Elektricitet i Magnetizam

Elektricitet i Magnetizam

Elektrostatika

Dio nauke o elektricitetu koji proučava naelektrisanja (naboje) u mirovanju zove se elektrostatika.
Još prije 2.500 godina, u staroj Grčkoj je bilo poznato da ćilibar, kada se potrlja krznom, dobija osobinu da privlači sitne predmete. Od grčkog naziva za ćilibar - elektron, nastala je riječ leketricitet. Ovaj naziv - elektricitet, uštao je u savremenu nauku tek krajem 16. stoljeća kada je ustanovljeno da svojstvo slično ćilibaru ima još čitav niz materijala kada se protrljaju svilenom ili vunenom tkaninom.

       Za sva tijela koja poslije trljanja privlače druge predmete kaže se da su naelektrisana. U 18. stoljeću ustanovljeno je da se trenjem dobijaju dvije vrste elektriciteta. Vrsta elektriciteta koja se dobije kada se staklo protrlja krznom nazvana je pozitivnom a vrsta elektriciteta koja se doije kada se ebonit protrlja vunenom tkaninom nazvana je negativnom. Ogledom se moglo ustanoviti da se tijela naelektrisana istom vrstom elektriciteta međusobno odbijaju, a raznoimenim privlače. Ovaj način utvrđivanja vrste elektriciteta uveo je naučnik Franklin i očigledno je da je to učinio proizvoljno.

Elektroskop je uređaj kojim se utvrđuje da li je neko tijelo naelektrisano, kojom vrstom elektriciteta i kolikom količinom elektriciteta. Sastoji se od metalnog kučišta u obliku valjka u kojem se nalazi metalni štap sa dva tanka listića (od aluminija ili staniola). Na drugom kraju štapa je metalna ploča ili kugla.
Kada naelektrisano tijelo dodirne kuglicu elektroskopa, naelektrisanje se djelimično prenese na njegove listiće. Istoimeni elektricitet na listićima izaziva njihovo odbijanje. Razmak između raširenih listića proporcijalan je njihovom naelektrisanju.
Ako se otklon listića ili igle može očitavati na nekoj skali onda se takav elektroskop naziva elektrometar.
Kada se naelektrisani elektroskop dodirne naelektrisanim tijelom istog znaka, onda će se listići još više raširiti. Ao se didirnu suprotnom vrstom elektriciteta, onda će se razmak smanjiti. Listići će se potpuno sklopiti ako je prenijeti naboj jednak naboju elektroskopa.

Elektronska teorija
Teorija koja objašnjava električna svojstva tijela zove se elektronska teorija. Tijelo se sastoji od atoma. Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i negativno naelektrisanih elektrona kojikruže oko tog jezgra.
Atom je kao cjelina elektronegativan jer ima istu količinu pozitivnog i negativnog naboja. Pod djelovanjem spoljašnih uticaja (zagrijavanje, zračenje..) atom može da izgubi ili primi jedan ili više lektrona iz posljednje ljuske, čime postaje naelektrisan. Ovako naelektrisani atomi zovu se joni. Pozitivni joni imaju manjak elektrona, a negativni joni imaju višak elektrona.

Tijelo je naelektrisano negativno ako ima višak elektrona, a pozitivno naelektrisano ako ima manjak elektrona.

Naelektrisanje tijela (količina elektriciteta) q, zavisi od toga koliki je broj elektrona u višku ili manjku u odnosu na neutralno stanje.
Svaka količina elektriciteta jednaka je cjelobrojnom umnošku naelektrisanja jednog elektrona, q=n*e; gdje je n-cio broj, e - naelektrisanje jednog elektrona.
Jedinica za količinu elektriciteta je kulon (C). Naelektrisanje jednog elektrona se naziva još i elementarno naelektrisanje i ono iznosi e=1,602*10(na minus19) C.

Provodnici i izolatori
Kada kuglicu naelektrisanog elektorskopa dodirnemo nekim metalnim predmetom, listići elektroskopa će se brzo skupiti. Kažemo da su metali dobri provodnici elektriciteta. Kada kuglicu elektroskopa dodirnemo stalenim ili porculanskim štapićem, listići elektroskopa se neće pomjeriti. Kažemo da su ti materijali elektični izolatori, jer ne provode elektircitet.

Uzemljenje
Zemlju možemo smatrati jednim velikim provodnikom. Kada se, npr. negativno naelektrisani provodnik spoji sa Zemljom, višak elektrona sa provodnika će preći na Zemlju i on će se brzo razelektrisati. Pri tome se naelektisanje Zemlje praktično nije promijenilo, jer su količine elektriciteta na pojedinim provodnicima zanemarive u odnosu na Zemlju. Ta se činjenica koristi u tehnici za takozvano uzemljenje.


