás viszont feltételezi a múlt, jelen és a jövő fogalmait, hiszen a tapasztalás során a multból tanulunk valamit a jövőre nézve. A fizika feltételezi a bárki által kisérlettel ellenőrizhető tapasztalás érvényességét. Kant : a mindig és mindenütt érvényes törvények létén csodalkoznunk kell !

4 Klasszikus fizika A ‘test–erő–tér–idő’ modell általános érvényű a klasszikus fizikában A klasszikus fizika négy alapfogalomra épül: A geometriai tér és az idő alkotja a ‘szinpadot’, Minden anyagot kémiai elemek oszthatatlan atomjaiból felépítettnek képzelünk. Az atomok között ható erők határozzák meg az anyag szerkezetét és térbeli  időbeli mozgását. Oszthatatlan építőkövekből álló testek A szuperpozíció törvényének engedelmeskedő erők Erők:Gravitációs erő;Elektromos és mágneses erő;Kémiai erők; Kapilláris erő; Van der Waals erő; Maxwell: az elektromágneses hullám, a fény is erőtér A hőtan (termodinamika) részecskesokaság mechanikája amelyen a testek erők hatására mozognak. A négy alapfogalom: tér, idő, test, erő

5 A ‘TEST’ oszthatatlan atomokból áll. ÜTKÖZÉSKOR érvényesül az ENERGIA és IMPULZUS megmaradás törvénye Egy pontban támadó ERŐK vektoriálisan összeadódnak Hullámszerű erőterek szuperpoziciója: INTERFERENCIÁT eredményez. TESTEK ÜTKÖZNEKERŐK INTERFERÁLNAK A test klasszikus fogalma Newtontól származik: ”...valószínűnek tűnik számunkra, hogy Isten a dolgok kezdetén az anyagot tömör, szilárd, kemény, áthatolhatatlan és mozgékony részecskék formájában teremtette,... továbbá ezek az elemi részecskék szilárdabbak és összehasonlíthatatlanul keményebbek, mint bármely általuk alkotott porózus test, sőt olyan kemények, hogy sohasem nyüvődnek el vagy törnek össze....Hogy tehát a természet tartós állandósággal fennmaradjon, az anyagi testek változása kizárólag ezen maradandó részecskék különböző szétválásaiban, új kapcsolataiban és mozgásában jelentkezhet.” Azaz minden test oszthatatlan (‘atomai’) elemi részecskéből áll. És e részecskéket a ‘természet erői’ mozgatják, tehát a feladat lényegi része: a mozgás jelenségeiből megvizsgálni a természet erőit, és azután ezekből az erőkből levezetni a többi jelenséget; azt szeretném, ha a természet minden jelenségét le tudnánk vezetni mechanikai elvekből, miután sok indok azt gyaníttatja velem, hogy azok mind valamilyen erőktől függnek, amelyek eddig nem ismert okokból a testek részeit vagy kölcsönösen egymás felé kényszerítik és szabályos alakokban egyesülnek, vagy éppen taszítják egymást és elválnak egymástól.”

6 A pontmechanika alaptörvényei A klasszikus fizika minden jelensége a homogén és izotrop geometriai térben zajlik, azaz egy koordináta-rendszerben jeleníthető meg, melyben a múltat, jelent és jövőt a homogén idő kapcsolja egymáshoz. x y z m, q x(t) y(t) z(t) Pálya: Sebesség:

7 A klasszikus mechanikában az adott F erő hatására mozgó m tömegű részecske mozgását Newton három törvénye írja le. Az első törvény szerint erőmentes térben (F=0) a részecske konstans v sebességgel mozog. A második törvény szerint. a sebesség időegységenkénti megváltozása arányos az erővel ahol m a részecske tehetetlen tömege. A harmadik törvény szerint az akció és a rá következő reakció ellentétes irányú és egyenlő nagyságú, azaz ha két test között ható erő. akkor teljesülni kell az egyenlőségnek illetve, Csak a fénysebesség mellett elhanyagolható nagyságú sebességekre érvényes. Nem invariáns a Lorentz-transzformációra nézve.

8 Ha -et átírjuk ahola részecske impulzusa, és kísérleti tényként tudomásul vesszük, hogy a tömeg a sebesség függvényében az összefüggés szerint változik, ahol m 0 a részecske nyugalmi tömege, akkormár a Lorentz-transzformációra invariáns, és a mozgásegyenlet tetszőleges sebesség esetén érvényes. A fénysebességhez képest „lassú” (nemrelativisztikus) mozgásokkal foglalkozunk. Ha két test hat egymásra, akkor vagy általában több test esetén, csak egymásra ható erőkkel számolva, azaz feltéve, hogy a több testből álló rendszerre külső erő nem hat, akkor

9 azaz a rendszer impulzusa a mozgás során állandó: teljesül az impulzusmegmaradás törvénye. Bevezetve a rendszer tömegközéppontját megállapíthatjuk, hogy R a térben állandó sebességgel mozog, mert azaz ahol V a tömegközéppont mozgásának állandó sebessége. Ha külső erő nem hat és a össztömeg nem változik, akkor a tömegközéppont sebessége állandó marad.