Zakon održanja količine elektricitreta

U dosad navedenim primjerima naelektrisanja tijela može se zapaziti da u procesu naelektrisanja trenjem ili dodirom uvijek učestvuju dva tijela. Pošto je dokazano da se oba tijela pri tome naelektrišu jednakom količinom elektriciteta suprotnog znaka. Ovo pokazuje da se prilikom naelektrisavanja tijela, ne stvara naelektrisanje već samo razdvaja.

U naelektrisanom stanju tijela sadrže jednake količine pozitivnog i negativnog elektriciteta. Ova naelektrisanja se međusobno neutrališu.

Prema tome, naelektrisanje tijela je proces preraspodjele pozitivnog i negativnogelektriciteta. Zbir ukupne količine  pozitivnog i negativnog elektriciteta oba tijela jednak je nuli. Iz ovoga se izvodi opšti zaključak da je u prirodi zbir pozitivnog i negativnog elektirciteta stalan.

Algebarski zbir naelektrisanja u izolovanom sistemu je konstantan.

Ova se tvrdnja zove zakon održanja količine elektriciteta i jedan je od osnovnih zakona prirode.

Columbov (Kulonov) zakon

Već odavno je poznata eksperimentalna činjenica da se istoimena naelektrisanja odbijaju, a raznoimena privlače. Francuski fizičar Columbo (Kulon) je 1785. godine prvi izmjerio silu između dvije naelektrisane kuglice i ustanovio zavisnost te sile od naelektrisanja kuglica i od njihovog rastojanja.

Zakon glasi:   Sila uzajamnog djelovanja dvije tačkaste količine elektriciteta upravo je proporcionalna tim količinama elektriciteta, a obrnuto proporcionalna kvadratu njihove udaljenosti.


Električno polje

Svako naelektrisano tijelo, prema Kulonovom zakonu, djeluje izvjesnom silom na druga naelektrisana tijela koja se nalaze u njegovoj okolini. To djelovanje se vrši bez ikakve vidljive materijalne veze.
Međusobno djelovanje naelektrisanih tijela tumači se na taj način što se uvodi pretpostavka da svako naelektrisanje mijenja prostor u svojoj okolini.

Prostor oko naelektrisanog tijela u kojem se očituje ili manifestuje djelovanje na druga naelektrisana tijela, zove se električno polje.

Jačina električnog polja u nekoj tački brojno je jednaka sili kojom to polje djeluje na jediničnu količinu elektriciteta u toj tački. Jačina električnog polja je vektorska veličina jer ima svoj pravac i smjer vektora sile. Bez obzira da li se u polju nalazi neko probno naelektrisanje ili ne, to polje ima svoje karakteristike koje su predstavljene vektorom.

Linije sile električnog polja
Električno polje semože slikovito prikazati pomoću linija sile električnog polja. Uveo ih je Faraday. To su linije koje se poklapaju sa pravcem vektora jačine električnog polja. Ako bi naprimjer posmatrali putanju probnog pozitivnog naelektrisanja u električnom polju ono bi se kretalo u smjeru linija sile električnog polja.
Linije sile pozitivnog naelektrisanja imaju smjer od naelektrisanja, a linije sile negativnog naelektrisanja imaju smjer ka naelektrisanju. U oba slučaja linije sile su radijalne.

Pozitivno naelektrisanje se može smatrati kao "izvor" linija sile, a negativno kao "ponor". Linije sile počinju na pozitivnom naelektrisanju, a završavaju na negativnom. Međusobno se nikada ne sijeku.

Za električno polje kažemo da je homogeno ako su linije sile međusobno paralelne i jednako udaljene. Polje ima svugdje istu jačinu i za njega kažemo da je homogeno.

Fizika: Detaljnije o Zvučnoj barijeri, Akustičnosti prostorije, Zvučna barijera, Dopplerov efekat, Ultrazvuk, Infrazvuk, Zanimljivosti

Zvučna rezonacija

Zategnuta metalna žica ili zvučna viljuška daju slabe tonove. Ali ako se zvučna viljuška udari i stavi na sto tako da njena drška dodiruje površinu stola, njen ton postaje znatno jači. Zašto?
Da bi ovu pojavu objasnili, potrebno je poznavati pojam rezonacije.
Tijelo koje osciluje zove se oscilator. Sa jednog oscilatora nadrugi može se prenositi energija oscilovanja. Prijenos energije je najveći kada su frekvencije oscilovanja oba oscilatora međusobno jednake. Ta pojava se naziva rezonacija. Ona se koristi u akustici za pojačavanje zvuka.
Zapamtimo slijedeću definiciju pomenutog pojma:
Prijenos energije oscilovanja sa jednog oscilatora na drugi, iste frekvencije, naziva se rezonacija.

Da bismo kvalitetno razumjeli šta to u praksi znači, možemo izvesti ogled. Kao izvor zvučnih oscilacija može nam poslužiti zvučna viljuška.
Gumenim čekićem udarite jedan njen kraj, kao bi ona počela oscilovati stalnom frekvencijom. Primjetite da se zvuk jedva čuje, ili ga nikako nema. Ako bi je stavili u posebno sanduče, koje je otvoreno sa jedne strane, ton će se pojačati. Dužinu sandučeta podesite tako da je frekvencija oscilovanja vazdušnog stuba jednaka frekvenciji zvučne viljuške. Utom slučaju energija oscilovanja zvučne viljuške maksimalno se prenosi na vazdušni stub. Tada su viljuška i vazdušni stub u rezonaciji i ton se pojačao. Sanduče na koje smo postavili zvučnu viljušku se zove rezonator.
         Pored  zvučne viljuške u sanduče postavite još jednu takvu viljušku sa rezonatorom. Kada jednu od njih udarite, i drugo će početi oscilovati. Kada prvu viljušku uklonite i druga će i dalje oscilovati. I u ovom slučaju energija je prenešena sa jednog na drugi oscilator, koji imaju iste frekvencije.

I naše čulo sluga funkcioniše na principu rezonalizacije. U našem uhu ima oko 10 000 slušnih niti i svaka od njih ima svoju sopstvenu frekvenciju oscilovanja. Sopstvene frekvencije slušnih niti su u intervalu od 16 Hz do 20 000 Hz.

Šireći se vazduhom, zvučni talasi dopiru do našeg uha i pobušuju na oscilovanje sistem slušnih niti koje su uronjene u limfnu tečnost. Svaka slušna nit je rezonator koju pokreće na oscilovanje samo njegova frekvencija. Prema tome, granice našeg čula sluha određene su time što nema slušnih niti koje bi oscilovale izvan tog intervala frekvencija.
Naše uho je najfiniji slušni aparat. Ono posjeduje sto puta više "žica" nego klavir.


Akustičnost prostorije

Ako se izvor zvuka nalazi u nekoj zatvorenooj prostoriji, onda slušalac neće čuti samo zvukove koji dolaze direktno iz izvora. On će u tom slučaju čuti i sve koji su došli u uho nakon refleksije od zidova prostorije.
Zvuk se od zidova prostorije obično odbija više puta. Taj odbijeni zvuk produžava vrijeme trajanja prvobitno porizvedenog zvuka. Sve to može nekad povoljno, a nekad nepovoljno da djeluje na kvalitet zvuka u prostoriji.

Akustično djelovanje neke prostorije naziva se akustičnost prostorije.

Poznato je da čovječje uho može odvojeno da čuje dva zvučna signala ako oni dođu do uha u intervalu većem od 0,1 s.  Tu činjenicu treba uzeti u obzir prilikom projektovanja slušaonica, koncertnih dvorana i sl. Kolika će biti jačina reflektovanog zvuka zavisi od veličine i oblika prostorija, a isto tako i od materijala od kojeg su načinjeni zidovi. U današnje vrijeme razvila se posebna grana tehnike koja se zove arhitektonska akustika.

        U prostoriji srednjih dimenzija zvučni talas pretrpi nekoliko stotina uzastopnih odbijanja o zidove dok njegova jačina ne opadne ispod praga čujnosti. U velikim prostorijama, usljed refleksije, zvuk se može čuti i nekoliko sekundi poslije isključenja izvora. Suviše velika refleksija pogoršava akustične osobine prostorije i izaziva jako odjekivanje (eho). Takođe i suviše mala refleksija (veliko prigušenje) može nepovoljno djelovati na akustičnost prostorija. Kažemo da je tada soba gluha. Zbog toga se uzimaju neke optimalne vrijednosti prigušenja.
Materijali koji dobro refleksuju zvuk su npr. beton, malter,staklo, itd. A materijali koji dobro apsorbuju zvuk su npr . tepih, zavjese, čovječije tijelo, itd.

        Pri proračunu akustičnosti prostorija koristi se tzv. vrijeme reverbacije. To je vrijeme za koje jačina zvuka opadne na milioniti dio prvobitne vrijednosti, odnosno za 6 dB. Jasno je da je vrijeme reverbacije kraće ako se zvuk više apsorbuje na zidovima. Za govor je optimalno vrijeme reverbacije 1s, a za koncertne dvorane oko 2s.

        Zakoni akustike prostorija bili su poznati još starim Egipćanima, pa su ih primjenjivali pri gradnji svojih kazališta. Da bi akustičnost bila što bolja, u koncertnim dvoranama je orkestar smješten u naročitoj školjki koja ima oblik paraboličnog ogledala. Svod dvorane je zaobljen zato da bi reflektovani zvuk došao do posljednjeg mjesta u dvorani, gdje su sjedišta smještena amfiteatralno.
Zvučna barijera nastaje kada avion dosegne brzinu zvuka.
Kada avion leti, potiskuje pred sobom vazduh u talasima. Sa povećanjem brzine nastaje i potiskivanje vazdušnih talasa dok se ne stvori zid ili barijera komprimovanog vazduha pred njim. Sa otprilike 1200 km/h avion dostiže brzinu zvuka i probija tu barijeru (zid). U tom trenutku snažni pritisak vazdušnog talasa je poremećen i pretvara se u zvučni talas. Prilikom probijanja vazdušnog zida javlja se jak akustični efekat, sličan udaru groma. To se naziva zvučni udar.
Iz tih razloga se vrzina aviona izražava tzv. Machovim brojem. Machov broj M je odnos brzine aviona i brzine zvuka. Na primjer, kada avion ima M=1, onda se kreće brzinom zvuka. Kada ima M=2, onda se kreće dva puta brže od zvuka, itd.

Dopplerov efekat

Kada se izvor zvuka približava posmatraču, on registruje veću frekvenciju nego kada izvor zvuka miruje. Ta pojava se javlja kod svakog talasnog kretanja i naziva se Dopplerov efekat.
Na primjer, kada nam se priližava automobil sa uključenom sirenom, ton sirene će biti viši nego kada se automobil udaljava.
Kada postoji relativno kretanje između izvora talasa i posmatrača, onda posmatrač registruje promjenu frekvencije talasa. Ta pojava se zove Dopplerov efekat.


Do istog efetka će doći i kada izvor zvuka miruje, a posmatrač se kreće. Također Dopplerov efekat se javlja i kod elektromagnetnih talasa (vidljiva svjetlost, radio talasi, itd.)

Kada je poznata frekvencija izvora talasa, onda se može odrediti brzina kretanja objekta - izvora talasa. Pošto slične relacije, za promjenu frekvencije, važe i za elektormagnetne tlase, onda se može odrediti brzina rakete, kosmičnog broda, itd. Ova činjenica je iskorištena i u astronomiji. Poznato je da boja svjetlosti zavisi od njene frekvencije. Iz promjene boje svjetlosti, koju emituju zvijezde, može se odrediti da li se one udaljavaju ili približavaju zemlji. Tako je ustanovljeno da se sve zvdijezde udaljavaju od Zemlje, odnosno da se Svemir širi. Na osnovu toga je postavljena kosmološka hipoteza "veliog praska" (big bang), koja tvrdi da je Svemir nastao eksplozijom jedne jedine tačke u prostoru. Međutim, ta hipoteza nije nikada naučno dokazana.

Ultrazvuk

Ultrazvučni talasi imaju frekvenciju preko 20 000 Hz. Danas se ultrazvuk mnogo primjenjuje u praksi.
Kakve su njegove osobine?
Utrazvuk ne čujemo. Zbog velike frekvencije ima veliku jačinu. Zbog male talasne dužine ultrazvuk se može mnogo lakše usmjeriti u određenom pravcu u vidu uskih snopova. Tečnosti, a naročito voda, slabo ga apsorbuju.

Kako se dobija ultrazvuk?

Ultrazvuk niksih frekvencija (do 80 KHz) emituju neke životinje (delfin, slijepi miš, hrčak). Ultrazvuk visokih frekvencija dobija se vještački. Osnovni dio uređaja za dobijanje ultrazvuka je generator električnih oscilacija odgovarajuće frekvencije. Pretvaranje tih oscilacija u ultrazvučne talase vrši se na dva načina. Magnetostrikcija je efekat koji se zasniva na činjenici da se feromagnetni materijali skraćuju i produžuju u promjenjljivom magnetnom polju i tako proizvode mehaničke oscilacije. Recipročni piezoelektrični efekat se zasniva na tome da kvarc, pod djelovanjem naizmjenične struje, proizvodi oscilacije iste frekvencije.

Kakva je primjena ultrazvuka?

S obzirom da posjeduje veliku energiju, koristi se u tehnici za dobijanje fine emulzije usitnjavanjem, npr. zrnca za fotografske ploče, za sterilizaciju životnih namirnica, itd. Koristi se za ultrazvučnu defektoskopiju, tj. otkrivanje nedostataka u mentalnim odlivcima.
Posebno je važna primjena ultrazvuka u medicini. U posljednje vrijeme sve se više koristi za snimanje unutrašnjih organa, jer ne uništava zdrave čelije. Te metode se zasnivaju na različitoj refleksiji ultrazvuka na zdravom i oboljelom tkivu.
U hirurgiji ultrazvuk velikog intenziteta koristi se za spajanje ili siječenje kostiju.
Jedna od prvih primjena ultrazvuka, još za vrijeme Prvog svjetskog rata, bila je mjerenje dubine mora ili okeana. Pomoću ultrazvuka mogu se snimiti jata riba ispod morske površine i odrediti njihov položaj.

Infrazvuk ima frekvenciju manju od 16 Hz i taođer se ne čuje. Najčešći izvor infrazvuka su mašine sa niskim brojem obrtaja, vozila i potresi. Ako npr. zgrada u kojoj su postavljene takve mašine ima istu sopstvenu frekvenciju, može doći do opasne rezonacije. Infrazvuk proizvodi, npr. otvaranje i zatvaranje vrata.

Izlaganje infrazvuku izaziva mučninu kod čovjeka. Razlog tome je što unutrašnji organi imaju sopstvenu frekvenciju oscilovanja ispod 10Hz. Sva sredstva za zaštitu od infrazvuka su neefikasna, jer se vrlo malo apsorbuje. Ribe registruju ultrazvuk, uzrokovan morskim talasima, na hiljade kilometara udaljenosti.
Infrazvuk se primjenjuje kod vojnog izviđanja objekata koji se ne mogu otkriti vizuelnim osmatranjem.

English: Gender gaps on the brain

Gender gaps on the brain

Did you know that women`s brains are smaller than men`s? The average male bratin weighs about 1.3 kilograms, while the average of female brain weighs ten percent less. Since research has consistently shown that the bigger the brain, the cleverer the animal, men must be more intelligent than women. Right?
Wrong. Men and women consistently score similarly on intelligence tests, despite the difference in brain size. Scientists have wondered why for years, but now a team of researchers may have come up with the answer. It`s not just the size of the brain, they say, it`s what inside that counts. The bratin consists of  'grey matter' (the part of the brain that helps us to think) and 'white matter' (the part that helps us transfer information). And while men have more of the latter, the amount of  'thinking' brain is almost exactly the same in bot sexes.

It has been suggested that, in the case of human brains, smaller may also mean 'more efficient', perhaps because the two sides of the brain appear to be better connected in women. This means that little girls tend to learn to speak earlier, and that adult women can absorb all sorts of information form different sources at the same time, making them more adept at multi-tasking. When it comes to talking to the boss on phone, cooking dinner and keeping an eye on the baby all at the same time, it's women who come out on top every time. Men seem to do better tackling one job at a time..

There are other important differences that distinguish male and female brains. White matter is the key to spatial tasks-knowing where things are in relation to other things-and men consistently do better on this kind of exercise. 'Spatial abilities are a big part of sport,' says one researcher. 'A great soccer player, for instance always knows where he is in relation to the other plates. It's not just a question of muscles and speed, it's knowing where to go. 'And perhaps knowing where to go - or least thinking they know - also explains one of life's great mysteries'why men refuse to ask fot directions ... and women often need to!

The differences, according to researchers, begin in the womb. At about nine weeks old, differences in testosterone levels mean that male foetuses begin to develop a male brain, and females a female brain. The results can be seen in the behaviour of children as young as one. In one experiment, when a barrier was put between the toddlers and their mothers, the typical boy tried to climb the barrier or push it down. And the girl's strategy? To show distress, and attract help from another person.

In adult life, these brain defferences are clearly reflected in the career choices men and women make. 85 percent of the architects in the USA and 90 percent of the mechanics are men: both jobs which require good spatial skills. Meanwhile, 94 percent of speech therapists are women. It may all go back to our ancestors, according to Dr Helen Fisher, an expert in gender differences. 'In prehistoric times, women needed verbal and emotional skills to control and educate their babies, while men needed spatial skills to hunt. We'we got a very old brain in a very modern culture.'

If all this depresses you, it shouldn't. As biologist Anne Fausto-Sterling, points out, 'Just because we say we are born a certain way, we shouldn't close down possibilities. For every male or female who is 'stereotypical', I can think of another who isn't. The brain is not static. it changes throughout our lives according to what we do with it.