10 x y z m, q x(t) y(t) z(t) Pálya: Sebesség: x y z m, q x(t) y(t) z(t) m, q

11 Mozgásegyenlet Meghatározandó a pálya: Erő: Kezdeti feltételek: adott Megoldandó adottak

12

13

14 Töltött részecskék mozgása elektromágneses erőtérben Legyen a TEST egy „részecske”, melynek tömege m, töltése q az ERŐTÉR E elektromos és B mágneses tér. A testre ható erő : F-et newton, N, E-t V/m, q-t As, v-t m/s, B-t pedig Vs/m 2 egységben mérjük A részecske a mozgásegyenlete: vagyis az impulzus időegységre eső változása az erővel egyenlő.

15 A mozgásegyenlet relativisztikus tartományban is érvényes, tehát akkor is, amikor v ~ c (ahol c a fény terjedési sebessége) és m nem állandó, azaz Az egyenlet kis sebességek esetén érvényes alakja amikor m az m 0 nyugalmi tömeggel vehető azonosnak: E és B általában a hely és az idő függvénye: Egyszerűsödik a feladat, ha E és B nem függ az időtől.

16 Mozgás sztatikus (időben állandó) elektromágneses térben Mozogjon részecskénk a vizsgált t 1 -től t 2 -ig terjedő időintervallumban a P 1 és P 2 pontok között egy pályán. Integráljuk ezen szakasz mentén a mozgásegyenlet mindkét oldalát. Vezessük be két integrálásnál az r = r(t) összefüggéssel a t időt, mint új változót A v sebességgel mozgó részecske dt idő alatt a dr = v dt utat futja be.

17 A bal oldalon álló integrálban a v = v(t) összefüggéssel bevezetjük a v integrálási változót. Ekkor Az egyenlet jobb oldalának első tagja : A második integrál értéke nulla, mert az integrandusz értéke minden időpillanatban nulla: mivel a vegyes szorzat értéke nulla.

18 Ez az egyenlet az energia megmaradásának tétele. A bal oldal a P 1 pontban, a jobb oldal a P 2 pontban Az energiaegyenletben a mágneses tér nem szerepel. A pálya kialakításába természetesen beleszól a mágneses tér is, de a sebességnek csak az irányát tudja megváltoztatni, nagyságát nem, mert a mágneses térből adódó erő mindenütt merőleges a pályára. A részecske sebessége a tér tetszés szerinti pontjában adja meg a részecske összenergiáját; kinetikus és potenciális energiájának összegét.

19 Egyszerű pályák sztatikus elektromágneses térben Mozgás sztatikus villamos térbenMozgás sztatikus mágneses térben Pálya: sikbeli parabolaPálya: kör (illetve csavarvonal)

20 Válasszuk a koordinátarendszerünket úgy, hogy Parabola! B = 0

21 1. Az r(t) pálya v 0 kezdeti sebesség és kezdeti r 0 hely esetére, ha B = 0 : azaz a v 0 és az E vektorok által kifeszített síkbeli parabola.

22 A kezdősebesség merőleges az elektromos térre. „Vizszintes hajitás”

23 2. Ha a részecskére csak homogén sztatikus mágneses tér hat, azaz E = 0 : Ha a kezdősebesség merőleges a homogén mágneses térre. A részecskére ható erő mágneses térben: F a sebességre mindig merőleges. Ez annyit jelent, hogy a tér a sebességnek csak az irányát befolyásolja, a nagyságát nem. Ugyanis megszorozva a mozgásegyenletet skalárisan v-vel, akkor a sebesség és az erő vektora B-re merőleges síkban van, így a mozgás síkmozgás lesz, mégpedig olyan síkmozgás, amelynél a ható erő a sebességre állandóan merőleges, és a sebesség abszolút értéke állandó, tehát v=v 0. Ilyen síkmozgás az egyenletes körmozgás.

24 A részecske tehát körpályán mozog. A körpályán mozgó test gyorsulása v 2 /r, Így tehát Newton mozgásegyenlete: Egy körülfordulás ideje: A forgás frekvenciája : A szögsebesség: Mágneses részecskenyaláb eltéritő

25 A részecske kezdősebessége B –vel tetszőleges szöget zár be: A mozgásegyenlet: szögsebességgel köpályán mozog a B-re merőleges sikban

26 Mozgás egyszerre ható elektromos és mágneses térben Legegyszerűbb eset : „sebességhomogenizáló” Thomson parabolamódszere

27

28


Letölteni ppt "PPKE Információs Technológia Kar Az információtechnika fizikai alapjai – I. Tankönyvek: Csurgay Árpád, Simonyi Károly Az információtechnika fizikai alapjai,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések