Скопје д-р Nevenka Andonovska, редовен професор на ПМФ- УКИМ, Скопје Valentina Popovska \or i Ilievski. Natalija Glinska-Ristova.

Transcript

1

2 Avtori: Recenzenti: Lektura д-р Mimoza Ristova, редовен професор на ПМФ-УКИМ, Скопје Mirjana Jonoska, редовен професор на ПМФ-УКИМ, Скопје д-р Nevenka Andonovska, редовен професор на ПМФ- УКИМ, Скопје Valentina Popovska \or i Ilievski Natalija Glinska-Ristova Ilustratori авторите Izdava~ Tira` Re{enie broj CIP katalogizacija Izdanie Skopje 2010

3 Учебников е напишан според најновата наставна програма за предметот ФИЗИКА за осмо (деветто) одделение во 2010 година. Учебноков е пишуван според прецизните дидактички насоки на програмата, а се состои од постапно и интерактивно пренесување на содржините. Воведен е патот на загатнување на проблематиката, преку потсетување на некој феномен од природата и секојдневието кој, на крајот од лекцијата ќе им биде одгатнат со помош на физичкиот закон или содржината што ќе ја изучат. Учебников има новини во досегашното учебникарство по ФИЗИКА во земјава и во регионот. За прв пат се нудат насоки за употребата на комјутерите во изучувањето на физиката. Притоа, на учениците и наставниците им се даваат познати веб страници кои ја поткрепуваат и ја ислустрираат изучената содржина, а се во функција за приближување на проблематиката со нив (на учениците) блиски методи. РАБОТНАТА ТЕТРАТКА ПО ФИЗИКА е само интегрален додаток на учебникот за дополнување, целисходно продлабочување на знаењата и трасирање на патот до нивната практична примена во самостојно изведување на експерименти со прирачни средства (таканаречени кујнски прибори). Како додаток на учебникот се нуди МАЛ ЏЕПЕН ПРИРАЧНИК со поважните дефиниции и формули. Намената му е да се користи за време на подготвителните тестови како ливче за препишување, бидејќи последните истражувања покажаа дека успехот на писмените работи или тестовите по ФИЗИКА во основното образование не зависи од тоа дали на учениците за време на тестирањето се служат со учебник или не. Учебникот има и УПАТСТВО ЗА НАСТАВНИКОТ кое ќе му го олесни патот во неговата благородна мисија: да ги научи своите ученици да ја разбираат, сакаат, применуваат матицата на сите науки, ФИЗИКАТА. Учебникот е напишан од две авторки, и тоа: д р Мимоза Ристова, која ги има напишано главите 1 и 5, а заедно со д р Мирјана Јоноска ги има напишано поглавјата 1.12, 2.13, 3.4, 3,5 и 3,6. д р Мирјана Јоноска, која ги има напишано главите 2, 3 и 4, а заедно со д р Мимоза Ристова ги има напишано поглавјата 1.12, 2.13, 3.4, 3,5 и 3,6. Од авторките

4 Ова не е обичен учебник. Ова е многу посебен учебник по ФИЗИКА. А физиката е матицата на сите природни науки. Учебникот е направен за да ве одведе во тајните на, за вас, непознатите области од природата и вашето секојдневно окружување. Учебников најнапред ќе ве спроведе како струја низ ЕЛЕКТРИЧНИТЕ ПОЈАВИ, потоа ќе ве привлече кон МАГНЕТНИТЕ ПОЈАВИ, ќе ве растрепери како што тоа го прават ОСЦИЛАЦИИТЕ, БРАНОВИТЕ И ЗВУКОТ, ќе блесне во вашите очи како СВЕТЛИНСКИТЕ ПОЈАВИ за на крајот да влезе во секој атом од вашето битие како честица од АТОМСКАТА ФИЗИКА. Затоа драги ученици, топло ви препорачуваме да ја исползувате шансата што ви ја нуди овој учебник, да научите за природата и нејзините феномени со помош на изучувањето и разбирањето на ФИЗИКАТА. Само ФИЗИКАТА може да ви помогне подобро да ја разберете како надворешната така и сопствената природа. Со почит, Мимоза Ристова и Мирјана Јоноска

5 Авторите на овој учебник им се заблагодаруваат на официјалните рецензенти на учебников. Посебна благодарност авторите им искажуваат на колегите д р Митре Митрески, редовен професор на ПМФ УКИМ, Скопје, д р Зора Митреска, редовен професор на ПМФ УКИМ, Скопје и д р Невенка Андоновска, редовен професор на ПМФ УКИМ, Скопје, кои детално го прегледаа ракописот и со своите укажувања и сугестии ни помогнаа да го доведеме учебников до постоечкава форма. Авторите ќе им бидат благодарни на сите забелешки од идните корисници на овој учебник. Мимоза Ристова и Мирјана Јоноска

6 OSNOVNI FIZI^KI VELIÎNI I EDINICI VO ME\UNARODNIOT SISTEM ( SI) Veli~ina ime dolìna masa vreme temperatura ja~ina na elektri~na struja koli~estvo supstanca ja~ina na svetlina oznaka l m t T I υ J Edinica ime metar kilogram sekunda kelvin amper mol kandela oznaka m kg s K A mol cd Mnoìteli i prefiksi za skrateno prikaùvawe na edinicite na fizi~kite veli~ini Pomalite i pogolemite golemini na brojnite vrednosti na goleminite na fizi~kite veli~ini moè da se prikaàt : So pomo{ na oznaki, So pomo{ na desetki na stepen. Brojot 1000 moè da se prikaè kako =10 3. Taka na primer dolìnata 2341 m moè da se zapi{e kako: 2341 m = 2, m=2,341 km 1 1 Brojot 0,001 moè da se zapi{e kako ili kako ili Taka dolìnata od 0,02341 metri moè sa se zapi{e kako : 0, m = 2, m = 2,341 mm Tabelata za skrateno prikaùvawe na brojnite vrednosti na fizi~kite veli~ini broj oznaka so desetki G (giga) M ( mega) k ( kilo) edinica ,001 m ( mili ) , μ (mikro) , n (nano) , p (piko) 10-12

7

8 1. ELEKTRIÊSTVO ELEKTRI^NI POLNE@I I NIVNO ZAEMNODEJSTVO ELEKTRI^NO POLE STRUJA - DVI@EWE NA POLNE@I IZVORI NA ELEKTRI^NA STRUJA. STRUJNO KOLO ELEKTRIÊN POTENCIJAL I NAPON OTPOR I SPROVODLIVOST 1.7. PRIMERI NA ELEKTRI^NI KOLA VRZUVAWE OTPORNICI 1.9. ELEKTRIÊN KAPACITET SVRZUVAWE KONDENZATORI RABOTA I MO]NOST NA STRUJATA STRUJA NIZ TE^NOSTI I GASOVI POLUSPROVODNICI ПОЛУСПРОВОДНИЧКИ НАПРАВИ. ДИОДИ, ТРАНЗИСТОРИ И ЧИПОВИ MAGNETIZAM 2.1. MAGNETI MAGNETNO POLE NA STRUJATA. ERSTEDOV EKSPERIMENT 2.3. MAGNETNO POLE NA PRAV SPROVODNIK, MAGNETEN LIST I SOLENOID. MAGNETNI SILOVI LINII 2.4. ELEKTROMAGNETI i PRIMENA POSTOJANI MAGNETI. ZEMJINO MAGNETNO POLE MAGNETNA (AMPEROVA) SILA RAMKA SO STRUJA VO MAGNETNO POLE. ELEKTROMOTOR ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA LENCOVO PRAVILO ZA ELEKTROMAGNETNА INDUKCIJA NAIZMENI^NA STRUJA GENERATORI ZA NAIZMENI^NA STRUJA TRANSFORMATORI STRUJA VO DOMOVITE I MERKI ZA BEZBEDNOST OD STRUEN UDAR

9 3. OSCILACII I BRANOVI OSCILACII. OSNOVNI POIMI MATEMATI^KO NI[ALO. PRISILENI OSCILACII. REZONANCIJA 3.3. BRANOVO DVI@EWE. OSNOVNI VELI^INI ODBIVAWE I PREKR[UVAWE NA BRANOVITE ZVUK. IZVORI. KARAKTERISTIKI AUDIOUREDI. BU^AVA. ULTRAZVUK I PRIMENA SVETLINA IZVORI NA SVETLINA. SVETLINSKI ZRACI REFLEKSIJA NA SVETLINATA. RAMNO OGLEDALO SFERNO OGLEDALO PREKR[UVAWE NA SVETLINATA TOTALNA REFLEKSIJA PREKR[UVAWE NA SVETLINATA NIZ OPTI^KA PRIZMA. DISPERZIJA 4.7. LE]I. LIKOVI KAJ LE]ITE PRIMENA NA LE]ITE. LUPA. OPTI^KI INSTRUMENTI OKO KAKO OPTI^KI SISTEM BOJA NA TELATA. KAKO OKOTO GI RAZLIKUVA BOITE ATOMSKA FIZIKA GRADBA NA MATERIJATA RADIOAKTIVNOST I ZA[TITA BIOLO[KO DEJSTVO NA RADIOAKTIVNOSTA I PRIMENA 5.4. DETEKTIRAWE NA RADIOAKTIVNOST PRIMENA NA NUKLEARNATA ENERGIJA RADIOAKTIVNI ZAGADUVAWA I ZA[TITA 151 IНДЕКС 155 ОДГОВОРИ НА ПРАШАЊАТА И ЗАДАЧИТЕ 157

10

11 1.1. ELEKTRI^NI I NIVNOТО ZAEMNODEJSTVO DA SE POTSETIME! Materijata e sostavena od atomi koi imaat dimenzii pomali od 1 nm (sl. 1). Atomite se sostaveni od atomsko jadro i elektroni koi ja pravat elektronskata obvivka. Vo jadroto postojat neutralni ~estici (neutroni) no i takvi {to nosat pozitivni polneì (protoni), ~ij broj e ednakov so brojot na elektronite od obvivkata. Taka atomot vo celina e neutralen. Ako eden elektron se otstrani od atomot (sl. 2), toga{ se dobiva pozitiven jon i sloboden elektron. Procesot na otstranuvawe na elektronite od elektronskata obvivka na atomot se narekuva jonizacija. elektronska obvivka jadro - sloboden elektron ATOM pozitiven jon Сл. 1. Силициумови атоми. Сл. 2. Jonizacija na eden atom. Koga edno telo }e se protrie so pomo{ na drugo telo, kako, na primer, ~e{el so volnena ili sinteti~ka tkaenina, pa potoa }e se pribliì do sitni hartiv~iwa, toga{ tie se lepat za nego. Tales od Milet, koj ìveel od 640 do 550 godina p.n.e., prv gi uo~il i zapi{al fenomenite za }ilibarot koj, protrien so krpa, gi privlekuva sitnite predmeti okolu sebe. Sl. 1. Koga }e se protrie ~e{alot privlekuva sitni hartiv~iwa. Како doa a do elektrizirawe na kosata pri ~e{laweto? Za vreme na ~e{laweto, kosata se trie od ~e{elot. Pritoa, elektronite od atomite od kosata begaat kaj ~e{elot. Taka, ~e{elot dobiva negativno koli- ~estvo elektri~estvo, dodeka, pak, na kosata ostanuvaat atomi kaj koi nedostigaat pobegnatite elektroni. Sli~no se slu~uva so kosata od slikata 2 ostanuva pozitivno naelektrizirana. Na toj na~in i dvete tela, i kosata i ~e{elot, se elektriziraat so ednakvo koli~estvo elektri~estvo, no so Sl. 2. Kosa protriena so spravata za sobirawe prav. 1 11

12 sprotiven znak. Vsu{nost, samata materija vo sebe gi sodrì i dvata vida elektri~estvo koi samo pri odredeni uslovi se razdeluvaat. Elektronite se tie {to go odreduvaat znakot na polneòt: ako elektronite go napu{tat materijalot toga{ toj }e se naelektrizira pozitivno. Ako materijalot gi sobere elektronite od drugiot materijal, so koj bil vo kontakt, toga{ toj stanuva negativen. Ako staklena pra~ka se protrie so svilena krpa, moè da se pokaè deka i taa se elektrizira. No, vo ovoj slu~aj pra~kata se naelektrizirala pozitivno, do- свила стакло Сл. 3. При триењето свилата ги одзема електроните од стаклото. deka, pak, svilata dobila negativen elektri~en polne`. Ottuka moè da se zaklu~i deka nekoi tela pri triewe se elektriziraat negativno, dodeka drugi, pozitivno. Kako }e se naelektrizira eden materijal zavisi od negovata hemiska struktura, t.e. dali vo dadeni uslovi, pri dopir so teloto {to se trie, mu e polesno da se oslobodi od poslabo vrzanite elektroni ili, pak, ima tendencija da gi pribere elektronite od sosednata supstancija koja {to polesno gi osloboduva. Edno isto telo, zavisno od toa so {to se trie moè da se naelektrizira pozitivno ili negativno. Taka na primer, koga stakloto se protriva so svila toa se elektrizira pozitivno, a ako se trie so volna se elektrizira negativno. Poglednete nekoi primeri od supstanci koi moàt da se elektriziraat pozitivno ili negativno. Supstancii {to se elketriziraat pozitivno staklo, prorieno so svila volna, krzno protrieni so plastika Supstancii {to se elektriziraat negativno plastika (polietilen), protriena so volna guma, }ilibar, protrieni so volna Kako si zaemnodejstvuvaat elektri~nite polneì? U{te vedna{ se pokaà deka naelektriziranite tela si zaemnodejstvuvaat. Me u niv dejstvuvaat sili koi gi narekuvame elektri~ni (~e{elot privlekuva kosa). Ako vrzeme dva balona na konec i gi zaka~ime da visat slobodno bez da se dopiraat do okolnite predmeti, tie }e visat vertikalno (sl. 3). Sl.3. Nenaelektrizirani baloni. Sl.4. Naelektrizirani baloni. Ako potoa gi protrieme so volnen del od obleka, }ebe ili so kosa (gi naelektrizirame), a potoa gi pu{time slobodno da si dejstvuvaat, }e zabeleìme deka balonite se odbivaat (sl. 4). [to zaklu~uvame? 2 2

13 Zaklu~uvame deka telata naelektrizirani so istoimeno koli~estvo elektri~estvo (polne`) se odbivaat. Deka telata {to bile naelektrizirani so raznoimeni elektri~ni polneì se privlekuvaat, imavme prilika da se uverime vo slu~ajot na kosata i ~e{elot. Se pokaàlo deka elektri~nite sili zavisat od rastojanieto pome u naelektriziranite tela i od goleminata na polneìte {to gi nosat. So me usebno oddale~uvawe na telata silite se namaluvaat. _ Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Obi~no se veli deka naelektriziranite tela privlekuvaat sitni predmeti, na primer, liv~iwa. Napravete vakov eksperiment. Eden drven stap, dolg okolu 0,8 do 1m, obesete go na jaè taka da moè slobodno da rotira vo horizontalna ramnina kako na slikata 5. Dobliète do stapot plasti~na pra~ka prethodno protriena so volnena krpa. Stapot moè da go vrtite so kru`no dvièwe na naelektriziranata plasti~na pra~ka. Objasnete go opitot. Sl. 5. Ebonitnata pra~ka moè da go vrti stapot. 2. Na klipot na internet stranicata You tube.com Electrostatics: Types of Charge pogledajte kako svilata se elektrizira razli~no, zavisno od toa so {to se trie: Vo ovaa lekcija nau~ivte Atomot e najsiten del na daden hemiski element. Toj e graden od atomsko jadro i elektroni koi ja so~inuvaat atomskata obvivka. Elektronite se negativno naelektrizirani ~estici. Vo atomskoto jadro postojat neutralni i pozitivni ~estici-protoni ~ij broj e ednakov na brojot na elektronite. Atomot kako celina e neutralen. Ako od atomot na koj i da bilo na~in se izdvoi eden ili pove}e elektroni, toj }e stane pozitivno naelektriziran jon. Telata moè da se naelektriziraat so triewe. Naelektriziranite tela si zaemnodejstvuvaat. Raznoimeno naelektriziranite se privlekuvaat, a istoimenite se obivaat. Silata na zaemnodejstvoto se namaluva so zgolemuvawe na rastojanieto me u telata. 3 33

14 1.2. ELEKTRI^NO POLE Sekoe naelektrizirano telo okolu sebe sozdava elektri~no pole. Poleto postoi i toga{ koga vo negoviot prostor ne e vneseno drugo naelektrizirano telo. Sepak, negovoto dejstvo moè da se vidi samo toga{ koga }e se vnese takvo telo. Ako vo prostorot na edno naelektrizirano telo se vnese malo naelektrizirano telo toga{ poslednovo ili }e se privle~e kon nego, ako se raznoimeno naelektrizirani (sl. 1) ili }e se odbie od nego, ako se istoimeno naelektrizirani (sl. 2). Silovite linii bile izmisleni za da pomognat da si go pretstavime poleto. Silovite linii se zamisleni linii {to ja pokaùvaat nasokata po koja od miruvawe bi se dvièlo maloto pozitivno naelektrizirano telo pod dejstvo na elektri~noto pole vo koe se na{lo. Tamu kade {to poleto e najsilno i silovite linii se najgusti, i obratno. Poslabo pole, poretki silovi linii. Toa zna~i deka poblizu do naelektriziranata topka silovite linii se pogusti. Kolku e podaleku, tolku silovite linii se poretki, a poleto e poslabo. Silovite linii na elektri~noto pole pome u dve naelektrizirani topki se dadeni na slikite 3. _ Sl. 1. Pozitiven polne` vo pole na negativno naelektrizirano telo. _ Sl. 2. Pozitiven polne` vo pole na pozitivno naelektrizirano telo. Sl. 3(a). Silovi linii pome u dva raznoimeni polneà. Sl. 3(b). Silovi linii pome u dva istoimeni polneà ELEKTROSKOP e ednostavna naprava koja moè da pokaè dali edno telo e naelektrizirano. Elektroskopot (sl. 4) se sostoi od staklen sad so metalna obvivka i proyirni yidovi vo koj e smestena sprovodna metalna {ipka, {to zavr{uva vo nadvore{niot del od sadot so metalna topka (glava). Na vnatre{niot kraj na {ipkata slobodno visat vertikalno, dve lesni metalni liv~iwa (noìwa). Koga na glavata od elektroskopot }e se dopre ili dobliì naelektrizirano telo, toga{ noìwata od elektroskopot }e se ras~ekorat (isprekinata linija). izolator staklo metalna topka (GLAVA) sprovodnik noxiwa noìwaod metal TELO stativ od izolator Sl.4. Gradba na elektroskopot 4 4

15 Sli~na naprava na elektroskopot e elektrometarot (sl. 5). Kaj nego noìwata se zameneti so edna strelka, koja{to pokaùva na skala. Za da moè elektrometarot da se upotrebi kako meren instrument, teloto treba da mu bide zazemjeno. Kolku pogolem broj podelki od skalata pokaùva strelkata, tolku e pogolema naelektriziranosta na teloto. Koj go nosi elektri~estvoto? zazemjuvawe (GLAVA) TELO Sl. 5. Elektrometarot e zazemjen elektroskop so merna skala. Za nositel na elektri~estvoto se zema elektronot i se narekuva elementaren polne` ili elementarno koli~estvo elektri~estvo (e). Ovaa merka se koristi samo vo naukata. Vo sekojdnevieto koli~estvata elektri~estva (Q) se daleku pogolemi, pa zatoa kako edinica za elektri~en polne` bila vovedena edinicata eden kulon (1S). 1 kulon = 1 S = elementarni polneì Coulomb Charles [arl Kulon ( ), francuski fizi~ar. Ja utvrdil zakonitosta za silata na zaemnodejstvo pome u naelektrizirani tela, nare~ena Kulonov zakon. Imeto na edinicata za koli~estvo elektri~esto eden kulon e dadeno vo negova ~est. Na koj na~in moè da se naelektrizira edno telo? Ve}e vidovme deka telata moàt da se naelektriziraat so TRIEWE (~e{el ili balon od kosa). Telo, isto taka, moè da se naelektrizira i pri DOPIR so naelektrizirano telo. Telo moè da se naelektrizira so pomo{ na elektri~na INDUKCIJA ili INFLUENCIJA (bez dopir) ako vo negova neposredna blizina se dovede nekoe naelektrizirano telo. Koga do neutralnoto telo }e se dobliì naelektrizirano telo (sl. 7), toga{ na negovata povr{ina doa a do preraspredelba na elektri~nite polneì, t.e istoimenite }e pobeganat podaleku, dodeka, pak, raznoimenite }e se namestat na povr{inata poblizu do naelektriziranoto telo. Sl. 7. Elektrizirawe so indukcija: obesenoto top~e se elektrizira so indukcija od ebonitnata pra~ka i se privlekuva kon nea. Koga top~eto }e se zazemji, na primer se fati so prst, istoimeniot (ovde negativen) polne` se neutralizira i top~eto e trajno naelektrizirano raznoimeno 5 55

16 Ako go dopreme top~eto (go zazemjime) toga{ istoimenite polneì (elektronite) }e pojdat vo zemjata, a top~eto }e stane trajno naelektrizirano so raznoimeno koli~estvo elektri~estvo (vo ovoj slu~aj pozitivno). Spored toa, influencijata pretstavuva razdeluvawe na sprotivnite elektri~ni polneì vo neutralen metal pod dejstvo na nekoe naelektrizirano telo. Trajna elektrizacija so indukcija nastanuva toga{ Sl. 8. Influentna ma{ina. So vrtewe na koga teloto }e se zazemji. Pritoa, istoimenite polneì se neutraliziraat i teloto e Ako potoa top~iwata (sprotivnite polo- ra~kata }e se proizvede elektricestvo. trajno naelektrizirano so raznoimen vi) se pribliàt, me u niv }e preskokne polne` od onoj na naelektriziranoto telo. iskra, {to ukaùva deka se sprotivno naelektrizirani. Na principot na triewe i influencija bila konstruirana ma{ina, {to moè da proizveduva elektricitet od dvata sprotivni pola, nare~ena influentna ma{ina (sl.8). Оd influentnata ma{ina se dobiva istovremeno i pozitivno i negativno elektri~estvo koi sluàt za fizi~ki eksperimenti. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Pu{tete ja ~e{mata da te~e sosema malku za da se oformi tenok mlaz voda (sl.9.). Naelektrizirajte eden ~e{el so protrivawe so volnena ili sinteti~ka krpa (rakav od bluza) i dobliète go do mlazot. Kako }e go objasnite ona {to se slu~uva? Zabele{ka: dokolku ne se nabquduva nikakva promena, prodolète da go triete ~e{elot za da go dobiete o~ekuvaniot efekt. Ako i toga{ ne uspeete, toga{ promenete go ~e{elot. 2. Pogledajte go videozapisot za razli~nite vidovi elektrizacija. Youtube.com Electrostatics: Charging By Induction ( related). 3. Za nabqudivawe na silovite linii koristete go proektot Edubuntu na adresata: Sl. 9. Vodeniot mlaz se dobliùva do protrieniot ~e{el. Vo ovaa lekcija nau~ivte 6 6 Vo prostorot okolu naelektrizirano telo postoi elektri~no pole. Poleto dejstvuva vrz naelektriziranite tela vo nego. Elektri~noto pole se opi{uva so pomo{ na silovi linii. Silova linija e zamislena linija {to ja pokaùva nasokata po koja od miruvawe bi se dvièlo malo pozitivno naelektrizirano telo pod dejstvo na elektri~noto pole. So pomo{ na elektroskop moè da se pokaè dali nekoe telo e naelektrizirano. Elektrometar e zazemjen elektroskop so skala. Nositel na elektri~nite polneì e elektronot. Toj ima najmalo mo`no koli- ~estvo elektri~estvo koe se vika elementaren elektri~en polne` i se beleì so e. Edinica za koli~estvo elektri~estvo (Q) e kulon (1S). 1 S = e. Telo moè da se naelektrizira so triewe, dopir ili preku influencija (elektri~na indukcija).

17 1. 3. STRUJA - DVI@EWE NA POLNE@I Ako odite so vle~ki po volnen }ilim, toga{ moè da ve pecne iskra, {tom }e se fatite za nekoj metalen predmet (na primer kvaka). Ova lu eto go doìvuvaat kako da gi pecnala struja. [to vsu{nost se slu~uva? Sl. 1. Elektroskop (plasti~na ~a{a so glava od aluminiumska folija), naelektrizirana metalna topka od folija i noìca. Sl. 2. Naso~eno dvièwe na polneì e struja. Dokolku niz eden sprovodnik pominale pogolemo koli~estvo elektri~estvo za pokuso vreme toga{ niz nego te~ela pojaka struja. Кoga }e go vklu~ime radioto, toga{ strujata {to bila proizvedena vo elektrocentralata, donesena do na{iot dom, zapo~nuva da te~e niz prikluèniot kabel i vo radioto da proizveduva zvuk. Strujata vo televizorot }e proizvede slika, vo grealkata }e dade toplina. Tolku sme naviknati na strujata, {to samo koga }e ja snema nie zabeleùvame kolku e prisutna. Eksperiment 1 Neka naelektrizirame edno metalno telo, moè stutkana topka od aluminiumska folija (sl. 1) koja e postavena na izolatorska osnova (suva ~a{ka od staklo ili plastika) so prenesuvawe na elektricitetot od eden protrien plasti~en ~e{el. Vo negova blizina se nosi elektroskop (napravete go samite spored instrukciite vo rabotnata tetratka). So pomo{ na no` ili noìci so plasti~na ra~ka doprete gi odedna{ i aluminiumskata topka i top~eto od elektroskopot, kako {to e dadeno na slikata 1. [to zabeleùvate? Liv~iwata od elektroskopot se odvojuvaat. Toa zna- ~i deka elektronite od naelektriziranata metalna topka se pridviìle do elektroskopot preku metalot od noòt ili noìcata. Pritoa, metalot od noìcata im ovozmoùva na elektronite da pominat niz nego i da stignat do elektroskopot. Matalot od koj e napravena noìcata e elektri~en sprovodnik. Samoto, pak, pridvi- ùvawe na polneìte (kaj metalite toa se elektronite) od edno mesto na drugo potsetuva na reka {to te~e ili lu e {to itaat po eden hodnik vo ista nasoka. Naso~enoto dvièwe na elektri~nite polneì se narekuva elektri~na struja ili samo struja. Vo normalni uslovi liv~iwata od naelektriziraniot elektroskop }e ostanat podolgo vreme odvoeni dokolku ne gi doprete so raka i ne gi razelektrizirate. 7 77

18 [to moète od ova da zaklu~ite? Polneòt preku rakata se odveduva vo zemjata. ôvekovoto telo, zna~i, im ovozmoùva na elektronite da se dviàt niz nego. Zaklu~uvame deka ~ovekovoto telo e sprovodnik na polneì. Eksperiment 2 Sega povtorete ja istata postapka. Odnovo naelektrizirajte ja topkata, pa povrzete gi so elektroskopot so pomo{ na edno plasti~no penkalo. Liv~iwata od elektroskopot nema da se odvojat. Toa zna~i deka elektronite ne moàt da pominat od edno mesto do drugo preku plasti~noto penkalo. Materijalite {to ne ja sproveduvaat elektri~nata struja se narekuvaat elektri~ni izolatori. So pomo{ na ovoj eksperiment samite dojdovte do zaklu~okot deka nekoi materijali sproveduvaat struja, a drugi ne. Od opitot pogore doznavme deka nekoi materijali, kako, na primer, metalite, imaat svojstvo da sproveduvaat elektri~ni polneì i se narekuvaat sprovodnici, dodeka drugi, kako plastikata, ne sproveduvaat i se narekuvaat izolatori. Sl. 3. Elektroskop i naelektrizirana topka povrzani so penkalo. изолатор ôvekovoto telo e dobar sprovodnik na elektri~ni polneì, vo {to se uverivme preku razelektriziruvaweto na elektroskopot so dopir so raka. Pokraj sprovodnicite i izolatorite, postojat i drugi materijali kaj koi sproveduvaweto na elektricitetot mnogu zavisi od nadvore{nite uslovi, pred sè od temperaturata, osvetluvaweto i dr. Tie se narekuvaat polusprovodnici. Vo tabelata se dadeni primeri od site tri vida materijali {to se koristat vo sekojdnevjeto. sprovodnik Kabel od elektri~en ured (sprovodnik i izolator) sprovodnici izolatori Polusprovodnici bakar srebro zlato plastika staklo guma silicium germanium selen Postojat materijali {to na niski temperaturi mnogu dobro sproveduvaat elektricitet, duri podobro i od sprovodnicite, pa zatoa bile nare~eni supersprovodnici. Polusprovodnik od silicium. Od nego se pravat ~ipovite za kompjuterite. 8 8

19 Ampermetar so strelka. Digitalen ampermetar. oznaka Ja~inata na strujata pretstavuva koli~estvoto elektri~evsto (Q) {to pominuva niz napre~niot presek na eden sprovodnik vo edinica vreme (t). Q I = t Ja~ina na struja e edna od sedumte osnovni fizi~ka veli~ini vo Me unarodniot sistem na edinici i se beleì so I. Edinica za merewe na strujata e amper. Niz sprovodnikot te~e struja od eden amper ako niz negoviot napre~en presek vo sekoja sekunda pominuva elektri~estvo od eden kulon. 1 amper = 1 kulon / 1 sekunda 1 A = 1C 1s Ja~inata na strujata se meri so instrument nare~en ampermetar koj moè da bide so strelka ili digitalen. Vo slednata tabela se dadeni pomali edinici od amperot: zna~ewe 1 ma ( miliamper) iljaditi del od amperot 1 A = ma 1 μa (mikroamper) milioniti del od amperot 1 A = μa Kone~no, moème da kaème deka ~ovekot odej}i so plasti~ni vle~ki po volnen kilim, se naelektriziral negativno. Vle~kite se dobar izolator, pa ~ovekot go zadrùva dobieniot (so triewe) elektricitet, sè dodeka ne dojde vo kontakt so sprovodnik, pri {to polneìte preku rakata pominuvaat na kvakata. Dvièweto na polneìte e struja. Ottuka i ~uvstvoto deka ~ovekot go pecnala struja. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Poso~ete {to e sprovodnik, a {to e izolator kaj utika~ot od slikata? 2. Kolku miliamperi i kolku amperi se 3,4 mikroamperi (prikaète go i skrateno so pomo{ na instrukciite dadeni na vnatre{nata korica). Utika~ 3. Pogledajte go sledniot videozapis i komentirajte go: YouTube.com : Electrical conductors and insulators. Vo ovaa lekcija nau~ivte Naso~enoto dvièwe na elektri~nite polneì se narekuva elektri~na struja. Materijalite {to ja sproveduvaat strujata se sprovodnici, a onie {to ne ja sproveduvaat se izolatori. Polusprovodnici se materijali ~ija sprovodlivost mnogu zavisi od nadvore{nite uslovi. Postojat i supersprovodnici ~ija sprovodlivost e mnogu golema. Osnovna karakteristika na strujata e ja~ina na strujata (I), iskaàna so relacijata I=Q/t, kade {to Q e polneòt, a t vremeto. Se meri so edinicata amper (A). 9 99

20 1. 4. IZVORI NA ELEKTRI^NA STRUJA. ELEKTRI^NO STRUJNO KOLO Elektri~nite polneì {to pominuvaat niz uredite {to sekojdnevno gi sretnuvate (svetilkite, televizorot, liftot, kompjuterot, mobilniot telefon, ajpodot itn.) bi trebalo odnekade postojano da se nadomestuvaat, t.e. odnekade da izviraat. No, od kade se nadomestuvaat polneìte? Na sli~en na~in i vodata vo va{ite domovi doa a preku instalacijata od izvorite. Cu Zn - Uredite koi na kraevite od sprovodnicite sozdavaat i natrupuvaat elektri~ni polneì so sprotiven znak se narekuvaat izvori na struja. Spored toa, tie imaat dva pola: pozitiven i negativen. Vsu{nost tie ovozmo- ùvaat niz sprovodnicite da se odrùva postojano elektri~no pole. Toa e mo`no so pretvorawe na nekoj drug vid energija (hemiska, mehani~ka ili son~eva) vo elektri~na. Postojat najrazli~ni vidovi izvori na stuja, no nie }e se zapoznaeme samo so hemiskite. H 2 SO 4 Sl. 1. Voltin element. Sl. 1. Prviot hemiski izvor - Voltin element se sostoi od cinkova i bakarna plo~a potopeni vo rastvor od sulfurna kiselina. Me u plo~ite i rastvorot doa a do hemiski reakcii, pa cinkovata plo~a se elektrizira ponegativno od bakarnata. Kapacitetot na eden hemiski izvor e merka za sposobnosta da obezbedi te~ewe na postojana struja za opredelen vremenski period, a se meri vo amper-~asovi (Ah). Na primer, baterijata ima kapacitet od 10 Ah ako moè da obezbedi te~ewe na struja od 1 A za vreme od 10 ~asovi Malku istorija Idejata poteknala od italijanskiot nau~nik Luixi Galvani (XVIII vek), pa zatoa hemiskite izvori na struja, spored negovoto ime, bile nare~eni galvanski elementi. Kaj niv polneìte se sozdavaat i po~nuvaat da se dviàt na smetka na hemiskata energija. Sonarodnikot na Galvani, Alesandro Volta, go napravil prviot najprost izvor na struja, koj bil nare~en Voltin element (sl. 1). Galvanski element kako izvor na struja moè da se dobie koga dva razli~ni metala }e se potopat vo elektrolit, t.e. rastvor od nekoja kiselina, baza ili sol. Xepnite baterii, isto taka, pretstavuvaat galvanski elementi, samo {to i elektrolitot i elektrodite se vo cvrsta _ Sl.2 agregatna sostojba, pa se narekuvat suvi galvanski elementi. [ematski prikaz na izvor na elektri~na struja e daden na sl

21 Baterii i elektri~no strujno kolo Na sl. 3 e prikaàna edna baterija vrzana vo strujno kolo. Sistem sostaven od izvor na struja, potro- {uva~ ili pove}e potro{uva~i, vrzani preku sprovodni vodovi i prekinuva~ pretstavuva elektri~no strujno kolo. Elektri~na struja te~e samo koga koloto e zatvoreno. Pritoa, zelenite strelki na slikata 3 ja pokaùvaat vistinskata nasoka na dvièwe na elektronite. Цrnite strelki ja pokaùvaat tehni~kata nasoka na strujata {to e zemena po dogovor za upotreba vo fizikata. Toa e nasokata vo koja bi se dvièle pozitivni polneì. Strujata kaj galvanskite elementi ima postojana ja~ina i postojano te~e samo vo edna ista nasoka, pa zatoa se narekuva postojana ednonaso~na struja. Takvata struja vo tehnikata se ozna~uva so DC (Direct Current). Postojat izvori koi davaat struja {to e promenliva po golemina i po nasoka. Periodi~no promenlivata struja se narekuva naizmeni~na i se beleì so AC (Alternative Current). Strujata {to ja dobivame vo na{ite domovi e naizmeni~na, a si ja menuva nasokata 50 pati vo edna sekunda. Akumulatorska baterija (akumulator) Osnovnata }elija kaj olovniot akumulator e prikaàna na slikata 4. Pred da po~ne da se koristi akumulatorot treba da se napolni so priklu~uvawe na drug izvor na ednonaso~na struja. Za vreme na polneweto nastanuva hemiska reakcija: pretvorawe na olovnata plo~a {to bila vklu~ena na pozitivniot napon vo oloven oksid (pretvorawe na elektri~nata energija vo hemiska). Na toj na~in se dobivaat dve razli~ni po sostav elektrodi (Pb и PbO 2 ) potopeni vo elektrolit. Koga }e se napolni akumulatorot, toga{ toj moè da se koristi za napojuvawe na elektri~nite uredi vo avtomobilot (elektri~noto palewe, svetlata, sirenata, bri{a~ite za prednoto staklo i drugo). prekinuva~ tehni~ka nasoka na strujata nasoka na elektronite - cvrstotelen galvanski element Sl. 3. Xepna baterija povrzana vo strujno kolo. Koga }e se vklu~i prekinuva~ot so edna baterija preku bakarni ì~ki so svetilkata, koja ovde e potro{uva~, taa }e zasveti. Koga e koloto prekinato, prekinuva~ot otvoren, nema svetewe. DC AC ~ Oznaki za ednonaso~na i naizmeni~na struja. PbO 2 H 2SO 4 Pb - Sl. 3. Akumulator. Sl. 4. Dve olovni plo~i potopeni vo 20% rastvor od sulfurna kiselina pravat edna akumulatorska }elija. Gi ima kaj akumulatorite od sekoj avtomobil i avtobus. Naj~esto se koristi baterija od 6 }elii, vrzani seriski

22 EKOLO[KI DODATOK 1 Otkako }e go isluàt svojot vek, akumulatorite treba da se dadat na reciklirawe. Prijatelite na prirodata treba da gi najdat firmite {to gi otkupuvaat starite i isluèni akumulatori. Tie }e gi popravat, napolnat i osposobat za rabota, i pritoa }e go spre~at odlevaweto na opasnite hemikalii vo prirodata. EKOLO[KI DODATOK 2 EKOLO[KI DODATOK 3 Struja moè da se dobie i od energijata na veterot. Veterot ja vrti turbinata, a strujniot generator ja pretvora mehani~kata energija vo elektri~na. Struja moè da se dobie i od son~evata energija. Son~evata energija direktno se pretvora vo elektri~na so pomo{ na fotovoltai~na }elija. Naj~esto fotovoltai~nite }elii za zemska primena se pravat od silicium. Za napojuvawa na uredite vo vselenskite letala, komunikaciskite i istraùva~kite sateliti, se koristat }elii od galium arsenid. Luigi Galvani ( ) Luixi Galvani italijanski lekar. Se zanimaval so istraùvawa na takanare~eniot fenomen bioelektrogeneza. Nekoi izvori velat deka do otkritieto do{ol slu~ajno, koga gospo ata Galvani prigotvuvala za ru~ek àbi, eden od italijanskite specijaliteti. Kopanite od àbi bile vo sad od eden vid metal, a taa vo prigotvuvaweto se posluìla so vilu{ka od nekoj drug metal. Koga ja doprela àbata, iako mrtva, taa ja svitkala nogata. Podocna stignalo i nau~noto tolkuvawe za fenomenot: mrdaweto na mrtvata àba proizleglo od izvorot na struja, galvanskiot element {to se vospostavil pome u dvata razli~ni metala (~inijata i viqu{kata) i elektrolitot (telesnite sokovi na àbata). Pra{awa, zada~i, aktivnosti Samite napravete galvanski element od eden kompir, ili morkov, ili domat. Vo nekoj od ovie zelen~uci zabodete edna èlezna spojnica i edna crnka od grafiten moliv. Povrzete gi elektrodite so ìci za eden voltmetar. Kolku dobivte za naponot na va{iot galvanski element? Vo ovaa lekcija nau~ivte Uredite koi na kraevite od polovite sozdavaat i natrupuvaat elektri~ni polneì so sprotiven znak se narekuvaat izvori na struja. Tamu se pretvora nekoj drug vid energija (mehani~ka, svetlosna, hemiska) vo elektri~na. Sistem od izvor na struja, potro{uva~ i prekinuva~ e strujno kolo. Najpoznati izvori se hemiskite, poznati i kako galvanski elementi. Tie pretstavuvaat dva razli~ni metala postaveni vo rastvor na elektrolit. Kapacitetot na edna hemiska }elija se meri preku sposobnosta da sozdade te~ewe na postojana struja za nekoj period i se meri vo amper-~asovi (Ah).

23 1.5. ELEKTRIÊN POTENCIJAL I NAPON Vidovme deka sekoe naelektrizirano telo okolu sebe sozdava elektri~no pole. Koga elektri~en polne` }e se najde vo elektri~noto pole na drugo naelektrizirano telo, toga{ toj }e se pridviì pod dejstvo na elektri~nite sili. Eksperiment 1 Stutkajte folija za da napravite aluminiumska topka kolku edna tupanica. Namestete ja vrz edna mala suva plasti~na ili staklena ~a{ka (kutiv~e). Ova }e vi posluì kako telo za elektrizirawe. Na svitkana cevka za sok so zglob (fiksirana vo nekoja druga ~a{- ka) zalepete so lepliva lenta edno kratko kon~e. Na slobodniot kraj od kon~eto {to visi zaka~ete malo top- ~e-proba od istata folija. Naelektrizirajte go plasti~niot ~e{el so protrivawe od volna ili sintetika i potoa nanesete go elektricitetot od ~e{elot na metalnata topka so pove}ekratno lizgawe na ~e{elot po teloto za elektrizirawe. Top~eto-proba }e se naelektrizira istoimeno so toa {to }e go dobliìte do golemata topka, pa toa samoto }e se dopre. ]e se naelektrizira istoimeno i }e se odbie. Sega dobliète ja probata do naelektriziranoto telo, pa }e vidite deka konecot se otklonuva od teloto kako da saka da izbega od nego. Ako ne vise{e zaka~eno na kon~e toga{ toa }e letne{e podaleku od teloto. Po~nete da go oddale~uvate top~eto-proba, pa }e zabele- ìte deka konecot sè pomalku i pomalku }e se otklonuva. So natamo{no oddale~uvawe, }e dojdete do nekoe rastojanie na koe }e prestane dejstvoto na elektri~noto pole, pa top~eto }e si visi vertikalno. Sl. 1. Aluminiumska topka na izolatorska podloga kako telo za elektrizirawe i top~e-proba. So dobliùvawe na istoimeno naelektriziranata proba do naelektriziranoto telo konecot se otklonuva i bega od teloto. I sega razmislete! Ako top~eto-proba se pridviìlo koga sme go donele blizu do naelektriziranata topka, toga{ toa zna~i deka izvr{ilo rabota. No, na smetka na koja energija ja izvr{ilo taa rabota? Spored zakonot za zapazuvawe na energijata, taa nitu se sozdava nitu se gubi. Zatoa, edinstveno e mo`no top~etoproba da se pridviìlo i pritoa izvr{ilo rabota za smetka na nekoja druga energija. Vo slu~ajov toa izvr{ilo rabota na smetka na energijata {to ja ima elektri~noto pole. Zna~i deka naelektriziranoto telo poseduva potencijalna energija koga se nao a vo prostorot okolu naelektriziranata topka

24 Koga bi mo`elo top~eto-proba da se zameni so eden edini~en pozitiven elektri~en polne` (1S), toga{ potencijalnata energija {to ja ima teloto vo nekoja to~ka od poleto, vsu{nost, e elektri~niot potencijal vo taa to~ka (sl. 2). Ako se zeme deka top~eto-proba e nekade daleku (vo beskrajnost) pa ne mu dejstvuva nikakva sila, toga{ negovata potencijalna energija e ednakva na nula. Za da se prenese top~eto od beskrajnost do nekoja to~ka vo poleto potrebno e da se izvr{i rabota. Potencijalot vo nekoja to~ka od poleto e veli~ina ednakva so rabotata {to se vr{i za prenesuvawe na edini~en pozitiven polne` od taa to~ka vo beskrajnost, ili obratno. Elektri~niot potencijal se ozna~uva so latinskata bukva V. V 1 1C V 1 >V 2 V 2 1C Sl. 2. To~kite vo poleto {to se poblizu do naelektriziranoto telo se so povisok potencijal, a podale~nite so ponizok. Razlikata vo potencijalite (V 1 V 2 ) pome u dve to~ki vo poleto se narekuva elektri~en napon U = V 1 V 2 Pri prenesuvaweto na top~eto od edna to~ka vo druga, toa izvr{ilo rabota. Ako top~eto imalo koli~estvo elektri~estvo Q, toga{ rabotata (A) {to se izvr{ila pri negovoto prenesuvawe od edna vo druga to~ka, pome u koi razlikata na potencijalite bila U, e dadena so A = Q U Ottuka mo`e da se opredeli naponot (potencijalnata razlika) pome u tie dve to~ki: A U = Q Ako vo ovaa formula za rabotata se zameni edinicata xul (1 J), a za koli~estvoto elektri~estvo se zameni kulon (1 S), toga{ }e se dobie edinicata za potencijal ili napon, volt (1 V). 1J 1xul 1 V (volt) = = 1S 1kulon Ottuka proizleguva deka naponot pome u dve to~ki vo elektri~noto pole e ednakov na eden volt (1V) koga za pomestuvaweto na koli~estvo elektri~estvo od plus eden kulon (1 C) od edna vo druga toka bila izvr{ena rabota eden xul (1 J)

25 PRIMER Kolkava rabota bila izvr{ena pri pomestuvaweto na koli~estvo elektri~estvo od 2 S od to~ka na potencijal od 250V do to~ka na potencijal od 100 V? Zadadeno: Re{enie: Q = 2 C V 1 =100 V V 2 = 250 V A =? Od definicijata za rabotata na elektri~noto pole sleduva deka A=Q U. Bidej}i naponot pretstavuva razlika na potencijalite U = V 1 -V 2, toga{ i rabotata }e bide A=Q ( V 1 -V 2 ). Ottuka, so zamena na vrednostite se dobiva: So dogovor bilo zemeno potencijalot na Zemjata da bide ednakov na 0, pa ottamu i sekoj sprovodnik spoen so nea }e ima potencijal ednakov na 0, t.e. }e se smeta za zazemjen. Naponot moè da se izmeri so instrument voltmetar (sl. 3a i 3b). Naponot na nekoj izvor se meri so vklu~uvawe na voltmetarot paralelno na izvorot. Sli~no se meri i naponot pome u koi i da bilo dve to~ki od strujnoto kolo. Toa e sli~no kako dvete zamisleni race od voltmetarot (dvete negovi spojki) da se fatat na valcer so polovite (racete) na izvorot. A=2 ( ) J = 300 J Sl. 3a. Voltmetar so strelka. Sl. 3b. Digitalen voltmetar. Alesandro Volta ( ), italijanski profesor po fizika. Volta go objasnil toa {to go zabeleàl italijanskiot lekar Galvani, deka nozete od àbata se gr~ele koga }e bidat dopreni so dva metalni predmeta. Volta objasnil deka ovaa pojava se dolì na protekuvawe na struja niz elektrolit (tkivata na àbata) koga taa e vo kontakt so dva razli~ni metala (metalniot pribor). Volta go izrabotil prviot hemiski izvor na Alesandro struja. Vo negova ~est edinicata za elektri~en napon se vika volt. Volta 1.5 a. Merewe na naponi i strui Za merewe na naponot i ja~inata na strujata ~esto se koristi univerzalen instrument. Sl. 1. Univerzalen instrument. So pravilno vklu~uvawe moè da posluì i kako ampermetar i kako voltmetar. Најпрво универзалниот инструмент се преклопува на функцијата што ја сакаме, амперметар или волтметар. Потоа, сондите (жиците со пипалки или штипалки се боцнуваат во соодветните приклучоци). Voltmetarot ima golem vnatre{en otpor, zatoa pri paralelno vrzuvawe, koga strujata se razgranuva, niz nego te~e zanemarliv del. Ampermetarot ima mal vnatre{en otpor, pa naponot na negovite kraevi e zanemarliv, maliot otpor, pak, pri seriskoto vrzuvawe ne vlijae na ja~inata на merenata struja

26 Za merewe na naponот na polovite na izvorot (elektromotornata sila na izvorot) ili padot na naponot, ili ja~inata na strujata na nekoj potro{uva~, se koristat slikite podolu. потрошувач - V V Sl. 3. Merewe na naponot na kraevite od eden potro{uva~. Instrumentot se преклопува kako voltmetar. потрошувач А V - Sl. 5. Ednovremeno се врзани и ampermetar i voltmetar vo kolo. Сл. 2. Иструментот ВОЛТМЕТАР се врзува паралелно на изворот на напонот. На дисплејот се чита вредноста на напонот во волти. потрошувач А - Sl. 4. Vрзување na univerzalniot instrument vo uloga na АМПЕРМЕТАР vo krug e vo serija so potro{uva~ot (na primer svetilka). Voltmetarot se vрзува PARALELNO (kako da se fatil na TANGO). Ampermetarot se vрзува SERISKI, kako da se fatil na ORO. (Folklorniot ansambl TANEC) 16 16

27 1.6б. Vrzuvawe na izvori Сериско врзување Паралелно врзување 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 V 1,5 1,5 = 1,5 = 4,5 V Vkupniot napon vo slu~aj na serisko vrzuvawe e zbir od oddelnite naponi. 1,5 Pri paralelno vrzuvawe na izvori, naponot ostanuva ist so naponot na eden od izvorite Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Otvorete go mestoto za baterii vo nekoj od va{ite elektronski uredi (dale~inski upravuva~, vokmen, diskmen ili drugo) i obidete se da razberete kako se vrzani nekolkute galvanski elementi za da go dadat naponot {to e potreben za napojuvawe na uredot. 2. Kolkav }e bide naponot {to }e se dobie so rzuvawe na baterii od 1,5 V, na na~ini kako {to se dadeni na slikata 9 pome u to~kite A i V. (a) A V Sl Pome u dve to~ki A i V od eden sprovodnik te~e struja. Ako bilo preneseno koli~estvo elektri~estvo Q = 3 C, a pritoa bila izvr{ena rabota od 9 J, toga{ kolkav bil naponot pome u tie dve to~ki? (b) A V Vo ovaa lekcija nau~ivte Elektri~niot potencijal (V) vo nekoja to~ka od poleto e veli~ina ednakva so rabotata {to treba da se izvr{i za prenesuvawe na edini~en pozitiven polne` od taa to~ka vo beskrajnost. Razlikata na potencijalite me u dve to~ki e ednakva na naponot (U) me u niv: U = V 1 V 2. Elektri~niot napon me u dve to~ki od poleto e ednakov na rabotata {to treba da se izvr{i za da se prenese pozitiven edini~en elektri~en polne` od ednata vo drugata to~ka. Naponot se meri so edinicata volt (oznaka V). Naponot na eden izvor ili potro{uva~ se meri so voltmetar koj se vrzuva paralelno so potro{uva~ot. Ja~inata na strujata se meri so ampermetar koj se povrzuva vo serija so potro{uva~ot. Izvorite na elektri~na struja se vrzuvaat seriski za da se zgolemi nivniot napon. Pri paralelno vrzuvawe na izvorite, naponot ne se menuva

28 1.6. ELEKTRIÊN OTPOR i SPROVODLIVOST Za da si go pretstavime otporot, ajde da trgneme od mikro i nano svetot na materijata po koja{to se dviàt elektronite vo metalnite sprovodnici. Poslednive imaat kristalna struktura, {to zna~i deka atomite se pravilno podredeni vo trodimenzionalniot prostor. Na slikata 1 e daden takviot raspored, nare~en kristalna re{etka, nacrtana vo edna ramnina (dve dimenzii) vo ~ii {to jazli se smesteni jonite od atomite. Elektronite moàt slobodno da se dviàt niz kristalnata re{etka vo site mo`ni pravci i nasoki, no nie }e go razgledame samo dvièweto vo ramnonata nacrtana slikata 1. Ako na dva sprotivni kraja od kristalnata re{etka (da re~eme na leviot i desniot kraj od slikata 1) se priklu~at polovite od eden izvor, toga{ }e dojde do naso~eno dvièwe na elektronite od negativniot kon pozitivniot pol i }e te~e struja. Se pra{uvame, od {to zavisi dvièweto na elektronite pome u leviot i desniot kraj? stolbovi {iro~ina S hala A hodnik dolìna l hala B Сл. 1. Правилно подредени атоми на метал во кристална решетка.. S A B l Сл. 3. Sli~no kako kaj ~ove~iwata niz hodnikot i eлектрони што минуваат низ парче метал со должина l и пресек S. Sl. 2. Otporot {to im go pruà hodnikot na minuva~ite zavisi od dolìnata na hodnikot (l), od {iro~inata na hodnikot (S) kako od brojot taka i od postavenosta na stolbovite. Pote{ko prooden hodnik e onoj {to pobavno se pominuva (im pruà pogolem otpor na minuva~ite). Dvièweto na elektronite, sekako, deka }e zavisi i od rasporedot na atomite vo re{etkata. За da go pojasnime ova tvrdewe }e si gi pretstavime elektronite kako mali ~ove~iwa {to se dviàt po edna ramnina (odat po pod) vo edna ista nasoka. Da si zamislime deka tie treba da preminat od halata A vo halata B po eden hodnik niz koj imalo mnogu stolbovi (kako na slikata 2). Da se zapra{ame, kolku brzo edno ~ove~e }e uspee da premine od A vo B niz hodnikot so stolbovite? Ako tie se dviàt site so nekoja prose~na brzina, toga{, vremeto na minuvawe na hodnikot }e zavisi: od dolìnata na hodnikot, t.e. podolg hodnik - podolgo vreme; od {irinata na toj hodnik, bidej}i ~ove~iwata polesno }e napreduvaat kon halata B dokolku hodnikot e po{irok i od brojot i od na~inot na koj{to se postaveni stolbovite.

29 Na sli~en na~in i kaj elektronite niz kristalnata re{etka na metalot, otporot }e zavisi od dolìnata na sprovodnikot, od napre~niot presek i od postavenosta na atomite vo kristalnata re{etka. Omov zakon za del od strujno kolo Sega od dvièweto na ~ove~iwata po dvodimenzionalniot hodnik, da se vratime vo trodimenzionalniot kristal od metalot. Sega bi trebalo da moème da go izmerime elektri~niot otpor R na sprovodnikot, za da moème da gi postavime vrskite so negovata dolìna, napre~niot presek i vidot na materijalot od koj e napraven. Opredeluvaweto na elektri~niot otporot R, preku merewe na naponot na negovite kraevi i strujata niz nego, go ovozmoùva Omoviot zakon za del od strujnoto kolo. OMOV ZAKON: Ja~inata na strujata {to te~e niz del od nekoe kolo e pravoproporcionalna so naponot na toj del (U), a obratno proporcionalna so otporot (R) : I = U R Ovaa relacija ovozmoùva da se izmeri elektri~niot otpor, ili samo otporot na dadeno telo kako koli~nik od izmereniot napon (so voltmetar) i strujata {to te~e niz koloto (so ampermetar) ОТПОР = напон струја R = U I PRIMER: Ako naponot {to sme go vklu~ile na kraevite od ìcata e 4,5 V, a strujata {to sme ja izmerile e 0,5 A, toga{, otporot }e bide: Dadeno: U= 4,5 V I = 0,5 A Re{enie: U 4,5 V R = = = 9 Ω I 0,5 A Otporot se meri so edinicata om (Ω).Otpor od eden om ima potro{uva~ (telo) niz koj te~e struja od 1 A ako na negovite kraevi se donese napon od 1 V. OMOV ZAKON ZA OTPOR Kako zavisi otporot (R) od dolìnata na metalniot sprovodnik (l)? Toa se ispituva na sledniov na~in. Se zema par~e ìca od eden poznat metal so dolìna l, i se meri negoviot otpor R, na na~in opi{an pogore. Potoa od istata ìca se se~e u{te edno par~e, dvojno podolgo i u{te edno, trojno podolgo od prvoto. Se merat nivnite otpori i se dobivaat slednite rezultati: za dvojno podolgoto par~e - dvojno pogolem otpor, a za trojno podolgoto par~e- trojno pogolem otpor (tabela 1). Kako se ispituva zavisnosta na otporot R od napre~niot presek na sprovodnikot Y? Se zemaat tri par~iwa so ednakva dolìna. Najprvo se meri otporot na samo ednata, potoa na dvete paralelno postaveni (udvoen napre~en presek). Na krajot se meri otporot na trite ìci paralelno vrzani (tri pati pogolem napre~en presek). Otporite {to pritoa se izmereni se dadeni vo tabelata 2. Tabela 1. R zavisi pravoproporcionalno od l. dolìna otpor l 2l 3l R 2R 3R R ~ l Tabela 2. R zavisi obratno proporcionalno od S. presek otpor S R 2 S R 2 3 S R 3 R ~ 1 S Tabela 3. Vrednosti za specifi~niot otpor za nekolku metali i leguri

30 Na krajot se zemaat ìci so ednakvi dolìna i napre~en presek, no od razli~en metal, pritoa e najdeno deka nivnite otpori se razlikuvaat, pa zaklu~uvame deka otporot zavisi i od materijalot, od nekoe negovo vnatre{no su{tinsko svojstvo {to e karakteristi~no samo za toj materijal. Poradi toa e vovedena konstantata na proporcionalnost koja se narekuva specifi~en elektri~en otpor, i se beleì so gr~kata bukva ρ (se ~ita ro). Supstancija (element) ρ-specifi~en mm 2 otpor ( Ω ) m bakar 0,0017 srebro 0,016 èlezo 0,130 nikelin 0,42 konstantan 0,50 Od seto pogore sleduva deka matemati~kiot izraz za zavisnosta na otporot (poznat kako Omov zakon za otpor) moè da se napi{e kako: R = ρ Na krajot da se navratime na analogijata so ~ove~iwata niz dvodimenzionalniot hodnik: dolìnata na hodnikot }e ni odgovara na dolìnata na sprovodnata ìca, {iro~inata na hodnikot }e ni odgovara na napre~niot presek na ìcata (S), brojot na stolbovite i nivniot raspored go povrzuvame so rasporedot na atomite vo kristalnata re{etka povrzan so specifi~niot otpor na materijalot. Otporot e vnatre{noto svojstvo na metalite so koe toa im se sprotistavuva na elektronite pri nivnoto naso~eno dvièwe me u jazlite na kristalnata re{etka. Kaj drugite materijali otporot e vnatre{no svojstvo karakteristi~no za niv so koe supstancijata se sprotistavuva na dvièweto na nositelite na strujata koi ne mora da se elektroni tuku koi i da bilo drugi naelektrizirani ~estici. 1 Recipro~nata vrednost od otporot se narekuva elektri~na sprovodlivost (Y): Y = R Kolku e pomal otporot {to go imaat materijalite tolku e toj posprovodliv i obratno. Bakarot ima pomal specifi~en otpor od èlezoto (vidi tabela 3), {to zna~i deka toj ima pogolema elektri~na sprovodlivost. Sprovodlivosta se meri so edinicata recipro~en om (Ω 1 ). Elektri~niot otpor (i sprovodlivosta) mnogu zavisi od temperaturata. Kaj metalite otporot se zgolemuva so porastot na temperaturata, a kaj izolatorite i polusprovodnicite otporot opa a so zgolemuvawe na temperaturata. l S PRIMER: Kolkav e elektri~niot otpor na bakarna ìca so napre~en presek 1 mm 2, i dolìna 500 m? Kolkava e negovata sprovodlivost? adeno: Re{enie: mm S = 1 mm 2 (za bakar ρ od tablicata): ρ = 0,017 2 Ω m l = 500 m l 2 R =? R = ρ mm 500 m = 0,017 Ω = 8,5 Ω S m 1 2 mm Y = = = 0,117 Ω R 8,5 Ω 20 20

31 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Spase imal namotana bakarna ìca so napre~en presek 0,5 mm 2. Sakal to~no da izmeri kolku e dolga, no nemal metro. Za sre}a imal baterija od 4,5 V i ampermetar, pa ja vrzal vo strujno kolo i izmeril struja od 1,5 A. Potoa ja presmetal dolìnata na bakarnata ìca. Kolku bila dolga ìcata? (Za vrednosta na specifi~niot otpor na bakarot Spase se posluìl so tabelata 3). 2. Opredeli go nepoznatiot otpor so pomo{ na Omoviot zakon. Napravi grafik na zavisnosta na strujata niz otpornikot od naponot na negovite kraevi. Broj na Napon merewe U [V] 1 1,5 2 3,0 3 4,5 Struja I [A] Otpor R [Ω] Otporot se presmetuva od sekoe oddelno merewe na strujata i soodvetniot napon. Od vrednostite za otporot se presmetuva srednata vrednost, Se sporeduva presmetanata vrednost so vrednosta na otporot dadena od proizvoditelot. Struja I[A] 1.5 V 1.5 V 1.5 V R=100 Ω A 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Napon U[V] Sl.4 Potrebno e: tri baterii od po 1,5 V, eden otpornik so poznat otpor, prekinuva~ i ampermetar. Od vrednostite za naponot i strujata se crta grafik, taka {to na h-oskata se nanesuva naponot (U), a na y-oskata strujata (I). Od sekoj par vrednosti za U i I se crta po edna to~ka vo koordinatniot sistem. Na krajot site tri to~ki se povrzuvaat vo prava linija, so {to se dobiva grafi~kiot prikaz na Omoviot zakon. Postapka: se vrzuvaat vo kolo edna baterija od 1,5 V, otpornikot, prekinuva~ot i ampermetarot (sl. 4). Se vklu~uva prekinuva~ot. Strujata {to te~e niz koloto se ~ita na ampermetarot. Vrednosta se zapi{uva vo tabelata. Potoa postapkata se povtoruva so dve baterii vrzani vo serija (3 V) i na krajot so tri baterii vrzani vo serija (4,5 V). Struite se zapi{uvaat vo tabelata i spored Omoviot zakon se presmetuva otporot. Georg Simon Ohm ( Georg Om germanski fizi- ~ar. Rabotel kako sredno- {kolski i univerzitetski profesor. Toj prv eksperimentalno i teoriski opredelil deka fundamentalniot odnos pome u naponot i strujata e otporot vo daden del od edno elektri~no kolo. Edinicata za otpor go nosi negovoto ime. Vo ovaa lekcija nau~ivte Ja~inata na strujata (I) {to pominuva niz nekoj del od strujno kolo e ednakva na koli~nikot od naponot (U) na kraevite od toj del i otporot U (R), ili : I =. Toa e Omov zakon. R Otporot na nekoj sprovodnik moè da se presmeta spored Omoviot zakon. Se meri vo omi (Ω). Otporot na daden sprovodnik (R) e pravoproporcionalen so negovata dolìna (l), a obratnoproporcionalen so napre~niot presek (S). Kontanta na proporcionalnosta e specifi~en elektri~en otpor (ρ). Recipro~na vrednost na otporot e sprovodlivost (Y)

32 1.7. PRIMERI NA STRUJNI KOLA Nepoznatite veli~ini vo strujnite kola mo`at da se opredelat so re{avawe na ravenki {to se postavuvaat vrz osnova na nekoi zakonitosti. Vo razgleduvaweto na elektri~nite kola, pred sè, se koristi Omoviot zakon, koj go primenivte u{te koga go izu~uvavte elektri~niot otpor. Zakonot ja dava zaemnata vrska pome u naponot (U) i strujata (I) niz eden sprovodnik so otpor (R). U = I R V R A PRIMER. Na kraevite od eden otpornik od 100 Ω bil izmeren napon od 50 V. Kolkava e strujata {to te~e niz toj otpornik? Dadeno: R = 100 Ω 50 V U = 50 V I=? I =? R = 100 Ω Re{enie: od Omoviot zakon U 50 I = = R 100 V V/A = 0,5A Neophodni za re{avaweto na elektri~nite kola se i Kirhofovite pravila. Prvioto Kirhofovo pravilo veli deka zbirot od ja~inite na struite {to vleguvaat vo edna to~ka e ednakov so zbirot na struite {to izleguvaat vo taa to~ka. Taka, vo slu~aj na razgranuvawe na strujnoto kolo od edna vo dve granki (sl.1), strujata pred razgranuvaweto vo to~kata B e ednakva so zbirot od struite vo oddelnite granki. I = I 1 I 2 A I B A A I 1 I 2 Sl.1. Strujata vo nerazgranetiot del e ednakva na zbirot na struite niz oddelnite granki R 1 R 2 Vtorioto Kirhofovo pravilo veli deka vo edno zatvoreno kolo sumata od site padovi na naponot e ednakva so zbirot na elektromotornite sili na izvorite {to se vklu- ~eni vo koloto. - E I Vo slu~aj koga eden izvor e vrzan vo kolo so dva edno po drugo vrzani otpornika (sl. 2), elektromotornata sila na izvorot }e bide ednakva so zbirot od padovite na naponite na kraevite na tie dva otpornika: E = U = U 1 U 2. R 1 R 2 U 1 U 2 Sl. 2. Elektromotornata sila na izvorot (naponot izmeren na polovite na izvorot, koga koloto e otvoreno) e ednakva na zbirot na padovite na naponite vo koloto

33 Pri re{avaweto na posloènite elektri~ni kola se odi postapno so grupirawe na otpornicite, pa potoa razre{uvawe na nepoznatite. Gustav Robert Kirchhoff Kirhof Gustav Robert ( ), germanski fizi~ar. Dolgo predaval na Univerzitetot vo Berlin. Poznatite zakoni za ja~inata na strujata, naponot i otporot kaj razgraneti kola, denes poznati kako Kirhofovi zakoni, gi postavil na 20-godi{na vozrast, kako student. Golem pridones dal vo naukata za zra~ewata i spektrite. Blagodarenie na negoviot ugled vo praktikata bil voveden Omoviot zakon koj dolgi godini ne se priznaval. PRIMER. Opredelete go padot na naponot na kraevite od otpornikot R 1 = 10 Ω koj e vrzan vo serija so R 2 = 50 Ω, ako e dadena elektromotornata sila na izvorot U = 12 V. Dadeno: E=12 V I R 1 = 10 Ω, R 2 = 50 Ω, U = 12 V U 1 =? R 1 =10 Ω R 2 =50 Ω U 1 U 2 Re{enie E = U 1 U 2 = I R 1 I R 2 = I (R 1 R 2 ) E 12 V 12 I = = = A = 0,2 A ( R1 R2 ) (10 50)V/A 60 U 1 = I R 1 = 0,2 A 10 V/A = 2 V Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Dve isti svetilki S 1 i S 2, se vrzani kako na slikata 3. Kako se vrzani svetilkite? Kakvi ja~ini na strui }e pokaàt ampermetrite A 1 i A 2 : a) razli~ni I 1 > I 2, b) razli~ni I 1 < I 2 v) ednakvi. Objasni go odgovorot. 2. Ako ampermetarot A 1 od slikata 3 pokaàl struja od 1 A kolkava struja te~e vo delot od koloto me u izvorot i to~kata S, a kolkava e strujata {to te~e me u izvorot i to~kata D? A 1 D S 1 A 2 S 2 E= 12 V C Sl.3 3. Kolkav e padot na naponot {to go pokaùva voltmetarot V 2, ako voltmetarot V 1 pokaùva 9 V? (sl.4) V 1 V 2 Sl.4. Vo ovaa lekcija nau~ivte Vo elektri~nite kola koi ne se razgraneti za opredeluvawe na ja~inata na strujata ili naponot se koristi, glavno, Omoviot zakon. Vo razgraneti strujni kola vaàt Kirhofovite pravila. Prvioto Kirhofovo pravilo zboruva za ja~inite na struite vo to~kite vo koi doa a do razgranuvawe. Toj glasi: ja~inata na strujata vo nerazgranetiot del e ednakva na zbirot od ja~inite na struite na oddelnite granki. Ako stanuva zbor za dve granki, ovoj zakon se ispi{uva: I = I 1 I 2. Vtoroto Kirhofovo pravilo zboruva za naponite vo zatvoreno strujno kolo. Vo zatvoreno strujno kolo zbirot od elektromotornite sili na izvorite e ednakov na zbirot od padovite na naponite vo koloto. Ako vo koloto postoi samo eden izvor i dva potro{uva~a (otpornika), toga{ ova pravilo glasi: E = U 1 U

34 1.8. VRZUVAWE OTPORNICI Svetilkite se povrzani paralelno, vo {to }e se uverite i samite. Svetilkite so koi se krasat elkite za Nova godina se vrzani taka {to site se napojuvaat od eden izvor. Аko pregori edna, preostanatite си пrodolùvaat da svetat. Kako li se vrzani? Вsu{nost, komponentite od koi e napraven sekoj potro{uva~ so~inuvaat nekakov zbiren otpor. Taka i elektri~nite svetilki vo doma}instvoto se napraveni od ìca od volfram, pa svetilkata moè da se smeta kako otpornik. Vo elektri~nite kola ~esto e potrebno da se vgradi to~no opredelena vrednost za otporot. Ako ne raspolagame so takov otpornik, toga{ so pomo{ na vrzuvawe vo seriski, paralelen ili kombiniran spoj moè da se dobie baranata vrednost. Vrzuvaweto }e go izu~uvame preku primeri. Da pretpostavime deka imame na raspolagawe otpornici od 100, 200 i 300 Ω. Primer za serisko vrzuvawe (сл.1): vo koloto e potrebno da se vrze otpornik so otpor od 500 Ω. Ednostavno vrzuvame po eden od 200 i od 300 Ω vo serija. 200 Ω 300 Ω 500 Ω U 2 U U 1 = Сл. 1. Слика на два сериски врзани отпорника. Sega }e dokaème deka dobro sme postapile. Od vtoroto Kirhofovo pravilo sleduva deka padot na naponot na kraevite od seriskiot spoj vrzani otpornici (U) }e bide zbir od oddelnite padovi na naponite na kraevite od otporite R 1 i R 2 U = U 1 U2 = IR1 IR2 Ako naponot U go izrazime kako proizvodot od strujata i vkupniot otpor {to bi go pretstavuval seriskiot spoj na dvata otpornika (U=IR), i go zamenime vo Vtoroto Kirhofovo pravilo, se dobiva relacijata: IR = IR 1 IR 2 Ako ravenkata se skrati so I, toga{ otpor (R) {to se dobiva kako rezultat na serisko vrzuvawe na dva ili pove}e otpori e prost zbir od tie otpori R = R 1 R

35 Setete se sega na analogijata na elektronite so ~ove~iwata {to odat vo hodnik. Toa bi bilo isto kako da treba namesto samo po edniot hodnik (R 1 ), vie gi upatuvate da prodolàt po u{te eden hodnik (R 2 ). Sekako deka vremeto za da gi izodat i dvata hodnika }e bide prost zbir od vremiwata za da se izodi sekoj hodnik posebno. Taka i elektronite. Otporot na koj naiduvaat na svojot pat niz dvata otpornika }e bide prost zbir od otporite na sekoj od otpornicite Ходник А Ходник Б Primer za paralelno vrzuvawe (sl.2): vo koloto treba da se vrze otpor od 150 Ω. Zemame dva otpornika od po 300 Ω i gi vrzuvame paralelno. Noviot otpor {to }e se dobie kako rezultat na paralelno vrzuvawe na otpornici }e moè da se presmeta na sledniov na~in: od prvoto Kirhofovo pravilo sleduva deka strujata pred razgranuvaweto e ednakva na zbirot na struite po razgranuvaweto. I 1 I U = I 150 U Сл. 2. Два паралелно врзани отпорника. I = I 1 I 2 So pomo{ na Omoviot zakon moème da gi izrazime oddelnite strui: U U U I = ; I1 = ; I 2 = R R R Koga }e se zamenat struite vo Prvoto Kirhofovo pravilo }e se dobie: U R U R 1 R 2 ili otkako }e se skrati naponot U se dobiva, 1 R 1 = R 1 1 R 2 = 1 Зaedni~kiot otpor (R), za paralelno vrzani otpornici e sekoga{ pomal od sekoj od poedine~nite otpori (R 1 i R 2 ) U ili, ottuka R 2 R1R 2 = R R 1 2

36 So zamena na poznatite otpori, }e se dobie = = = R Ottuka za zaedni~kiot otpor R, se dobiva R = 150 Ω. Ova ne be{e edinstveniot na~in za da dobieme 150 Ω. Istiot otpor moè{e da se postigne i so tri otporni~iwa od po 100 Ω (сл.3), i toa na sledniov na~in: dva otpornika se vrzuvaat paralelno, za da se dobie rezultanten otpor od 50 Ω, a potoa, na ovoj paralelen spoj vo serija mu se nadovrzuva u{te eden otpornik od 100 Ω. Ovoj rezultat }e vi stane pojasen ako povtorno se potsetite na analogijata so ~ove~iwata i hodnicite. Ako ~ove~iwata {to si odele po eden hodnik sega gi raspredelime namesto po eden da minuvaat niz dva paralelni, isti takvi hodnika {to odat do istoto mesto, toga{ nema da se sozdava turkanica i tie pobrgu }e minuvaat. Ходник А R 1 = 100 Ω R 3 = 100 Ω = R= 150 Ω R 2 = 100 Ω Ходник Б Сл. 3. Друг начин за да се добие отпорник од 150 Ω. Зa paralelniot spoj na dvata otpornika од сл.3 se dobiva: ' R1R R = = = 50 Ω R1 R2 200 Vkupniot otpor na trite otpornici }e bide: ' R = R R3 = = 150 Ω. Ova be{e ednostaven primer na kombinirano vrzuvawe na otpornici. ]e pojasnime kako se postapuva pri pokomplicirani vrzuvawa. Primer 1 za kombinirano vrzuvawe: da se opredeli zaedni~kiot otpor na 6 otpornici so dadeni otpori koi se vrzani kako na slikata: R 1 =100 Ω R 2 =100 Ω R 3 =100 Ω R 4 =300 Ω R 5 =300 Ω R 6 =200 Ω R R R 4 R R R Ovaa sloèna vraska na otpornicite go delime na tri dela. Za sekoj del moè oddelno da se presmetaat zaedni~kite podotpori R, R 4 i R, koi se me usebno vrzani seriski. Da go opredelime podotporot R : = = = ' R R1 R2 R Ottuka za R se dobiva: R =33,3 Ω. Sega da go opredelime podotporot R '' R5 R R = = = = 120 Ω : R R Na krajot, za vkupniot otpor na seriskata vrska na podotporite }e imame: ' '' R = R R R = 33, = 453,3 Ω

37 Primer 2 za kombinirano vrzuvawe: opredelete ja ja~inata na strujata {to te~e niz koloto ako se poznati site veli~ini dadeni na {emata pri : a) zatvoren prekinuva~ i b) otvoren prekinuva~ P. E=25 V R 1 P R 2 R3 U 2 R4 U 1 U 3 Dadeno: R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 100 Ω E =25 V I =? Решение: а) Pri zatvoren prekinuva~ }e bide: ' R2R3 R = R R = = 50 Ω ' = R1 R4 R = = 250 Ω R Strujata pred razgranuvaweto }e bide E 25 V I = = = 0,1A R 250 V/A б) Пri otvoren prekinuva~ }e bide: R = R 1 R 3 R 4 = = 300 Ω E 25 V I = = = 0,083 A R 300 V/A Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Kolkav }e bide vkupniot otpor dokolku vrzeme vo serija dva otpornika od po 100 Ω, eden od 200 Ω i tri od 300 Ω? Sl Ω 100 Ω 200 Ω 500 Ω 2. Kolkav otpornik mo`e da gi zameni ~etirite otpornici vrzani kako na slikata 4? 3. Vrzete ~etiri otpornici od po 1 Ω na site mo`ni na~ini i presmetajte go zaedni~kiot otpor za sekoja {ema. 4. Najdete gi nepoznatite otpori od slikata 5 ako e poznat vkupniot otpor? 200 Ω 200 Ω? = 620 Ω 300 Ω 200 Ω = 450 Ω? 500 Ω Sl Ω? 300 Ω? = 200 Ω = 350 Ω Vo ovaa lekcija nau~ivte Otpornicite (potro{uva~ite) mo`e da se vrzuvaat seriski ili paralelno. Pri seriskoto vrzuvawe na otpornicite, vkupniot otpor na vrskata e ednakov na zbirot od oddelnite otpori na seriski vrzanite potro{uva~i ili: R = R 1 R 3 R 4... So paralelno povrzuvawe na otpornicite sekoga{ se dobiva otpor koj e pomal od otporot na koj i da bilo otpornik povrzan vo paralelnata vrska. Recipro~nata vrednost na otporot na celata paralelna vrska e ednakva na zbirot od recipro~nite vrednosti na oddelnite otpornici koi se povrzani paralelno, ili =... R R1 R2 R3 R1R2 Вкупниот отпор на 2 paralelno vrzani otpornika е R =. R R

38 1. 9. ELEKTRIÊN KAPACITET Koga sakate da fotografirate so digitalen fotoaparat vo zatvoren prostor, ~ekate crvenoto svetlence da se ugasne, za da moète da ~krapnete i da slikate. Gasneweto na crvenoto svetlence ni kaùva deka na kondenzatorot se ima natrupano dovolno koli~estvo elektri~estvo, pa koga }e ~krapneme, niz blicot }e pote~e silna kratkotrajna struja. Toa }e predizvika svetewe na blicot koe za moment }e go osvetli prostorot {to go slikame. Eksperiment 1 Ako na edno telo mu se donese koli~estvo elektri~estvo (Q), toga{ negoviot napon vo odnos na zemjata (U) }e porasne. So donesuvawe novo, isto tolkavo koli~estvo elektri~estvo na naelektriziranoto telo, potencijalot povtorno }e mu se zgolemi (slika 1). Zabeleàno bilo deka odnosot na koli~estvoto elektri~estvo i naponot vo odnos na Zemjata sekoga{ ostanuva konstanten. Taa konstanta, karakteristi~na za teloto, se narekuva elektri~en kapacitet (S) ili samo kapacitet. кол. електричество капацитет = напон Q 2Q Q C = U Elektri~niot kapacitet (S) e ednakov na koli~estvoto elektri~estvo (Q) {to treba da mu se donese na edno telo za da negoviot napon vo odnos na Zemjata (U) se zgolemi za eden volt (1V). Kapacitetot na edno telo e eden farad ako so donesuvawe koli~estvo elektri- ~estvo od eden kulon potencijalot na teloto bi se zgolemil za eden volt. 1 F = 1C 1V Elektri~niot kapacitet na edno telo e svojstvo na teloto. Toj zavisi od dimenziite na teloto, negovata forma, kako i od toa kakvi tela se nao aat vo blizina na toa telo. Od {to zavisi kapacitetot na eden sprovodnik? Sl.1. Otklonot na elektrometarot se zgolemuva za ednakvi golemini so sekoe donesuvawe novo ednakvo po golemina koli~estvo elektri~estvo (Q). Kapacitetot od eden farad e kapacitet so ogromna golemina, pa zatoa vo elektrotehnikata i elektronikata naj~esto se vo upotreba pomalite edinici. Oznaka i ime 1 μf (mikrofarad) 1 nf (nanofarad) 1 pf (pikofarad) Vrska so osnovnata edinica 1 F = μf 1 F = nf 1 F = pf

39 Eksperiment 2 Neka glavata na dva elektrometra se zameni so metalni plo~i so razli~na plo{tina, ednata pomala (S 1 ), a drugata pogolema (S 2 ). Potoa se donesuva isto koli~estvo elektri~estvo na sledniov na~in: so probalka se prenesuva ist broj pati od eden od polovite na naelektrizirana influentna ma{ina. Bidej}i na dvata elektrometra bilo doneseno pribli`no isto koli~estvo elektri~estvo (Q), toga{ razli~niot napon edinstveno se dolì na razli~niot elektri~en kapacitet na metalnite plo~i. Ako od eksperimentot 1 vidovme deka kapacitetot e obratno proporcionalen so naponot (U), a sega zabeleùvame deka naponot na plo~ata e obratno proporcionalen so plo{tinata (S), toga{ zaklu~uvame deka kapacitetot e pravoproporcionalen so plo{tinata na plo~ata. zazemjuvawe _ S 1 S 2 _ zazemjuvawe Sl.2. So elektrometarot se meri naponot vo odnos na Zemjata, velime naponot. Se zabeleùva deka elektrometarot so pomalata plo~a pokaàl pogolem otklon dodeka onoj so pogolemata, pomal. Kapacitetot zavisi od plo{tinata. Zna~i, kapacitetot e pravoproporcionalen so plo{tinata na plo~ata. C ~ S. Na sli~en na~in moè da se pokaè deka kapacitetot na edno telo zavisi kako od negovite dimenzii taka i od negovata forma. No, poinakva e situacijata ako sprovodnoto telo se najde vo neposredna blizina na drugo telo. Eksperiment 3 Sledniot eksperiment zapo~nuva so toa {to kon naelektriziranata plo~a od elektrometarot }e se pribliì ista takva metalna plo~a. _ d _ 1 _ d 2 _ Sl.3. Zavisnost na kapacitetot od rastojanieto pome u plo~ite. Otklonot na elektroskopot se namalil so pribliùvawe na novata plo~a. Kaj vtorava plo~a nabrgu }e se razdelat pozitivnoto i negativnoto koli~estvo elektri~estvo pod dejstvo na influencija, pa ako e zazemjena, taa }e se naelektrizira pozitivno. Od slikata 3 moè da se zabeleì deka otklonot na elektroskopot se namalil so pribliùvawe na novata plo~a. Otklonot }e pa a ako rastojanieto pome u plo~ite (d) se namaluva. [to moè da se zaklu~i? Sleduva deka, ako naponot se namalil so namaluvawe na rastojanieto, toga{ kapacitetot porasnal

40 Zaklu~uvame deka kapacitetot e obratno proporcionalen so rastojanieto pome u dvata sprovodnika. C ~ 1 d Eksperiment 4 I kone~no, pome u plo~ite bila vmetnata izolatorska plo~a. Na slikata 4 moè da se vidi deka otklonot na elektroskopot u{te pove}e se namalil. Toa zna~i deka kapacitetot porasnal poradi razdeluvaweto na metalnite plo~i so podobar izolator otkolku {to e vozduhot. So ova samite dojdovte do zaklu~okot deka kapacitetot zavisi od plo{tinata i od me usebnoto rastojanie na plo~ite, no i od izloatorskiot sloj pome u niv. S C ~ d Istovremeno, samite dojdovte i do principite na konstrukcijata na kondenzatorot. Dva bliski sprovodnika, pome u koi se nao a izolator, obrazuvaat naprava {to moè da natrupuva (kondenzira) vo sebe pogolemi koli~estva elektri~estvo i e nare~ena kondenzator (sl 5). Na sl. 6 se prikaàni narazli~ni oblici na kondenzatori. _ Sl. 4. Zavisnost na kapacitetot od izolatorot pome u plo~ite. aluminium _ izolator Gradba na blok-kondenzator. Sl.5. Sl. 6. Razli~ni oblici na kondenzatori. kondenzator promenliv kondenzator elektrolit kondenzator [ematski oznaki za kondenzatori Vo ovaa lekcija nau~ivte Elektri~niot kapacitet e svojstvo na dadeno telo koe se opredeluva so koli~estvoto elektri~estvo {to treba da mu se donese na teloto za negoviot napon vo odnos na Zemjata da se zgolemi za eden volt. Se presmetuava so realacijata: C= Q/U. Kapacitetot se meri so edinicata farad (F). Farad e mnogu golema edinica. Obi~no se koristat pomali edinici mf, μf, nf i dr. Elektri~niot kapacitet na edno osameno telo zavisi od negovata forma i najmnogu od negovite dimenzii. Dve sprovodni~ki tela so izolator me u niv gradat kondenzator koj sluì za skladirawe na polneì

41 VRZUVAWE KONDENZATORI Kondenzatorite mo`at me usebno da se vrzuvaat i kombiniraat za da se dobie sakaniot kapacitet vo nekoja elektronska {ema. Postojat dva na~ina na vrzuvawe, i toa: seriski (vo red) i paralelno. Pritoa, vkupniot kapacitet se presmetuva vo zavisnost od vrzuvaweto. Pri seriski vrzani 2 kondenzatora, so kapaciteti (C 1 i C 2 ) vkupniot kapacitet (C) se dobiva od: 1 C 1 = C 1 1 C Kapacitetot na vrskata sekoga{ e pomal od kapacitetot na koj i da bilo kondenzator koj e seriski vrzan. 2 C 1 C 2 C Sl. 1. Dva kondenzatora vrzani vo serija. = Pri paralelno vrzani 2 kondenzatora, so kapaciteti (C 1 i C 2 ) za vkupniot kapacitet (C) va`i: C= C 1 C 2 C 1 C 2 = C Pri paralelno vrzuvawe kapacitetot na vrskata e sekoga{ pogolem od kapacitetot na koj i da bilo kondenzator {to ja pravi paralelnata vrska. Sl. 2. Dva kondenzatora vrzani paralelno. PRIMER. Da se presmeta vkupniot kapacitet na 4 kondenzatori, sekoj so kapacitet od po 100 μf, povrzani vo spoj kako na slikata. Dadeno: C 3 S 1 = S 2 = S 3 = S 4 = 100 μf C 1 C 2 C=? S=? = Re{enie Najprvo }e go opredelime zaedni~kiot kapacitet na dvata paralelno vrzani kondenzatora C. C 4 C = C 3 C 4 = 100 μf 100μF = 200 μf C I kone~no, vkupniot kapacitet }e go presmetame kako kondenzatorite C 1, C 2 i C da se vrzani seriski = = = = C C ' 1 C2 C μf Vkupniot kapacitet na ~etirite kondenzatori od po 100 μf iznesuva S = 40 μf

42 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Opredelete go vkupniot kapacitet na dva paralelno vrzani kondenzatora od po 200 nf vrzani vo serija so tri paralelno vrzani kondenzatori od po 150 nf? 2. Kapacitetot od 400 nf izrazete go vo mikrofaradi (μf). 3. Samite napravete kondenzator od aluminiumska folija i od najlon }esa. Ise~ete dve lenti~ki od aluminiumot i dve od najlonot, i naredete gi a) naizmeni~no (aluminium, najlon, aluminium, najlon). Samo napravete najlonot da bide so malku pogolemi dimenzii od aluminiumot. Pred da po~nete da zavitkuvate, do dvete oddelni aluminiumski lenti stavete po edna izolirana bakarna ì~ka na koja }e i ja b) simnete izolacijata samo na mestoto kade {to se dopira do aluminiumskite plo~i. Zavitkajte gi vo rolni~ka. Zalepete ja so izolir lenta. Moète da ja zape~atite i so kapewe na vosok od sve}a. Toa e va{iot kondenzator. Sl.3 Ako vo u~ili{teto nemate univerzalen instrument koj moè da meri i elektri~en kapacitet, toga{ odnesete go vo najbliskiot du}an za elektronski komponenti i zamolete da vi go izmerat kapacitetot. 4. Kako se povrzani kondenzatorite na slikata 3. Odgovorete i obrazloète go odgovorot. Vo ovaa lekcija nau~ivte Kondenzatorite moàt da bidat vrzani seriski ili paralelno. Pri serisko vrzuvawe so vrskata se dobiva pomal kapacitet od kapacitetot na koj i da bilo kondenzator {to se nao a vo taa seriska vrska. Ako dva kondenzatora so kapaciteti C 1 i C 2 se vrzani seriski, kapacitetot na vrskata S e daden so relacijata = C C1 C2 Pri paralelno vrzuvawe na kondenzatorite kapacitetot na vrskata e pogolem od kapacitetot na koj i da bilo kondenzator {to e paralelno vrzan. Ako kapacitetot na dva kondenzatora parelno vrzani se C 1 i C 2 kapacitetot na celata vrska C e daden so C= C 1 C

43 1.11. RABOTA I MO]NOST NA STRUJATA Elektri~nata struja stignuva do na{ite domovi preku gradskata mreà. Nie po potreba vklu~uvame aparati i uredi koi moàt nea da ja pretvoraat vo korisna energija. Taka, mikserot ja pretvora elektri~nata energija vo mehani~ka, svetilkata vo svetlinska, DVD pleerot ja pretvora vo zvuk i slika itn. Definicijata za elektri~en napon, {to be{e dadena porano, kaùva{e deka naponot se meri so izvr{enata rabota za prenesuvawe na edini~no pozitivno koli~estvo elektri~estvo od edna vo druga to~ka od elektri~noto pole. I pri te~eweto struja doa a do dvièwe na elektri~nite polneì, {to zna~i i toga{ se vr{i rabota. Ako polneòt {to se prenesuva e Q, toga{ izvr{enata rabora A e dadena so relacijata A = QU Od druga strana, pak, znaeme deka ja~inata na elektri~nata struja e dadena kako koli~estvo elektri~estvo (Q) {to minuva niz daden sprovodnik vo edinica vreme (t) Q I = t ili Q = I t toga{ so zamena na Q, za rabotata se dobiva: A = U I t rabota = ( napon) (struja) (vreme) Edinica za elektri~nata rabota, isto kako i za mehani~kata rabota i za energijata e eden xul (1 J). Energijata na elektri~nata struja se poka- ùva sekojdnevno preku sposobnosta da ja vrti ma{inata za perewe, da ja zagree rernata, da ja osvetluva prostorijata i drugo. Sposobnosta na elektri~nata struja da vr{i rabota se vika elektri~na energija. Elektri~nata mo}nost (P) e ednakva na rabotata {to moè da ja izvr{i elektri~nata struja vo edinica vreme. Ako vo formulata za rabota (A=U I t) ja podelime so vremeto (t) toga{ za mo}nosta dobivame P A t U I t = t =. Ako se skrati vremeto t, se dobiva P = U I. Edinicata za elektri~nata mo}nost e ista kako i za mehani~kata mo}nost, t.e. eden vat (1 W). Spored definicijata za elektri~nata mo}nost, 1 vat = (volt) (amper) 1 W = 1 V 1 A PRIMER: Eden elektromotor e priklu~en na izvor na napon U=220 V. Ja~inata na strujata {to te~e niz nego e I = 2 A. Kolkava rabota toj }e izvr{i za 6 minuti Dadeno: Re{enie: U = 220 V A =I U t = I = 2 A = 220 V 2 A 360 s = T = 6 min = 360 s = J = A =? = 158,400 kj

44 Vo praktikata edinicata 1 W e mnogu mala, pa zatoa naj~esto se koristat pogolemite. Naziv i oznaka 1 kw (kilovat) 1 MW (megavat) 1 GW (gigavat) Vrska so osnovnata 1 kw= W 1 MW= W 1 GW= W Edinicata za elektri~na energija e istata kako i za rabota, t.e. eden xul (1 J). Ovaa edinica moè da se nare~e i vatsekunda (Ws). 1 J = 1W 1s = 1 vatsekunda (1 Ws). Ako mo}nosta se izrazi vo kilovati (kw), a vremeto vo ~asovi (h), toga{ se dobiva elektri~nata energija vo edinici pogodni za prakti~na upotreba, kilovat~asovi (kwh) 1 kwh = 1 kw 1 h = 1000 W 3600 s = = J = 3,6 MJ. Sl. 1. Elektri~no broilo (popularno nare~eno strujomer) koe pokaùva deka se potro{eni 2943,1 kilovat-~asovi. Instrumentot za merewe na elektri~nata energija vo doma}instvata i vo industrijatra se vika elektri~no broilo. Na nego ima brojnik za ~itawe na potro{enata elektri~na energija. Na sekoj ured od doma}instvoto e zapi{ana negovata mo}nost, koja ozna~uva kolku elektri~na energija konsumira za edna sekunda rabotewe. Ako elektri~nata struja minuva niz sprovodnik, toga{ vaì Omoviot zakon U=I R. Toga{ ednata od dvete veli~ini (ili U ili I) moè da se izrazi i zameni vo relacijata za mo}nost. Na toj na~i moè da se dobijat tri razli~ni oblici na relacijata za mo}nost. PRIMER. Kolkava e mo}nosta na eden ventilator za kujna, ako niz nego te~e struja so P = I U P = I U U ja~ina 0,5 A, a raboti na napon od gradska P =I U I = mreà (U = 220 V). R U P = R 2 U = I R P = R I 2 Dadeno: I = 0,5 A U = 220 V, P =? Re{enie: P = U I P = 0.5 A 220 V P = 110 W Топлинско дејство на електричната струја Ako edna ìca so pogolem otpor se potopi vo voda, i niz nea se pu{ti da te~e struja, toga{ toplinata {to }e ja osloboduva }e se predava na vodata (sl.2). Taka vodata postepeno }e se zagreva. Na ovoj na~in celata elektri~na energija (A) {to minuva niz sprovodnikot se pretvora vo toplina (W). Ova e principot na rabota na elektri~nite greja~i za topla voda (sl. 3) i bojlerite (sl. 4). A = W 34 34

45 12 V Sl.2. Vaka raboti elektri~niot bojler. Ako pojdeme od relacijata za rabotata A=P t, i za mo}nosta (P) se zameni ednata od mo`nite varijanti 2 U 2 P = U I = za oslobodenata toplina od sprovodnikot se dobiva: W = I 2 R t. Koli~estvoto toplina {to se osloboduva od sekoj sprovodnik (W), koga niz nego te~e struja (I), e proporcionala so kvadratot od strujata, otporot na sprovodnikot (R) i vremeto (t) na protekuvawe na strujata niz nego. R = I R Сл. 3. Електричен грејач за топла вода. Сл.4. Електричен бојлер. Ako strujata ili otporot se izrazat od Omoviot zakon (U=IR), toga{ oslobodenata toplina moàt da se presmeta i spored: W = P t W U I t 2 U = W = t R Osven kaj grejnite uredi, топлинското дејство на електричната струја na{lо primena i kaj osiguruva~ite koi se nameneti da obezbeduvaat potro{uva~i od kusi spoevi (koga }e se spojat nakratko polovite od eden izvor) ili strujni udari (kratkotrajni protoci na mnogu jaka struja). Takanare~enite toplivi osiguruva~ite se napraveni od tenka ì~ka so golem otpor, koja se vrzuva vo serija so strujnoto kolo. Dvata kraja na ì~kata se vrzani so metalni kontakti (kapa- ~iwa) za staklenoto ku}i{te, kako na slikata 4. Vnatre{nosta moè da bide ispolneta i so kvarcen pesok koj ja odveduva toplinata {to se osloboduva koga }e prote~e jaka struja. metalno kap~e bakarna ìca stakleno ku}i{te kvarcen pesok Sl. 4а. Gradba na osiguruva~ (topliv). Principot na rabota na vakviot osiguruva~ot e sledniov: vo slu~aj na protekuvawe na pojaka struja, niz ì~kata }e se oslobodi golemo koli~estvo toplina {to }e ja zagree ì~kata do topewe i }e go prekine koloto. Sl. 4б. Оsiguruva~ za instrumenti i tehnika. [tom ì~kata }e se stopi, }e nastane prekin na strujnoto kolo. Toplinskoto dejstvo na strujata moè da bide {tetna pojava. Strujata gi zagreva navivkite od sprovodnite ìci i so toa doa a do zagubi na korisnata energija

46 Poradi toplinskoto dejstvo moè da dojde do pregrevawe, o{tetuvawe i pregoruvawe. PRIMER 1. Mo}nosta na eden televiziski aparat e 120 W. Koj osiguruva~ e pogoden da se upotrebi ako na raspolagawe imate osiguruva~i od 0,5 A, 1 A, i od 3 A. Osiguruva~ot se odbira takov {to negovata nominalna vrednost za strujata (onaa na koja toj pregoruva) e bliska, no pogolema od strujata na negoviot normalen reìm na rabota. Dadeno: P=120 W P 120 W U=220V, I=? Re{enie: I = = = 0.55 A Odgovor: 1A I 220 V PRIMER 2. Kate koristela specijalen elektri~en greja~ {to moè da zagreva voda vo {olja od 0,2 litri (sli~en na onoj od slikata 1) za da prigotvi ~aj. Vodata e na sobna temperatura (20 0 S) i treba da se zagre do to~kata na vriewe (100 0 S), vedna{ da se isklu~i greja~ot i da se stavi vre}i~kata ~aj. Kolku }e ~ini elektri~nata energija {to Kate ja tro{i za eden mesec samo za prigotvuvawe ~aj, pod pretpostaka deka pie dva ~aja dnevno? Specifi~niot toplinski kapacitet na vodata iznesuva 4200 J/kg K, a cenata za eden kilovat~as neka iznesuva 1,4 denari. Dadeno: Vkupniot volumen na vodata za eden mesec: ,2 L= 12 L=0,012 m 3 Masata na vodata: m = ρ V= =0,012 m kg/m 3 = = 12 kg. Re{enie: Za da se zagreat 12 kg voda od 20 0 S na S (za 80 0 S) }e bide potrebna toplinata W = 4200 J/kg K 12 kg 80 K = J = 4,032 MJ Ako cenata za eden kilovat~as elektri~na energija iznesuva 1,4 denari, toga{ 1kWh = 1000 W 3600 s = J = 3,6 MJ ~inat 1,4 denari. Toga{ cenata za 1 MJ elektri~na energija }e bide 0,39 denari/mj. Kone~no, potro{enite 4,032 MJ za eden mesec varewe ~aj, Kate }e ja ~inat: 4,032 MJ 0,39 den/mj = 1,57 denari. Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Na akumulator od 12 V e priklu~eno elektri~no kolo so otpor od 2 Ω. Kolku elektri~na energija }e se potro{i od akumulatorot za vreme od 10 minuti. (Odgvor: A = 43,2 kj) 2. Eden den semejstvoto Petrovski gi koristelo dolunavedenite uredi vo doma}instvoto. Mo}nosta i vremeto na koristewe na sekoj od uredite vo ~asovi e dadeno vo tabelata (òlto). Presmetajte kolku }e go ~ini semejstvoto potro{enata elektri~na energija toj den, ako se znae deka cenata na eden kilovat~as ~ini 1,4 denari po kwh? Svetilka Televizor Dup~alka Termo-pe~ka Pegla 60 W (5 h) 120 W (3 h) 600 W (0.25 h) 4000 W (2 h) 1200 W (0.5 h) 0,3 kwh 0.36 kwh 0,15 kwh 8 kwh 0.6 kwh Vo ovaa lekcija nau~ivte Elektri~nata struja vr{i rabota A dadena so: A = I U t. Sposobnosta na elektri~nata struja da vr{i rabota e elektri~na energija. Taa i rabotata se merat so edinicata xul (J). Mo}nost na elektri~nata struja e izvr{enata tabota vo edinica vreme. Taa se meri vo vati (W). Mo}nosta se iskaùva so relaciite P = I U. Potro{enata elektri~na energija se meri so elektri~ni broila. Koga te~e struja niz sprovodnik so golem otpor toga{ doa a do negovo zagrevawe.oslobodenoto koli~estvo toplina (W) se opredeluva spored relacijata : W = I 2 R t. Toplinskoto dejstvo na elektri~nata struja e iskoristeno i kaj осигурувачите

47 FIZIKTA I DRUGITE NAUKI -BIOLOGIJA (Samo za onie {to sakaat da nau~at pove}e) Struite te~at nasekade okolu nas, no te~at i vo nas. Zapoznavaj}i gi zakonite za elektri~nite pojavi podobro }e ja zapoznaeme i sopstvenata priroda, za{to elektri~nite pojavi igraat va`na uloga vo funkcioniraweto na ~ovekoviot organizam. Poimite struja, potencijal, otpor ili sprovodlivost se koristat za objasnuvawe na niza biolo{ki procesi vo ìviot svet. dendriti Elektri~na struja niz ~ovekovoto telo Informaciite niz organizmite se prenesuvaat so nervni impulsi koi pretstavuvaat kratkovremeni pojavi na te~ewe na struja niz nervnite kletki. Strujnite impulsi im davaat naredbi na organite da izvr{uvaat odredeni funkcii, a patuvaat niz nervnite kletki. Edna nervna kletka (nevron) se sostoi od telo na kletkata vo koja e smesteno i kletkinoto jadro i na koja se rasporedeni grankite (dendriti), aksonot (nervnoto vlakno) i zavr{etok so sinapsi ( sl.1). Taka, na primer, ako rakata ja stavime vo vrela voda, vo teloto na nervnite kletki }e se sozdade razlika vo potencijalot pome u teloto i zavr{etokot na nervnata kletka. Poradi razlikata vo potencijalot, niz aksonot potekuva struja od joni od elektrolitite vo ~ove~koto telo (natriumovi, kaliumovi i drugi joni). Aksonot e sli~en na izolirano kabel~e. Izolacija e, vsu{snost, mielinskata obvivka. Koga jonite }e stignat na drugiot kraj, tie gi stimuliraat muskulite da se zgr~at. Taka muskulite }e ja pridviàt rakata za da se otstrani od vrelata voda. Edna nervna kletka ja predava informacijata na druga nervna kletka preku sinapsite koi se priklu~oci na dendritite od edna kletka i zavr{etocite na aksonot od druga nervna kletka. Vakvata vrska mnogu prilega na utika~i i {tekeri. jadro telo аксон миелинска обвивка завршеток и синапси Sl. 1. Nervnata kletka (nevron) se sostoi od jadro, telo, vlakno i zavr{etok. aksoni sinapsi sinapsi zavr{. dendriti sinapsi zavr{et. Sl. 2. Sinapsa e kontakt na nervnite zavr{etoci od edna nervna kletka so dendritite od teloto na druga nervna kletka. Aksonite na nervnite kletki moàt da imaat razli~na dolìna koja vo slu~ajot na nervite, koi{to po~nuvaat vo rbetniot stolb a zavr{uvaat vo nozete, moè da bidat i podolgi od 1 m. Napre~niot presek im e okolu 0,01 mm. Elektri~nite

48 svojstva na aksonot mnogu se razlikuvaat od onie kaj metalnite sprovodnici kaj koi nositeli na sprovodlivosta se elektronite. Ako signalite vo metalite patuvaat so brzina bliska do brzinata na svetlina km/s), impulsite niz aksonot niz telesnite elektroliti poradi jonskata sprovodlivost patuvaat so nesrazmerno pomali brzini (okolu 50 m/s). Potencijalite na kraevite od edna nervna kletka se desetina milivolti. Merewe na nervnite impulsi vo medicinata Bidej}i ne e vozmo`no impulsite da se merat direktno na nevronite, vo medicinskata dijagnostika se pokaàla potreba za nivno merewe odnadvor, t.e. na povr{inata na koàta od ~ove~koto telo. Зa da se izmerat slabite signali, mora prethodno da se zasilat so specijalna sovremena aparatura. Elektrokardiografija (EKG) EKG e metod za merewe i zapi{uvawe na signalite koi poteknuvaat od srcevata aktivnost. Nekolku elektrodi se prikrepuvaat na nekolku razli- ~ni to~ki od koàta. Grafi~ki se prikaùva kako se menuva elektri~niot potencijal so tekot na vremeto. Od ovie grafici, nare~eni elektrokardiogrami, doktorite zaklu~uvaat za pravilnosta na srceviot ritam i otkrivaat srcevi zaboluvawa. Elektroencefalografija (EEG) Kaj metodot EEG, elektrodite se doveduvaat vo kontakt so razli~ni to~ki od glavata. Se zapi{uvaat slabite promeni vo potencijalite so tekot na vremeto koi{to nosat informacii za funkcioniraweto na mozokot. Otstapuvaweto od normalnite promeni na potencijalite moè da ukaùva na zaboluvawa kako {to se epilepsijata i drugi anomalii predizvikani od tumori vo mozokot i dr

49 1.12. STRUJA NIZ TE^NOSTI I GASOVI Struja niz te~nosti voda 1, 5 V Sl. 1. Niz destiliranata voda ne te~e struja. Svetilkata ne sveti. NaCl - sol оцет Na Cl - Sl. 2 Molekulot na NaCl ima dipolna priroda. Еdnata strana na molekulot NaCl e popozitivna, a drugata ponegativna. Molekulite na vodata go pomagaat negovoto razgraduvawe (disocijacija) Електролити Eksperiment 1 Sli~no kako tvrdite tela i te~nostite moàt da bidat izolatori ili sprovodnici na elektri~nata struja. Naj~esto ~istite te~nosti se mnogu dobri izolatori. Deka ~istata destilirana voda ne sproveduva struja }e se ubedime so eksperimentot od slikata 1. A) Најпрво ја спојуваме светилката директно за батеријата за да видиме дали ќе засвети. B) Potoa, vo staklen sad poln so ~ista destilirana voda delumno potopuvame dve plo~ki od bakar ili ednostavno sogoleni bakarni ìci. Se povrzuvaat vo strujno kolo so baterija. Se gleda deka svetilkata ne sveti. Zna~i, ~istata destilirana voda ne sproveduva struja. V) Koga }e ја posolime vodata so malku gotvarska sol, svetilkata }e zasveti. Zna~i, rastvorot na gotvarskata sol e sprovodnik на elektri~nata struja. Ako ovaa postapka ja povtorime so toa {to namesto sol vo sadot }e stavime malku ocet (rastvor od ocetna kiselina) svetilkata }e sveti. Moè da se zaklu~i deka rastvorite na solite, kiselinite i bazite na nekoi supstancii se sprovodnici na elektri~nata struja. Vodenite rastvori na kiselinite, bazite i solite se vikaat elektroliti. На кој начин електролитите ја спроведуваат струјата? На сликата 2 се гледа дека молекулите на водата (обоени сино) се однесуваат како диполи (од едниот крај се попозитивни, а од другиот понегативни). Кога ќе се најдат во близина на молекулот на NaCl тие го помагаат неговото разградување на јони од Na и Cl -. Овој процес се вика електрoлитна дисоцијација. Процесот се случува независно од тоа дали раствоrот е врзан за батерија или не е, и може да се опише со: NaCl Na Cl

50 катода анода Сл. 3. Pozitivnite joni se dviàt kon katodata i se vikaat katjoni, a negativnite kon anodata i se vikaat anjoni. Poradi disocijacijata vo elektrolitite postojat joni. Koga }e se najdat pome u dve metalni elektrodi povrzani so baterija (sl. 3), jonite }e zapo~nat da se dviàt. Pritoa, pozitivnite kon negativnata elektroda, koja se vika katoda, a negativnite kon pozitivnata - anoda. Taka strujata te~e niz te~nosta. Dodeka kaj tvrdite tela nositeli na strujata se elektronite, kaj elektrolitite toa se jonite. Sprovodlivosta na elektri~nata struja kaj elektrolitite e jonska. Електролиза Pozlaten medal Кога спротивните јони од сликата 3 ќе ги достигнат електродите тие ќе се неутрализираат. Така, на електродите анода и катода се издвојуваат различни супстанции. На пример, ако во растворот од сликата 1 наместо сол (NaCl) ставиме малку син камен (CuSO 4 ), тогаш ќе настане дисоцијација: CuSO 4 Cu SO Ако бакарните прачки од сликата 3 сега се приклучат на една батерија, тогаш на негативната електрода (катодата) ќе се издвои чист бакар. Значи дека атомите од металот од едно место можат да се наталожат на друго место. Оттука и примената на електролизата. Можно е метални површини да се обложуваат со тенки слоеви од метали што не кородираат, па така да се прави антикорозивна заштита. Со помош на електролиза може да се прави пониклување (обложување со тенок слој никел), хромирање (слој од хром), позлатување ili посребрување. Struja niz gasovi Sl Sl. 4. Atmosfersko praznewe.negativno naelektriziran oblak se prazni niz gromobranot. Dolgi godini se mislelo deka koga grmi i seva, toga{ BOGOVITE go isturaat svojot gnev. No, mitot go sru{il Benxamin Franklin koj pokaàl deka molwata e vsu{nost prirodna pojava pri koja doa a do elektri~ni praznewa niz atmosferata. Pri normalni uslovi suviot vozduh e lo{ sprovodnik na elektri~nata struja. Sli~no se odnesuvaat i drugite gasovi. Ова може да се види ако еден наелектризиран електроскоп се остави, тој долго време ќе остане наелектризиран. Тоа е затоа што помеѓу неговата глава и неговото тело има воздух којшто е добар изолатор. Состојбата ќе се промени ако близу електроскопот се донесе пламен од запалена свeќа (сл. 5)

51 Sl. 5. Elektroskopot dolgo vreme stoi naelektriziran. Koga }e se donese plamen od sve}a, nabrgu doa a do razelektrizirawe. Што е тоа што предизвикало празнење на електроскопот? Одговорот лежи во тоа што поради високата температура од пламенот на свеќата, атомите на воздухот испуштаат електрони и стануват позитивни јони. Оваа појава се нарекува јонизација на гасот. Zaklu~uvame deka do praznewe na elektroskopot doa a poradi dvièwe na jonite i elektronite pome u glavata na elektroskopot i negovoto telo. Ova dvièwe go smetame za struja. Значи, носители на струјата кај гасовите се јоните и електроните. Moè da se zabeleì dеka ako sve}ata, koja e izvor na joni vo vozduhot, se oddale~i, toga{ elektroskopot ne se prazni. Prazneweto niz gasovite koe nastanuva samo dodeka postoi nadvore{en izvor na joni se narekuva nesamostojno praznewe. Jonizacija i prazneweto niz gasovite moàt da se predizvikaat i so ultravioletovi, rendgenski ili radioaktivnite zraci. Samostojno praznewe Za da dojde do praznewe (te~ewe na struja niz gasot), potrebno e pome u glavata i teloto na elektroskopot da ima napon. Namesto elektroskop sega da zememe dve elektrodi (katoda i anoda) povrzani na napon. Ako pome u katodata (K) i anodata (A) naponot e nizok, toga{ za da dojde do praznewe potreben e nadvore{en izvor na jonizacija (sve}a), pa zatoa vakvoto praznewe i go vikame nesamostojno. No ako naponot pome u K i A se zgolemi, toga{ elektronite {to se sozdavaat od jonizacijata na gasot dobivaat golemi energii. Koga nosat golema energija, toga{ tie dvièj}i se na patot kon anodata (sl. 6) }e se sudiraat so neutralni atomi i }e im izbivaat elektroni (takanare~eni sekundarni elektroni) t.e. gi joniziraat. Sekundarnite elektroni се zabrzuvaat i sozdavaat novi sekundarni elektroni i joni. Ovoj proces e poznat kako sudirna jonizacija. Ako тe~eweto strуja niz gasot prodolùva i po otstarnuvawe na nadvore{niot jonizator, toga{ prazneweto se vika samostojno. Молњата е пример за самостојно празнење во природата K Sl. 6. Samostojno praznewe. Jonite i elektronite se razmnoùvaat со ефект на лавина i go poddrùvaat te~eweto na strujata niz gasot. Zatoa jonizatorot (UVlambata, H-zracite) подоцна станува непотребен. Razmnoùvawe na joni i elektroni nastanuva so sudirna jonizacija. Skopje, no}e Примена на празнењето низ гасовите: халогените (неонските) светилки се поекономични од обичните. А

52 Состојба на плазма Плазмата е состојба кога атомите од кои е составен гасот се во јонизирана состојба. Плазмата може да се состои од електрони и јони (целосно јонизиран гас) а може да содржи и неутрални атоми (делумно јонизиран гас). ПЛАЗМАТА е четвртата агрегатна состојба на материјата (покрај гасовитата, течната и цврстата). Околу 99% од материјата во Вселената се состои од плазма. Сонцето и ѕвездите се состојат од наполно јонизирана плазма на висока температура. Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Kako go objasnuvate faktot {to pozitivnite joni se dviàt vo edna nasoka, a negativnite vo sprotivna, dodeka strujata niz rastvorot te~e od anodata kon katodata? 2. Moè li da si objasnite zo{to nataloènata masa pri procesot elektroliza zavisi od ja~inata na strujata i vremeto na taloèwe? 3. Ako vremetraeweto na molwata iznesuva 0, y, a strujata e so ja~ina od A, toga{ kolkav e polneòt {to e prenesen vo Zemjata. (odgovor: 0,03 S). Vo ovaa lekcija nau~ivte 4. Se smeta deka na celata Zemja istovremeno se slu~uvaat po okolu 1800 luwi. Tie predizvikuvaat po okolu 300 molwi vo sekoja sekunda. So ogled na faktot {to tie nosat negativen polne`, kolkav e polneòt {to dnevno se natrupuva na Zemjata? (Koristete podatoci od prethodnata zada~a) ( Odg: S ) 5. Cisternite, pogolemite zemjodelski ma- {ini i nekoi drugi vozila imaat sprovodnik (sinxir) koj ja povrzuva nivnata karoserija so zemjata. Se smeta deka taka tie vozila se za{titeni od atmosferskoto praznewe. Dali moète da odgovorite, zo{to? 6. Na internet stranica YouTube.com pogledajte ja simulacijata Electrolysis of Water Animation i prokomentirajte ja. îstite te~nosti naj~esto se dobri izolatori. Sprovodlivi se samo rastvorite na elektrolitite (kiselini, bazi i soli). Vo rastvorite na elektrolitite nastanuva procesot elektrolitna disocijacija, razgraduvawe na jonite. Procesot e prisuten i bez struja. Te~eweto na strujata vo te~nostite se dolì na dvièwe na pozitivnite katjoni i negativnite joni-anjoni. Sprovodlivosta e jonska. Proces na taloèwe na metal pri te~ewe na struja se vika elektroliza. Gasovite se odli~ni izolatori. Me utoa ako pod vlijanie na nekoj jonizator (visoka temperatura, radiaktivno zra~ewe ili X-zra~ewe) vo gasot se sozdadat joni, nastanuva nesamostojno praznewe niz gasovi. Nositeli na strujata toga{ se pozitivnite joni i elektroni. Pri odredeni uslovi (mnogu silno elektri~no pole) vo gasot moè da dojde i do samostojno praznewe. Toa se slu~uva koga vo gasot po pat na sudirna jonizacija se sozdava lavina od joni i elektroni koi se dviàt kon razli~nite strani na elektri~noto pole. Praznewata vo atmosferata se objasnuvaat preku procesot na samostojno praznewe. Plazmata e posebna sostojba na materijata vo koja ima golem broj jonizirani atomi. Plazmata e mnogu prisutna vo prirodata

53 1.13. POLUSPROVODNICI Postojat materijali {to ja sproveduvaat elektri~nata struja mnogu podobro otkolku izolatorite, a mnogu poslabo od sprovodnicite, pa se narekuvaat polusprovodnici. Naukata za polusprovodnicite go ovozmoìla ovoj brz tehnolo{ki napredok na ~ove{tvoto. Cvrstite tela moàt da imaat kristalna struktura koja podrazbira podredeni atomi vo prostorot. Redot od atomite gradi takanare~ena kristalna re{etka (sl. 1), vo ~ii {to jazli se smesteni jonite od atomite. Elektronite vo kristalnata re{etka se zaedni~ki za dva ili pove}e atomi. Polusprovodnicite vo odredeni uslovi moàt da se odnesuvaat kako dobri sprovodnici, a vo drugi uslovi kako izolatori. Polusprovodnik {to najmnogu se koristi vo elektronikata e hemiskiot element silicium, i toa vo ~ista forma i vo forma so dodatoci od drugi elementi, nare~eni dopinzi. Siliciumot e ~etirivalenten element koj formira cvrsto telo so vrzuvawe so 4 sosedni siliciumovi atomi. îstiot silicium se vika polusprovodnik so sopstvena sprovodlivost ili sopstven tip silicium. Od vakviot silicium, pri opredeleni uslovi, moè da se oslobodat elektroni. Mestoto od koe se oslobodil, pak, se odnesuva kako da e pozitiven elektri~en polne`. Toa mesto e vrzano za re{etkata i ima streme` da vrze elektron, pa zatoa se narekuva {uplina. Sl. 1. Trodimenzionalna kristalna re{etka na ~ist silicium. Atomite na siliciumot se zelenite stap~iwa se valentnite vrski (od sekoj atom izleguvaat po 4 vakvi vrski). Si Si Si Si Sl. 2. Re{etka na ~етиривалентиот атом на силициум, сам и врзан со четирите најблиски соседи. Nositeli na elektricitet kaj polusprovodnicite se elektronite i {uplinite. Si Si Vo zavisnost od brojot na valentnite elektroni na hemiskiot element {to se koristi kako doping (dodatok), polusprovodnicite moàt da bidat od P-tip (pozitiven tip) ili N-tip (negativen tip)

54 Si Si Si Si Si Si Si Si pettiot nesparen elektron od fosforot se vladee kako negativen elektri~en polne` Si Si P Si - Si Si Si Si Sl. 3. N-tip silicium Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si Si mestoto se vladee kako pozitiven elektri~en polne` Sl. 4. P-tip silicium III IV V VI Sl. 5. Sredniot del od periodniot sistem na elementite N-tip (negativen tip) silicium se dobiva pri dopinguvawe so atomi so povisok broj valentni elektroni od siliciumot kako, na primer, petvalentniot fosfor (sl. 3). Taka, pri formiraweto na kristalot od silicium moè da se slu~i mestoto od eden siliciumov (Si) atom, koj e od ~etvrtata grupa od periodniot sistem na elemntite (IV grupa od slika 5), da bide zameneto so fosforen atom (P) od pettata grupa. Pritoa eden od elektronite na fosforot }e ostane nesparen. Takvoto mesto moè pa da go oslobodi pettiotnesparen elektron. Taka, kaj polusprovodnikot postoi pogolema koncentracija na slobodni elektroni otkolku kaj sopstveniot tip, pa zatoa se narekuva negativen (N)-tip polusprovodnik. P-tip (pozitiven tip) silicium se dobiva pri dopinguvawe so atomi so pomal broj valentni elektroni od siliciumot (na primer, trivalnten bor). Taka, pri formiraweto na kristalot od silicium moè da se slu~i edno mesto od siliciumot da bide zameneto so trivalentniot bor. Na toa mesto postoi eden elektron od soseden siliciumov atom koj ne si dobil ra~i~ka od sosedot (borot) bidej}i toj ima samo 3 race. Vakvoto mesto se odnesuva kako pozitiven polne` koj ima tendencija da zarobi elektron. Vakvite polusprovodnici imaat pove}e {uplini otkolku sopstveniot tip, pa zatoa se narekuvaat pozitivni, P-tip polusprovodnici. Vo delot od periodniot sistem na elementite {to e prikaàn na slikata 5 moè da se vidi deka ~istite polusprovodnici od sopstven tip, siliciumot i germaiumot, se elementi od ~etvrtata grupa. Ako e potrebno dopinguvawe za da se pretvorat vo N ili vo P polusprovodnici, toga{ treba da se dopinguvaat so elementot V (bor) od tretata grupa ili so elementot R(fosfor), od pettata grupa. Polusprovodnicite se koristat vo elektronikata i mikroelektronikata (elektronski napravi so mikrometarski dimenzii) za pravewe diodi, tranzistori, ~ipovi, i drugo Vo ovaa lekcija nau~ivte Polusprovodnici se materijali ~ija sprovodlivost silno zavisi od nadvore{nite uslovi. Polusprovodnik koj najmnogu se koristi vo elektronikata e siliciumot. Nositeli na strujata kaj polusprovodnicite se slobodni elektroni i {uplini. Kaj polusprovodnicite postoi sopstvena sprovodlivost i primesna sprovodlivost, so dodatoci-dopinzi. Zavisno od brojot na valentnite elektroni na hemiskiot element {to se koristi kako doping, polusprovodnicite moàt da bidat od P-tip (pozitiven tip) ili N-tip (negativen tip).

55 ПОЛУСПРОВОДИЧКИ НАПРАВИ. ДИОДИ, ТРАНЗИСТОРИ И ЧИПОВИ Polusprovodni~ka dioda (PN-kontakt) Samoto ime kaùva deka taa se sostoi od kontakt pome u dva polusprovodnika od koi edniot e od P- tip, a drugiot od N-tip. Pritoa, kontaktot ne moè da se ostvari so ednostavno spojuvawe na dvata polusprovodnika, tuku se sozdava pri proizvodstvoto na polusprovodniot materijal. Na mestoto na kontakt pome u P polusprovodnikot (koj se odnesuva kako da ima vi{ok na slobodni pozitivni polneì - {uplini) i N-polusprovodnikot (koj se odnesuva kako da ima vi{ok elektroni), doa a do razdviùvawe. Pritoa, eden del od {uplinite od P }e se pridviì tamu kade {to gi ima pomalku, t.e. vo N i, obratno, elektroni od N-delot }e ja pominat granicata i }e se naselat vo P-delot. Na toj na~in na granicata pome u P i N }e se sozdade sloj koj e osiroma{en so nositeli (elektroni i {uplini) i slaba sprovodlivost. Ako vakviot PN-kontakt se vklu~i na postojan napon (sl. 1a), taka {to P-delot }e bide na negativniot potencijal, a N-delot na pozitivniot potencijal, toga{ elektronite od izvorot nema da moàt da pominat niz osiroma{eniot sloj, za{to }e bidat odbieni od elektronite na barierata. Vo ovoj slu~aj P-N kontaktot nema da propu{ta struja, pa svetilkata S nema da sveti. Ako sega go priklu~ime P za () potencijal, a N za (-), toga{ elektroni od izvorot }e doa aat vo N-delot i }e gi neutraliziraat {uplinite naredeni na grani~niot sloj (sl. 1 b). Istovremeno, elektronite od grani~niot sloj od P-delot }e begaat kon pozitivniot polaritet od izvorot, pa osiroma{eniot sloj }e se isten~i. Toga{ strujata }e moè da pote~e niz PNgranicata, pa svetilkata S }e svetne. (a) I= P N - S Se sostoi, isto taka, od PN kontakt (sl. 3). Nekoi diodi moàt da emitiraat svetlina, a drugi, pak, moàt da ja detektiraat pa se narekuvaat fotodiodi. Raboti na principot na osloboduvawe na svetlina pri vra}aweto na vozbudenite (b) P - I Sl. 1. PN-dioda vo nepropustliva(a) i propustliva nasoka (b). N - S Sl. 2. Oznaka za dioda vo elektronikata Diodata se koristi za ispravuva~i нa naizmeni~en napon (napon pri koj postojano polovite si go menuvaat znakot). Propustlivata nasoka na diodata e ozna~ena so nasokata na strelkata od nejziniot simbol (sl. 2). Nepropustlivata e od stranata na vertikalnata crti~ka. LED (LED)-dioda i fotodioda

56 elektroni vo osnovnoto nivo. LED diodite se upotrebuvaat kako indikatorski svetilki kaj mnogu elektronski uredi. Gi ima kako mali zeleni i crveni svetlenca {to sluàt kako indikatori na rabotata na kompjuterot, tastaturata, televizorot, muzi~kiot sistem i dr. Idninata na LED diodata e bleskava. Nau~nicite dobivaat diodi koi, spored sposobnosta da proizveduvaat svetlina, tie im se pribliùvaat na obi~nite i halogenite svetilki, pa se o~ekuva, nabrgu, sosema da moàt da gi zamenat (sl. 4). Inaku LЕD svetilkite tro{at okolu 50 pati pomalku elektr~na energija za istoto osvetluvawe, а traat nesrazmerno podolgo. Pokraj toa, od PN-kontaktot se napraveni i raznite fotodiodi koi pretstavuvaaat senzori {to se ~uvstvitelni na promena na osvetluvaweto. Takvi se i infracrvenite detektori za gledawe no}e, detektorite za radioaktivni zra~ewa, i mnogu drugi. ЕКОЛОШКИ ДОДАТОК PN-kontaktot se koristi za pravewe na fotovoltai~ni (solarni) }elii (sl. 5) koi ja pretvoraat son~evata energija vo elektri~na. Ovaa primena e se po~esta vo razvieniot svet za pravewe na son~evi elektri- ~ni centrali. Vo Makedonija zasega ima edna solarna elektri~na centrala vo seloto Kadino, vo blizinata na Skopje. Za da se za{titi od globalnoto zatopluvawe poradi prekumernata emisija na jaglendioksidot, na svetot mu preostanuva da napravi zamena na energijata {to se dobiva od jaglenot i naftata so energija od Sonceto. emitirana svetlina PN kontakti Сл.3. Градба на LED-диодата Сл. 4. ЛЕД светилките ќе ги заменат обичните. Sl. 5. Fotovoltai~nite (solarni) }elii od solarnata elektri~na centrala SIETO vo blizinata na Skopje (Kadino). Tranzistor (PNP ili NPN) Otkrivaweto na tranzistorot vo 1949-ta godina dovelo do eden od najgolemite skokovi vo tehnolo{kiot napredok vo istorijata na ~ove{tvoto. Ottoga{, pa sè do denes, se sozdadeni site elektronski tehni~ki blagodeti koi sekoj den ni go olesnuvaat ìvotot, ni davaat mo`nost za brzi komunikacii (mobilni telefonski i satelitski vrski), dostap do informacii (kompjuteri) i dr. Tie se sostojat od tri sloja (baza -V, emiter- E i kolektor-k) (sl.6). Postojat dve varijanti, PNP i NPN tranzistori koi se ozna~uvaat kako na sl. 7. B P N P - - (E) (B) - (K) Sl. 6. PNP tranzistor NPN E K B PNP Sl. 7. Oznaki za tranzistori. K E 46 46

57 Va`nosta na tranzistorot e vo toa {to toj e zasiluva~ na zvuk i slika. Toa zna~i deka ako na vlezot se donese mala promenliva struja vo vleznoto kolo na tranzistorot (sl. 8), na izlezot }e se pojavi kako mnogukratno zasilena struja koja se menuva na ist na~in kako {to se menuva naponot vo vleznoto kolo. МОСФЕТ-транзистор Kaj mosfetot (sl. 9) postojat tri elektrodi: sors ili izvor (S), vo slu~ajot edniot N-sloj; drejn ili uvor (D), a toa e drugiot N-sloj; i gejt ili vrata (G) {to pretstavuva metalna elektroda koja e odvoena od P-polusprodnikot so izolatorski sloj (belo {rafirano). Ako vratata G e pozitivna vo odnos na Y (V g ) toga{ na slojot P vo blizinata na izolatorot }e se sozdava negativno koli~estvo elektri~estvo pod dejstvo na influencija. So dovolno golem pozitiven napon V g moè da se slu~i induciranite elektroni da gi nadminat {uplinite od P- slojot. slaba emiterska struja vlezno kolo jaka kolektorska N struja kolektor P N baza emiter izlezno kolo Sl. 8. Tranzistorot kako zasiluva~. S N V g G P N D Sl. 9. Presek na eden MOSFET. Na toj na~in vo eden tenok sloj vo blizinata na izolatorot (nad òltata linija) }e se formira eden tenok sprovoden kanal (nad isprekinatata linija) i strujata }e moè da pote~e. Ako naponot na portata (G) e negativen toga{ propustlivosta na PN-kontaktite stanuva pomala (tenkiot kanal nad òltata isprekinata crta se isten~uva, pa struja nema da pote~e. Na toj na~in vratata ja upravuva strujata {to te~e pome u Y i D. Mosfetot e najmnogu iskoristen vo digitalnata tehnika. Taka, koga toj propu{ta struja (otvorena vrata) se definira brojot 1, a koga ne propu{ta (zatvorena vrata) se definira brojot 0 od binarnata algebra. So pomo{ na binarnata algebra, od broevite 0 i 1 moàt da se zapi{at site prirodni broevi, site zborovi (digitalen tekst), site glasovi (digatalno audio-cd), site sliki nepodvi`ni i podvi`ni (filmovi na DVD). Vidi slika 8. Sl.8. Vo kompjuterot na mati~nata plo~a ima mnogu mikroprocesori. Vo sekoj od niv ima nekolku milijardi MOSFET tranzistori

58 Logi~ki kola Na mati~nata plo~a od sekoj kompjuter go ima procesorot vo koj MOSFET-ite se vrzani vo logi~ki kola za da izveduvaat aritmeti~ki (logi~ki) operacii vo informatikata. Na slikata 9 e daden eden primer so logi~kata operacija АND. Ako imame dve porti A i V (dva MOSFET-a) i ako so 0 ozna~ime ZATVORENA vrata, a so 1 ozna~ime OTVORENA vrata, toga{ moè da se vleze (S=1) samo ako i dvete se otvoreni (dvata MOSFETOVI se so otvorena vrata). Integralni kola (~ipovi) Pokraj ulogata na tranzistor i prekinuva~, MOSFET-ot pri odredeni uslovi moè da se pretvori vo obi~en omski otpornik. Toa go pravi mo{ne pogoden za primena vo integriranata tehnika, kade {to site komponenti moàt da se izvedat samo na edna monolitna plo~a od polusprovodnik. Taka, so pomo{ na integriranata tehnika, tranzistorite se smaleni do mikroskopski dimenzii. Sl. 9. Logi~kata operacija AND dava rezultat 0 ako makar edna od portite A i V se zatvoreni (dva MOSFETA ne pu{taat struja). Samo ako dvete se otvoreni (A=1 i V=1) toga{ na izlezot se dobiva S=1. Sl.10. Intel procesor. Poslednive godini na eden kvadraten centimetar od siliciumov kristal se smestat duri i pove}e od 1 milijardi mosfetovi. îpovite gi ima vo procesorot na kompjuterot (sl. 10), vo ìvata memorija (RAM), vo memorijata na kompjuterot (EPROM) i vo mnogu drugi sklopovi. Vo ovaa lekcija nau~ivte A влез AND C излез А В С Polusprovodni~ka dioda pretstavuva ured koj e graden od dva polusprovoddnika od razli~en vid, taka {to na kontaktot PN, propu{ta struja samo vo edna nasoka. Ottamu i osnovna primena na diodata kako ispravuva~ na naizmeni~nata struja. Poseben tip diodi se LED diodite koi emitiraat svetlina pri te~ewe na struja pa denes sluàt kako indikatori za struja. Nivnata primena kako izvori na svetlina e vo podem zaradi trajnosta i ekonomi~nosta vo tro{eweto energija. Fotodiodata e PN kontakt koj moè da se upotrebi kako senzor {to registrira promena na osvetluvaweto. Tranzistorot e ured koj se sostoi od 3 polusprovodnici, gi ima kako PNP i NPN tip. Osnovna primena im e kako zasiluva~ na promenlivi slabi naponi koi se donesuvaat vo vlezno kolo, a so ista forma zasileni izleguvaat na izlezot. Poseben tip tranzistor e MOSFET. Toj na{ol ogromna primena kaj mikroprocesorite na kompjuterite i kaj druga digitalna tehnika. Vo sekoj kompjuter ima ogromen broj MOSFET tranzistori.

59

60 2.1. MAGNETI Ukrasni magneti ima na friìderite. Moè da se najdat i vo zvu~nicite, mikrofonite, telefonite, televizorite, elektri~nite motori, elektri~noto yvon~e i na mnogu drugi uredi so koi se sre}avame vo sekojdnevniot ìvot. Magnetizmot za prv pat bil otkrien pred pove}e od 2500 godini. Vo gradot Magnezija vo nekoga{na Mala Azija (ottuka i imeto) bile pronajdeni par~iwa od ruda na èlezo koi gi privlekuvale sitnite èlezni predmeti. Takvite par~iwa se vikaat prirodni magneti. Podocna bile napraveni ve{ta~ki, takanare~eni permanentni magneti. Efektot na privlekuvaweto kaj magnetite e najizrazen na odredeni mesta (sl. 1), obi~no na kraevite. Tie mesta se vikaat magnetni polovi. Sekoj magnet ima dva pola, severen (N - spored angliskiot Nord) i juèn (S spored angliskiot zbor South). Imeto na polovite se opredeluva spored toa dali se svrtuvaat kon sever ili kon jug ako se obesat slobodno da rotiraat vo horizontalna ramnina. Eksperiment 1 Sl. 1. Pra~kest magnet postaven vertikalno vo podolga staklena epruveta najmnogu gi privlekuva èleznite struganici na kraevite, t.e. na magnetnite polovi. N S Sl.2. Namagnetizirana ~eli~na {ajka ili igla, obesena na konec. Obi~na nemagnetizirana èlezna {ajka donesete vo blizina do permanenten magnet, {ajkata stanuva magnet. I taa privlekuva sitni èlezni predmeti. Ako {ajkata ja oddale- ~ime od magnetot, taa ve}e ne gi privlekuva sitnite predmeti. Ako opitot go povtorite so ~eli~na pra~ka ili igla, iglata i po oddale~uvaweto ostanuva magneti~na. [to zaklu~uvate? Trajno moè da se namagnetizira samo ~eli- ~no telo, dodeka telo od obi~no meko èlezo }e bide magneti~no samo dodeka e vo blizina na permanentniot magnet. Eksperiment 2 Tenka namagnetizirana pra~ka (iglata ili ~eli~nata {ajka od eksperimentot 1), obesete ja na konec, taka {to da moè slobodno da rotira okolu vertikalna oska (sl.2). Taa sekoga{ se postavuva vo nasoka pribli- `no sever -jug

61 Eksperiment 3 Dva pra~kesti magneta se postaveni vrz lesno podvi`ni koli~ki. Doblièni so sprotivnite polovi, tie se privlekuvaat, a doblièni so istoimenite, tie se odbivaat. S S N S S N Raznoimenite magnetni polovi na dva magneta se privlekuvaat, dodeka istoimenite se odbivaat. Postojat sli~nosti no i razliki me u elektri~nite i magnetnite pojavi. Poznato ni e deka naelektrizirani tela moè da privle~at koe i da bilo drugo neutralno telo, a magnetite gi privlekuvaat samo telata od èlezo, kobaltot, nikelot i nekoi nivni soedinenija ili leguri. Takvite materijali se vikaat feromagneti~ni. Postoi u{te edna va`na razlika: dodeka telata so elektri~ni polneì od eden vid ( pozitiven ili negativen) mo- àt da postojat izolirano, magnetnite polovi ne moàt. Ne moè da postoi samo eden izoliran magneten pol. Magnetite ednovremeno sekoga{ imaat dva raznoimeni pola. Ako eden pra~kest magnet se prese~e na polovina (videte ja sl. 4), dvete polovini }e gi imaat i dvata pola. Ako i polovinkite gi prese~eme, i tie }e gi imaat dvata pola. I kolku sakame pati da sme go povtorile se~eweto, prese~enite delovi }e imaat po dva magnetni pola. Se privlekuvaat N S TS TS S TN TS Se odbivaat. Sl. 3. Privlekuvawe i odbivawe na magnetite. N S Se se~e na polovina Sl. 4. Se~eweto na magnetot ne mora da bide na sredina. Sekoga{ se dobivaat dva magnetni pola. Pa taka, ako si zamislime deka pri prepolovuvaweto sme do{le do tamu sekoj od delovite da sodrì samo po eden atom, duri i tie pak }e gi imaat dvata pola. Ova ukaùva na toa deka atomite na magneti~nite tela sami za sebe pretstavuvaat mali magneti. S TN N S TS

62 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Ako do eden magnet pribliìme èlezni struganici, tie }e bidat privlekuvani. Povtorete go eksperimentot od sl.1. Dali sekoja struganica pretstavuva mal magnet? Dali e bitno {to magnetot e staven vo staklena epruveta? 2. Ispitajte so koj svoj del daden magnet najmnogu }e gi privlekuva èleznite predmeti. Upotrebete koj i da bilo magnet {to }e go najdete doma ili na u~ili{te. (Ideja kako toa da go storite }e vi dade slikata 5). 3. Postojat pove}e formi magneti. (vidi ja sl. 6). Koristej}i sitni {aj~iwa ili spojnici, pronajdete gi polovite na magnetite {to gi imate na raspolagawe doma ili na u~ili{te. 4. Ako sakate pove}e da znaete za magnetite, pogledajte gi prvite 2 stranici na internet adresata: Sl. 5. Pra~kest magnet potpren na {tica i spoilki za hartija. Se pokaùva deka magnetnoto dejstvo e najsilno na kraevite Sl. 6. Razli~ni formi na permanentni magneti Vo ovaa lekcija nau~ivte Magnetite sekoga{ imaat dva pola: severen i juèn. Ne postoi izoliran magneten pol. Istoimenite polovi se odbivaat, raznoimenite se privlekuvaat. So donesuvawe magnet vo neposredna blizina trajno moè da se namagnetizira ~eli~na pra~ka, a pra~ka od meko èlezo po oddale~uvaweto prestanuva da bide magneti~na

63 2. 2. MAGNETNO POLE NA STRUJATA. ERSTEDOV EKSPERIMENT Vo prostorot okolu naelektrizirano telo se sozdava elektri~no pole. Toa dejstvuva na bilo koe drugo naelektrizirano telo. No, kaj sprovodnikot niz koj te~e struja se pojavuvaat i sili so poinakva priroda. Tie sili se posledica na magnetnoto pole koe se sozdava okolu sprovodnikot so struja. Za prou~uvawe na magnetnite pojavi naj~esto se koristi magnetnata igla (sl.1). Taa e osnoven del na kompasot (sl. 2) Eksperiment Se stava prav sprovodnik vrz dve dràlki i se naso~uva vo pravecot na magnetnata igla koja se postavuva pod sprovodnikot (sl. 3). N S N Sl. 1 S N otpornik A - Sl 1. Magnetnata igla, postavena slobodno da visi, sekoga{ se namestuva pribli`no vo nasokata sever-jug (N- S). I akumulator S prekinuva~ Sl.3. Erstedov eksperiment Koga niz sprovodnikot }e se pu{ti jaka struja (2 do 3 A) se zabeleùva deka magnetnata igla se otklonuva. Otklonot na magnetnata igla e tolku pogolem kolku {to e ja~inata na strujata pogolema. So odale~uvaweto na magnetnata igla od sprovodnikot otklonuvaweto e sè pomalo. Ako nasokata na strujata se promeni, toga{ i iglata }e se otkloni na sprotivnata strana. Za otklonuvaweto na magnetnata igla vaì praviloto na ispruènite prsti na desnata raka. Ako desnata raka se postavi nad sprovodnikot so prstite vo nasokata na te~eweto na strujata, i toa taka {to dlankata da e svrtena kon sprovodnikot, toga{ severniot pol na magnetnata igla se otklonuva vo nasoka na palecot (sl. 4 ). Pri koristeweto na praviloto na desnata raka, dlankata sekoga{ se postavuva zavrtena kon sprovodnikot. Pri~ina za otkonuvaweto na magnetnata igla e postoeweto na magnetno pole na strujata. Ovoj eksperiment za prv pat go izvel danskiot fizi~ar Ersted vo 1820 godina. Eksperimentot odigral mnogu va`na uloga vo razvojot na fizikata. Sl.2. Se veruva deka kompasot prvi go koristele kineskite moreplovci u{te pred 4000 godini. struja Sl. 4. Otklonuvawe na severniot magneten pol vo nasoka na palecot

64 Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Kako }e se otkloni iglata od sl. 5? Hans Christian Oersted Hans Hristijan Ersted ( ). Bil profesor vo Kopenhaen i spored nekoi izvori, do svoeto otkritie, koe mu donelo golema slava, do{ol za vreme na odrùvawe na demonstracionen eksperiment na ~as po fizika pred negovite studenti. 2. Ako iglata ja obesite nad sprovodnikot, za da ja opredelite nasokata na otklonuvaweto, rakata treba da ja postavite pod sprovodnikot kako na sl. 6 zo{to? 3. Ako izolirana topka ja naelektrizirate so influentna ma{ina i do nea donesete kompas, }e se otkloni li kompasot? 4. Ako imate izvor na postojana elektri~na struja na koj ne se ozna~eni polovite, a imate ìca i kompas, }e moè li da go opredelite polaritetot na izvorot? 5. ]e se otkloni li kompasot postaven pod gajtanot na va{ata sobna lamba koga }e vklu~ite struja. Gajtanot e postaven paralelno so magnetnata igla na kompasot (sl. 7)? Izvedete go eksperimentot. [to vidovte? Razmislete i objasnete. 6. [to zaklu~uvate od faktot deka so oddale~uvaweto na magnetnata igla od sprovodnikot niz koj te~e struja, nejziniot otklon se namaluva? 7. Na Internet stranicata YouTube pronajdete gi klipovite za Oersted experiment. Gi ima nekolku.tie }e vi pomognat i vie doma da go izvedete eksperimentot N. otpornik A N S S prekinuva~ Sl. 5 struja Sl. 6 Sl. 7. Postavete go gajtanot vo nasoka na magnetnata igla na kompasot (sever-jug). Vo ovaa lekcija nau~ivte Okolu sekoj sprovodnik niz koj te~e struja se sozdava magnetno pole. Magnetnoto pole na strujata dejstvuva vrz magnetnata igla. Ersted pokaàl deka dejstvoto vrz severniot pol na magnetnata igla se menuva ako nasokata na strujata }e se promeni. Otklonot na severniot pol na magnetnata igla e opredelen so praviloto na ispruènite prsti na desnata raka: Ako desnata raka se postavi nad sprovodnikot so prstite postaveni vo nasokata na te~eweto na strujata, i toa taka {to dlankata da e svrtena kon sprovodnikot, toga{ severniot pol na magnetnata igla se otklonuva vo nasoka na palecot

65 2.3. MAGNETNO POLE NA PRAV SPROVODNIK, MAGNETEN LIST I SOLENOID. MAGNETNI SILOVI LINII Od ona {to dosega go znaeme moè da zaklu~ime deka pome u elektri~nite i magnetnite pojavi postoi povrzanost. Ako naelektriziranite ~estici miruvaat, tie sozdavaat elektri~no pole, a ako se dviàt, tie sozdavaat i magnetno pole. Francuskiot fizi~ar Andre Mari Amper go ispituval magnetnoto pole ne sprovodnici so razli~na forma. Eksperiment 1 Magnetnoto pole na prav sprovodnik (sl. 1) niz koj te~e jaka struja moè da se pokaè taka {to toj se provruva niz karton postaven horizontalno, normalno na sprovodnikot. Na kartonot se postavuvat nekolku magnetni igli na ednakvo rastojanie od sprovodnikot. Koga }e se vklu~i prekinuva~ot K, site magnetni igli se naso~uvaat taka {to leàt na kru`nicata so radius ednakov na rastojanieto. Naso~enosta na magnetnite igli od juèn kon severen magneten pol ja dava nasokata na magnetnite silovi linii. Ovaa nasoka ja opi{uva Amperovoto pravilo na svitkanite prsti na desnata raka. Ako strujniot sprovodnik se fati so desnata raka taka {to palecot ja pokaùva nasokata na strujata I (slika 2), toga{ svitkanite prsti na desnata raka }e ja pokaùvaat nasokata na silovite linii na magnetnoto pole B. Magnetnoto pole go ima vo siot prostor okolu sprovodnikot niz koj te~e strujata. Magneten list i solenoid Kruèn sprovodnik niz koj te~e struja, isto taka, sozdava magnetno pole. Toj dejstvuva vrz magnetna igla isto kako da e pra~kast magnet. Zatoa ~esto takviot sprovodnik se vika magneten list (sl. 3) ili magneten dipol. Koga so prekinuva~ot R }e se vklu~i struja, magnetnata igla se postavuva normalno na ramninata na kru`niot sprovodnik. Nasokata i pravecot na magnetnoto pole kaj listot se opredeluva so praviloto na desnata tupanica. Ako strujata te~e vo nasoka na svitkanite prsti na desnata tupanica, toga{ magnetnite K A S N I karton akumulator Sl. 1. Kru`nicata {to ja opi{uvaat magnetnite igli postaveni na ednakvo rastojanie od sprovodnikot niz koj te~e struja pretstavuva silova linija na magnetnoto pole. Sl. 2. Amperovo pravilo. magneten list.. I otpornik Sl. 3. Magneten list. Silovi linii - akumulator P 54 54

66 silovi linii se vo nasoka na palecot (sl. 4). Sprovodnik svitkan vo forma na spirala, niz koj te~e struja, ima sli~ni svojstva kako i magnetniot list i se vika solenoid (sl. 5). Magnetnoto pole na solenoidot e tolku posilno, kolku {to niz nego te~e pojaka struja I. No, toa zavisi i od brojot na navivkite na solenoidot N, kako i od dolìnata na solenoidot l. No, ako brojot na navivkite e ist, a se zgolemi dolìnata na solenoidot, toga{ magnetnoto pole se namaluva. Toa kaùva deka magnetnoto pole kaj solenoidot zavisi od gustinata na namotanite navivki. Magnetni silovi linii Magnetnite silovi linii okolu magnetite, ili sprovodnicite so struja moàt da se nabquduvaat so pomo{ na sitni èlezni struganici, koi vo magnetno pole se odnesuvaat kako mnogu mali magnetni igli koi se podreduvaat vo nasoka na poleto. Ako od kartonot {to e postaven normalno na praviot sprovodnik (sl. 1) se trgnat iglite i na nego se posolat sitni èlezni struganici, toga{ tie }e se podredat vo kru`nici (slika 5). I kaj solenoidot isto kako i kaj magnetniot list (sl. 4), nasokata na magnenoto pole se opredeluva so "praviloto na desnata tupanica". N Sl. 4 Pravilo na desna tupanica Sl. 5. Koga strujata te~e vo nasoka na svitkanite prsti, magnetnoto pole e vo nasoka na palecot. a) S Eksperiment 2 Ako se postavi karton vo ramnina normalna na ramninata na magnetniot list ili solenoidot, i vrz kartonot se solat sitni èlezni struganici, se dobivaat magnetnite silovi linii na magneten list i solenoid. Kako {to moè da se vidi od fotografiite, magnetnite silovi linii ne se sekoga{ kru`nici. Isto taka, nivnata gustina ne e sekade ednakva. Toa ukaùva deka magnetnoto pole okolu ovie sprovodnici ima razli~na golemina, nasoka i pravec. Ako magnetnite silovi linii se paralelni pravi i sekade ednakvo gusti, toga{ magnetnoto pole e homogeno. Vo vnatre{nosta na solenoidot poleto e homogeno (sl. 5v). Goleminata na magnetnoto pole e opredeluva preku fizi~kata veli~ina magnetska b) F.I v) Sl. 5. Magnetni silovi linii dobieni so sitni èlezni struganici (a) na prav sprovodnik so struja,(b) na magneten list i (v) na solenoid

67 indukcija B. Toa e vektorska veli~ina naso~ena kako i tangenta na silovite linii. Tamu kade e gustinata na silovite linii pogolema, pogolema e i magnetnata indukcija. Magnetskata indukcija se meri so edinicata tesla (oznaka T). Brojot na magnetnite silovi linii koi pominuvaat niz nekoja povr{ina se vika magneten fluks. Toj se beleì so Φ. Ako magnetnoto pole e homogeno so magnetna indukcija V, toga{ niz povr{ina S, postavena normalno na magnetnite silovi linii, magnetniot fluks Φ e opredelen so proizvodot od magnetnata indukcija i plo{tinata na povr{inata (Sl. 6): Φ = BS Magnetniot fluks se meri so edinicata veber (oznaka Wb). Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. [to mislite dali vo sekoja to~ka na magnetnoto pole moè da se nacrta magnetna silova linija? 2. Gustinata na magnetnite silovi linii ukaùva na goleminata na magnetnoto pole (na magnetnata indukcija). So analiza na magnetnite silovi linii od sl. 5 kaète kade e magnetnoto pole najsilno, vo sekoj od slu~aite na trite sliki. 3. Na veb stranica na Youtube.com pronajdete go video filmot What is the magnetic field? 4. Za prou~uvawe na silovite linii koristete go proektot Edubuntu na adresata: S B Sl. 6. Magneten fluks. Toa e broj na silovi linii niz nekoja povr{ina. André Marie Ampère, ( ) Andre Mari Amper e poznat francuski nau~nik. Po Erstedovoto otkritie za nekolku meseci otkril mnogu zakoni za magnetnite svojstva na strujata i dal matemati~ka formulacija za niv. Edinica za ja~ina na struja go nosi negovoto ime. Vo ovaa lekcija nau~ivte Okolu sekoj prav sprovodnik niz koj te~e struja se sozdava magnetno pole ~ii silovi linii vo ramnina normalna na sprovodnikot se kru`nici. Nasokata na magnetnoto pole na prav sprovodnik se opredeluva so Amperovoto pravilo na svitkanite prsti na desnata raka. Magnetniot list i solenoidot se odnesuvaat kako pra~kesti magneti. Nasokata na magnetnoto pole {to go sozdavaat se opi{uva so praviloto na desnata tupanica. Ja~inata na magnetnoto pole e pogolema tamu kade {to e gustinata na silovite linii pogolema. Magnetnoto pole e homogeno tamu kade{to se magnetnite silovi linii paralelni i ednakvo gusti. Magnetna indukcija (В) e naso~ena po tangenta na silovite lini. Taa e pogolema tamu kade e gustinata na silovite linii pogolema

68 2.4. ELEKTROMAGNETI i PRIMENA Vo solenoid (kalem) niz koj te~e struja se sozdava magnetno pole. Magnetnoto pole moè da se zgolemi so zgolemuvawe na ja~inata na strujata ili so zgolemuvawe na brojot na navivkite na edinica dolìna na solenoidot. Me utoa, najgolemo zgolemuvawe na poleto se dobiva ako vo solenoidot se vmetne jadro od meko èlezo. Takviot solenoid stanuva elektromagnet. elektromagnet.. prekinuva~ otpornik Sl. 1. Elektromagnetot dejstvuva vrz magnetnata igla. Ako vo blizina na elektromagnetot se donese magnetna igla, taa }e se otkloni za nekoj agol. Ako magnetnata igla ja pomestime na pogolemo rastojanie od èleznoto jadro, magnetnata igla }e se zavrti za pomal agol, {to zna~i deka tamu poleto e poslabo. Zna~i, so zgolemuvawe na rastojanieto, dejstvoto na magnetnoto pole vrz magnetnata igla oslabuva. So zgolemuvawe na ja~inata na strujata, isto taka, se menuva magnetnoto dejstvo vrz magnetnata igla. Koga niz elektromagnetot te~e pojaka struja, magnetnoto pole se zasiluva, a so namaluvawe na strujata, toa slabee. Koga strujata }e se prekine, elektromagnetot prestanuva da ima magnetno dejstvo. [ematski prikaz na elektromagnetot {to sluì za prenesuvawe tovar e daden na sl. 2, a fotografija na elektromagneten kran na slikata 3. Elektromagnetite imaat i druga primena. Taka, so silni elektromagneti moè da se vr{i selektirawe na èlezni otpadoci od razni proizvodi. Elektromagnetite se, vsu{nost, osnovni delovi na elektri~noto yvon~e, elektri~nite relei so koi se upravuva so oddale~eni ili nedostapni kola. Vo dene{no vreme koristeweto na elektro- Sl. 2. Prikaàn e potkovi~est elektromagnet koj sluì za prenesuvawe tovar. Sl. 3. So elektromagneten kran se selektiraat metalni predmeti od deponiite za nivno reciklirawe

69 magnetite e od mnogu golemo zna~ewe za magnetno ~uvawe na informaciite. Magnetniot zapis vo kompjuterite bazira na koristeweto na elektromagnetite. Niv gi sre}avame i kaj kreditnite karti~ki i drugi kodirani uredi. Lentite za magnetno snimawe, glavno, se pravat od pra{kasti oksidi na èlezoto. Snimaweto na informaciite e prikaàno na sl.4. Snimawena informaciite (na primer, na zvukot so lenta) se pravi na toj na~in {to zvukot treba da se pretvori vo struja. lenta koja se dviì promenliva struja od mikrofonot elektromagnet magnetno pole Sl. 4. Snimawe na zvuk. Snimaweto zvuk se pravi so pomo{ na mikrofonot od koj{to se dobiva promenliva struja {to soodvetstvuva na promenite na zvukot. Promenlivata struja se donesuva na elektromagnet ~ij izlez ima minijaturni dimenzii. Magnetnoto pole {to se sozdava od elektromagnetot zavisi od ja~inata na strujata {to te~e niz nego. Pod nego pominuva lenta od pra{o~ni feromagneti~ni zrnca i gi magnetizira, pomalku ili pove}e, zavisno od ja~inata na magnetnoto pole, t.e. zavisno od strujata ~ija ja~ina se menuva vo ritamot na zvukot. Taka so dvièwe na lentata se snima zvukot. Na sli~en na~in se za~uvuvaat informaciite i kaj kompjuterskite memoriski diskovi. Bri{eweto na zapi{anite informacii se pravi so razmagnetizirawe na sitnite magnet~iwa so propu{tawe naizmeni~na struja niz elektromagnetot so koja se eliminira magneti~nosta. Sl.5. So pomo{ na supersprovodlivi elektromagneti se konstruirani vozovi kaj koi ne postoi triewe so podlogata. Takvite vozovi moè da razvivaat mnogu golemi brzini. РЕЛЕЈ- avtomatski prekinuva~ Vo doma{ni uslovi moè da konstruirate i elektri~en relej. Najva`ni delovi na relejot se elektromagnetot i èleznata kotva. Za taa cel treba da se iskoristi ve}e napraveniot elektromagnet. [emata za funkcionirawe na relejot za vklu~uvawe na koloto e na sl. 6. Primer na rabotno kolo so relej moè da bide starterot na avtomobilot. So zavrtuvawe na klu~ot se vklu~uva starterot na avtomobilot. Otkako motorot }e zapo~ne so rabota, klu~ot se vra}a vo prvobitnata polo`ba i so toa starterot se isklu~uva. izolat or èlezna kot va presek na oska kont akt i rabot no kolo {t o se vklu~uva elekt romagnet prekinuva~ na upravuva~ko kolo Sl. 6. Relej. Kako kotva moè da se upotrebi èlezen drà~ vo forma na bukva G. Nejzino lesno rotirawe }e ovozmoì lesno prekinuvawe ili povtorno vklu~uvawe na koloto

70 Zada~i, pra{awa i aktivnosti 1. Niz elektromagnet daden na slikata 7 te~e struja so ozna~ena nasoka. Odredete gi negovite polovi. 2. Odredete gi nasokata na strujata i polaritetot na izvorot na koloto sl. 8 ako se poznati magnetnite polovi na elektromagnetot. Sl Nasokite na strujata na poslednite navivki dvata pola na potkovi~estiot elektromagnet se dadeni na slikata 9. Opredelete koj e severen a koj juèn pol. 4. Elektromagnet moè da konstruirate i vo doma{ni uslovi. Potrebni vi se: podolga izolirana bakarna ìca; pra~ka od meko èlezo; 2 baterii od po 4,5 V; kompas, ili magnetna igla; sitni èlezni predmeti. Okolu èleznata pra~ka namotajte ja izoliranata ìca dvaesetina pati. Kraevite na ìcata povrzete gi so dvata pola na baterijata. Taka ste go konstruirale elektromagnetot (sl. 10). Za da proverite dali rabotata vi e uspe{na, dobliète do edniot kraj na èleznata pra~ka sitni èlezni predmeti, ako tie se privlekuvani, elektromagnetot dobro funkcionira. a) Proverete kakva e nasokata na strujata vo solenoidot. b) So dobliùvawe na magnetnata igla proverete dali vo nasoka na palecot }e se pokaè severniot magneten pol. v) Oddale~ete ja iglata do mesto kade {to e otklonot mnogu pomal. g) Namesto edna baterija, povrzete gi dvete. Kakov e sega otklonot? Kako treba da gi povrzete bateriite za da dobiete pogolem otklon? N Sl. 8. Sl. 9 Sl. 10. S 4,5 V Vo ovaa lekcija nau~ivte Magnetnoto pole na solenoidot zna~itelno se zgolemuva koga vo negovata vnatre{nost se stavi jadro od èlezo. Takviot solenoid se vika elektromagnet. Elektromagnetite imaat {iroka upotreba: - kako uredi so koi se prenesuvaat masivni predmeti, - kako delovi na uredi za zapis i za~uvuvawe na informacii, - kako delovi na mikrofonot, kasetofonot, elektri~noto yvon~e i dr. - kako delovi na relei koi sluàt za upravuvawe so nekoi elektri~ni kola. Nau~ivte da konstruirate elektromagnet i elektri~en relej

71 2.5. POSTOJANI MAGNETI. ZEMJINO MAGNETNO POLE Sekoja struja okolu sebe sozdava magnetno pole so koe dejstvuva na magnetite {to se nao aat vo nejzina blizina. Zna~i, sekoja naelektrizirana ~estica pri dvièweto sozdava magnetno pole. Toga{ od kade poteknuva magnetnoto pole vo postojanite magneti? Se pokaàlo deka magnetnite svojstva na postojanite magneti se dolàt na dvièweto na elektronite vo atomot. Kaj najgolem broj supstancii magnetnite poliwa predizvikani so tie dvièwa se mnogu slabi, kaj atomite na èlezoto, nikelot i kobaltot, ne doa a do poni- {tuvawe na magnetnite poliwa na tie minijaturni strui. Spored toa, sekoj atom na èlezoto pretstavuva mal tenok magnet. Vakvite materijali, ~ii{to atomi pretstavuvaat minijaturni magneti se vikaat feromagnetici. Magnetnite poliwa na atomite na èlezoto se silni i dejstvuvaat na sosednite atomi, i gi podreduvaat vo formi na kitki od podredeni atomi. Takvite kitki se vikaat domeni (sl. 2). Domenite kaj feromagnetnite materijali se minijaturni magneti, vidlivi samo pod mikroskop. Vo nenamagnetizirano èlezo domenite se bezredno orientirani. Vo namagnetiziranite materijali domenite se naso~eni vo nasoka na magnetnoto pole koe{to ja predizvikalo magnetizacijata. Magnetizacijata na èlezno telo (na primer, igla) moè da se izvr{i ili so dobliùvawe do postojan silen magnet ili so vnesuvawe vo kalem niz koj te~e jaka struja. Pritoa, ako iglata e ~eli~na, taa ostanuva trajno namagnetizirana. Takvite feromagnetici se vikaat tvrdi, za razlika od mekite koi mnogu brzo se magnetiziraat, no {tom }e se izvadat nadvor od magnetnoto pole prestanuvaat da bidat magneti. Od tvrdite feromagnetici se pravat permanentnite magneti. Sl. 1. Magnetni silovi linii na pra~kest magnet. Sl. 2.Vo sekoj domen (gore levo) ima mnogu golem broj idealno podredeni atomi. Sl. 3. Pri magnetizacija na èlezoto domenite se podreduvaat vo nasoka na magnetnoto pole i èlezoto stanuva magneti~no

72 Zemjino masgnetno pole Zemjata pretstavuva eden ogromen magnet, sli~en na pra~kestiot (sl.4). Magnetnoto pole na Zemjata ne e mnogu silno, no sepak negovata ja~ina e dovolna za da ja pridviì magnetnata igla i da ja postavi vo nasoka na magnetnata silova linija. Nabquduvawata pokaàle deka so dobli- ùvaweto kon severniot pol magnetnata igla sè pove}e se naklonuva kon horizontot. Na ostrvot Butia Feliks vo severna Kanada magnetnata igla se postavuva normalno na Zemjinata povr{ina. Toa e mestoto kade {to se nao a ju`niot magneten pol na Zemjata. I na ju`nata polutopka, kade se nao a severniot magneten pol na Zemjata (vo ju`na Avstralija), ne se poklopuvaat mestata na magnetniot i geografskiot pol na Zemjata. Zna~i, nasokata na magnetnata oska ne se poklopuva so oskata na rotacijata na Zemjata. Magnetnata igla ne go pokaùva severniot geografski pol. Polo`bata na magnetnata silova linija na odredeno mesto se opredeluva so slednive dva agla: severen geografski pol N S juèn magneten pol severen magneten pol juèn geografski pol. Sl. 4. Rastojanieto pome u geografskiot i magnetniot juèn pol na severnata polutopka e o- kolu 2100 km. Na ju`nata polutopka se nao a severniot magneten pol na Zemjata. I toj ne se poklopuva so geografskiot pol. Agolot {to magnetnata igla na kompasot go zafa}a so gegrafskiot meridijan, koj se vika agol na deklinacija. Agolot na deklinacijata se opredeluva so kompas. Agolot {to go zafa}a magnetnata igla so horizontot, koj se vika agol na inklinacija. Toj se opredeluva so pomo{ na magnetna igla koja moè da rotira vo vertikalna ramnina (sl. 5). Sl.5. Magnetna igla e nakloneta kon horizontot za agol na inklinacija. Zanimlivost: Znaete li deka gulabot, p~elata i nekoi bakterii se orientiraat vo prostorot spored magnetnoto pole na Zemjata. Postoi teorija spored koja pticite preselnici pri nivnoto patuvawe na jug se orientiraat spored Zemjinoto magnetno pole. Sè u{te ne se znae to~no zo{to Zemjata e magnet. Spored dene{ni soznanija, magnetnoto pole na Zemjata e posledica na silni vnatre{ni elektri~ni strui

73 Isto taka se znae deka Zemjinoto magnetno pole ne e stabilno. Toa se menuva, me u drugoto i poradi silnata aktivnost na Sonceto, koga toa ispra}a golemi koli~estva naelektrizirani ~estici kon povr{inata na Zemjata. Pritoa doa a do naru{uvawa na magnetnoto pole na Zemjata, do pojava na t.n. magnetni buri. Magnetnoto pole na Zemjata vo blizina na mesta bogati zo èlezna ruda pokaùva anomalno povedenie. Zada~i, pra{awa i aktivnosti 1. Ako postoi Zemjina magnetna oska i magnetni polovi na Zemjata, kako se postaveni magnetnite meridijani na Zemjinata povr{ina? 2. Kade bi se nao al Zemjiniot magneten ekvator? Kako tamu se postavuva inklinacionata igla? 3. Zemjata pretstavuva ogromen postojan magnet. So sigurni dokazi geofizi~arite pokaàle deka vnatre{nosta na Zemjata (zemjinoto jadro) e na mnogu visoka temperatura, pa i verojatnosta na intenzivnoto haoti~no toplinsko dvièwe e mnogu golema. [to e poverojatno- dali zemjinoto magnetno pole se dolì na podredeni domeni, ili na dvièwa na naelektrizirani ~estici vo jadroto, zna~i na jaki strui? Razmislete i obidete se da odgovorite. 4. Vi predlagame da napravite proekt: Kako se orientiraat ìvotnite spored Zemjinoto magnetno pole? 5. Vi predlagame da konstruirate kompas vo doma{ni uslovi (sl. 6). Potrebno: magnet, pogolema igla za {iewe, tapa od pluta, ~a{a so voda. Za da namagnetizirate edna igla, so edniot od polovite na eden magnet pominuvajte nad iglata vo pravec od vrvot kon u{eto. Po pove}ekratno vle~ewe iglata }e se namagnetizira. Potoa vnimatelno, bez mnogu mehani~ki potresi, provrete ja iglata niz tapata. N Sl.6 Ako va{ata provrena igla, koga }e ja postavite vo ~a{a so voda (sl. 6), se postavi vo nasoka sever - jug eksperimentot vi e uspe{en. S Vo ovaa lekcija nau~ivte Kaj feromagneticite magnetnite poliwa na atomarnite strui ne se poni- {tuvaat. Takov materijal e èlezoto. Kaj èlezoto atomite imaat silno magnetno pole koe predizvikuva magnetnite poliwa na bliskite atomi da se orientiraat vo domeni. Domenite se dezorientirani kaj nenamagnetiziranoto èlezo. Pri magnetizacija doa a do orientacija na domenite vo nasoka na nadvore{noto magnetno pole. Zemjata pretstavuva ogromen pra~kast magnet. Na severnata polutopka vo Kanada se nao a juèn magneten pol na Zemjata, a na ju`nata, vo Avstralija severen magneten pol na Zemjinoto magnetno pole. Magnetnite i geografskite polovi na Zemjata ne se poklopuvaat. Agolot {to magnetnata igla na kompasot ja gradi so geografskiot meridijan se vika deklinacija. Agolot {to magnetnata igla, postavena da rotira vo vertikalna ramnina, go gradi so Zemjinata povr{ina se vika inklinacija

74 2.6. MAGNETNA (AMPEROVA) SILA Mnogu aparati so koi sekojdnevno se sluìme se dviàt so pomo{ na elektri~na struja. Mikserot, ma{inata za perewe, kosa~kata za treva i niza drugi uredi imaat delovi koi so vklu~uvawe na strujata po~nuvaat da se dviàt, naj~esto da rotiraat. Eksperiment 1. Vidovme ponapred deka okolu sekoj sprovodnik niz koj{to te~e struja se sozdava magnetno pole. Ako takov sprovodnik se najde vo magnetno pole na nekoj permanenten magnet, toga{ tie poliwa }e si zaemnodejstvuvaat, poradi {to vrz sprovodnikot }e podejstvuva sila. Na slikata 1 e daden eden sprovodnik, {to e obesen kako lula{ka i niz nego te~e struja. Toj e postaven pome u polovite na eden potkovi~est magnet. Ako prekinuva~ot K se vklu~i i pote~e struja (I) vo ozna~enata nasoka, na sprovodnikot }e podejstvuva sila F r i }e go pridviì. K otpornik - izvor magnet Sl. 1. Pod dejstvoto na silata F r sprovodnikot AV se otklonuva kon desno. Silata e tolku pogolema kolku e strujata pojaka i kolku e pojako magnetoto pole. [to mislite ako ja promenime nasokata na strujata (gi prespoime i - na izvorot), }e se promeni li i nasokata na otklonot ( na silata F r? ) Dali }e se smeni nasokata otklonot ako se promeni nasokata na magnetnoto pole? Eksperimentot pokaùva deka do promena na nasokata na otklonot na sprovodnikot }e dojde i pri promena na nasokata na strujata i pri promena na nasokata na magnetnoto pole. Silata {to dejstvuva vrz sprovodnikot zavisi i od negovata polo`ba vo odnos na magnetnite silovi linii na poleto. Taka, ako strujata te~e vo pravec na magnetnite silovi linii (sl. 2), toga{ sprovodnikot АВ nema da se otkloni (ne dejstvuva sila). Silata e najgolema vo slu~aj koga sprovodnikot e postaven normalno na magnetnite silovi linii (kako {to e na slikata 1). Ovaa sila e poznata kako magnetna ili Amperova sila. A I S N N I A B B F Sl 2. Ako sprovodnikot se obesi taka {to strujata te~e vo pravecot od N kon Y, zna~i vo nasoka na magnetnite silovi linii, ne doa a do otklonuvawe. S 63 63

75 P wutna Pravec i nasoka na Amperovata sila Za objasnuvawe na otklonuvaweto na sprovodnikot obi~no se koristi Flemingovoto pravilo na levata raka. Ako palecot, pokazalecot i sredniot prst na levata raka gi postavimeme pod prav agol i ako pritoa pokazalecot se sovpa a so nasokata na magnetnite silovi linii, a sredniot prst so nasokata na strujata, toga{ palecot ja pokaùva nasokata na silata koja doveduva do otklon na sprovodnikot (sl. 3). magnetno pole struja leva raka otklon Sl. 3 Flemingovo pravilo. So Amperovata sila moè se objasnat i eksperimentite 2 i 3, od slikite 4 i 5. Pu{tame da te~e struja niz dva paralelno postaveni sprovodnika. Eksperiment 2 Eksperiment 3 izvor na jaka struja F F 1 I otpornik prekinuva~ Sl.4. Ako niz dva paralelni sprovodnika 1 i 2 se pu{ti struja koja te~e vo ista nasoka, sprovodnicite se privlekuvaat. izvor I 1 2 otpornik prekinuva~ Sl.5. Ako niz sprovodnicite 1 i 2 te~e struja vo sprotivna nasoka, tie se odbivaat Koe e objasnuvaweto na ovie opiti? Sprovodnikot 1 se nao a vo magnetnoto pole, sozdadeno od sprovodnikot 2, (so primena na Amperovoto pravilo na desnata raka) e kon nas. Zna~i imame sprovodnik (1) vo magnetno pole. Sega da go primenime Flemingovoto pravilo na levata raka. Ako pokazalecot na levata raka go naso~ime kon nas ( vo nasoka na magnetnoto pole), a sredniot prst na levata raka vo nasoka na strujata, }e vidime deka na sprovodnikot 1 }e dejstvuva sila (vo nasoka na palecot) koja se stremi da go dobliì do sprovodnikot 2. I na sprovodnikot 2 }e dejstvuva sila. Istovremeno i toj se nao a vo magnetnoto pole, no vo poleto sozdadeno od sprovodnikot 1, tuka magnetnoto pole, e naso~eno od nas prema vnatre, pa zatoa i silata e sprotivna, kon sprovodnikot 1. Vo slu~aj na sprovodnici niz koi te~at sprotivno naso~eni strui, silite na dvata sprovodnika se sprotivno naso~eni, pa sprovodnicite kako da begaat eden od drug. Spored ovaa sila vo Me unarodniot sistem na merni edinici se definira edinicata za ja~ina na struja - amperot. Eve ja taa definicija: eden amper e ja~ina na elektri~na struja so nepromenliva golemina koja te~ej}i niz dva mnogu dolgi paralelni pravoliniski sprovodnici so ni{toèn napre~en presek, postaveni vo vakuum, na rastojanie od eden metar, predizvikuva pome u -7 tie sprovodnici sila ednakva na 2 10P na sekoj metar od nivnata dolìna.

76 Ja~inata na strujata e edna od sedumte osnovni fizi~ki veli~ini vo Me unarodniot sistem, a amper e edna od sedumte osnovni edinici. Ako elektri~na struja zna~i dvièwe na elektri~ni polneì, toga{ na koja i da bilo naelektrizirana ~estica {to se dviì, isto taka, }e dejstvuva Amperova sila. Amperovata sila igra mnogu golema uloga vo prirodata. Koga kosmi~kite zraci (naelektrizirani ~estici) }e upadnat vo Zemjinoto magnetno pole, tie se otklonuvaat (sl. 6). So toa e za{titen ìviot svet na Zemjata od {tetnite kosmi~ki zra~ewa. Sl. 6. Naelektrizirani ~estici od kosmosot skr{nuvaat od patekata kon Zemjata. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1.Kako }e se pridviì sprovodnikot MM' od sl. 7? 2. Dali na elektron koj se dviì so brzina normalna na magnetnite silovi linii }e dejstvuva magnetnoto pole? 3. Na internet stranicata You Tube.com pobarajte go video klipot Force on a Current in a Magnetic Field na adresata: _ Sl. 7. HTUThttp:// ex=46uth i prou~ete go. 4. Istoto napravete go i so video klipovite: Force Between Two Conductors na adresata HTUThttp:// S M M' N Vo ovaa lekcija nau~ivte Na sprovodnik so struja, postaven vo magnetno pole dejstvuva Amperova sila. Nasokata na Amperovata sila e opredelena so Flemingovoto pravilo na trite svieni prsta na levata raka: - pokazalec magnetno pole; - sreden prst nasoka na strujata, - palec nasoka na otklonot Sprovodnicite niz koi {to te~at paralelni strui se privlekiuvaat, a spovodnicite niz koi te~at sprotivno naso~eni strui se odbivaat. Amperovata sila doa a silno do izraz i vo prirodata. So nejzino dejstvo ìviot svet e za{titen od kosmi~ko zra~ewe

77 P i P }e 2.7. RAMKA SO STRUJA VO MAGNETNO POLE. ELEKTROMOTOR Dvièweto na ~etiriagolna ramka niz koja te~e struja, postavena vo magnetno pole, koe }e go prou~ime sega, }e vi pomogne da go razberete funkcioniraweto na elektromotorite. N I F -F I S Razgleduvame rotacija na ~etiriagolna ramka niz koja te~e struja, postavena vo magnetno pole. Niz ramkata se donesuva - struja preku kontaktite, SP SP P, koi se vikaat ~etki~ki. I izvor na struja C C K - a) Koga ramkata e postavena vo polo`bata kako na slikata 1.(a) i koga strujata niz nea te~e vo pokaànata nasoka, toga{ spored Flemingovoto pravilo na levata raka, na leviot rab na ramkata dejstvuva sila so nasoka od nas kon vnatre, a na desniot rab silata e sprotivno naso~ena, pa ramkata se zavrtuva. Silite {to go predizvikuvaat ova }e dejstvuvaat dodeka ramkata ne ja zafati polo`bata od sl.1.(b). N izvor na struja I C C K I - I S b) Sl. 1 Sprovodnik vo forma na ~etiriagolna ramka so vertikalna oska se nao a pome u polovite na magnet. (a). Povr{inata na ramkata e paralelna so magnetnite silovi linii. Kraevite se povrzani so polucilindri~ni delovi K (1 i 2), povrzani so izvor na struja. (b). Istata ramka postavena normalno, koga nasokata na strujata se menuva. Ramkata ovaa polo`ba ja odminuva vo moment koga strujata {to niz nea te~e }e ja promeni nasokata, pa ~etki~kata SP bide vo kontakt so vtoriot polucilindar - (2), a ~etki~kata SP Pso prviot polucilindar (1). Promenata na nasokata na strujata vo ramkata doveduva do toa ramkata da pravi celo zavrtuvawe, vra}ajki se vo polo`bata (a). Procesot se povtoruva i ramkata prodolùva neprekinato da se vrti. Uredot, koj avtomatski ja menuva nasokata na strujata, i so ~ija pomo{ se ovozmo- ùva neprekinata rotacija, se narekuva komutator. Taa uloga ovde ja igraat - polucilindrite K i ~etki~kite SP Pi SP P. Kolku e pojaka strujata {to te~e niz ramkata, tolku se silite koi na nea dejstvuvaat i ja zavrtuvaat pogolemi

78 P i ) Elektri~en motor za prava struja Elektri~en motor e ma{ina kaj koja doa a do pretvorawe na elektri~nata energija vo mehani~ka. Vakva pretvorba nastanuva i pri vrtewe na sprovodnik so oblik na ramka, ako niz nego te~e struja, a e postaven vo magnetno pole. Vo tehnikata, za da se zgolemi vrtliviot moment namesto edna ramka {to rotira, se zema namotka. Na slikata 2 e dadena {ema na dve takvi namotki. Namotkite se povrzani so komutator koj se sostoi od 4 dela, za da se ovozmoì promena na nasokata na strujata vo dvete namotki. Dvete namotki (crveno i zeleno ozna~eni) postaveni pod agol od 90P kolektor od 4 dela davaat 0 mnogu poramnomerna rotacija. Sekoj od ~etirite dela na kolektorot e povrzan so po eden od kraevite na kalemite. U{te poramnomerna rotacija, se dobiva so pove}e namotki postaveni pod ednakvi agli, naj- ~esto namotani okolu èlezno jadro. Sistemot od pove}e namotki postaveni vrz èlezno jadro, i koj moè da se vrti, se vika rotor na motorot. Za postojano napojuvawe so struja sluì kolektorot. Vo slu~ajot na slikata 2 toa se ~etiri dela, a kaj komutatorot od sl. 3 u{te pove}e. Sekoj del, preku ~etki~kite obezbeduva napojuvawe so struja na edna od namotkite. Mo}nosta na ovie motori moè da bide od redot na golemina na nekolku vati, pa i pomali (na primer, motor~iwa vo detskite igra~ki na baterija) i do stotici i iljadnici vati, na primer motorite vo elektri~nite vozovi, tramvai, trolejbusi ili eskalatori. N Sl.2. Delovi na elektromotorot Sl.3. Kolektor koj e vo kontakt so 20 kalemi na rotorot. Kako {to se gleda i toj ima tolku izolirani delovi na koi se dopreni ~etki~kite. - S Za sekoj ured, posebno za motorite, vaèn faktor e koeficient na polezno dejstvo (KPD), η. {to e daden so odnosot pome u dobienata (WBdB i vloènata energija (WBvB)B,. BToj obi~no se iskaàùva vo procenti: КПД = добиена енергија внесена енергија или и η = W W d v 100% KPD kaj ovie motori e mnogu golem i iznesuva i do 98%. Isto taka, ovie motori pomalku ja zagaduvaat ìvotnata sredina. Ne ispu{taat nikakvi gasovi nitu ~ad. Mali se po dimenzii i zgodni za rakuvawe. Ovde e objasneta gradbata na elektromotor za postojana struja. Postojat i elektromotori koi rabotat na naizmeni~na struja. I nivniot koeficient na polezno dejstvo e mnogu golem

79 Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1 Koi se prednostite na elektri~nite motori vo odnos na motorite so vnatre{no sogoruvawe? 2. Elektromotorot {to gi dviì trkalcata od va{ata igra~ka-avtomobil ima mo}nost od 1,2 W. Ako koeficientot na polezno dejstvo na ovoj motor iznesuva 90%, presmetajte kolkava rabota moè da izvr{i va{eto avtomobil~e za vreme od 2 s. (Odgovor: 2,16 J) 3. Razglobete ja va{ata stara igra~ka (na primer avtomobil~e) koja raboti so baterija (sl. 5) i pobarajte gi delovite na motorot. 4. Proanalizirajte gi video klipovite dadeni na internet: YouTube.com: How to make simple electromotor HTUThttp:// i HTUTHow to build a simple electric motor, plus how it works.uth pa }e dobiete ideja kako da konstruirate va{ elektromotor. Vo rabotnata tetratka imate opis isto taka za edna takva konstrukcija. Sl. 5. Delovi od edna razglobena detska igra~ka. Pri razglobuvaweto pobarajte go elektromotorot {to e vgraden vo nea. Pronajdete gi delovite: rotorot so kalemite, magnetite, kolektorot, ~etki- ~kite i dovodite za struja od baterijata. Analizirajte gi delovite. Vo ovaa lekcija nau~ivte So dejstvo na Amperovata sila se postignuva rotacija na ~etiriagolna ramka so struja vo magnetno pole. Toa e princip na elektromotorot. Vo elektromotorot doa a do pretvorba na elektri~na energija vo mehani~ka. Osnovni delovi na elektromotorot se: stator magnetno pole, rotor, kolektor i ~etki~ki. Koeficient na polezno dejstvo na motorot e odnos pome u dobienata i vloènata energija, obi~no iskaàn vo procenti. Elektri~en avtomobil so elektomotor. Akumulatorite se polnat na specijalni stanici (sli~ni kako benzinskite pumpi). Elektri~niot avtomobil ne zagaduva i raboti tivko. Hibridnite motori moàt da rabotat i na benzin i na elektri~en pogon

80 2.8. ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA Eksperiment 1 Ako eden sprovodnik ~ii{to kraevi se spoeni so galvanometar (instrument {to registrira mnogu slabi strui) go dviìme pome u polovite na eden potkovi~est magnet vo nasoka oddesno nalevo (vidi sl. 1a), niz galvanometarot }e pote~e struja. Otklonot }e ja promeni nasokata ako se promeni nasokata na dvièweto (sl.1b). Pri pobrzo dvièwe, otklonot na galvanometarot e pogolem, a ako gi dviìme zaedno sprovodnikot i magnetot, otklon ne se pojavuva. Ako sprovodnikot go dviìme vo nasoka na magnetnite silovi linii, gore-dolu na slikata1, galvanometarot ne pokaùva otklon. Zna~i deka e vaèn i agolot pome u nasokata na pomestuvaweto na sprovodnikot i magnetnite silovi linii. Najgolem otklon }e se pokaè toga{ koga dvièweto na sprovodnikot e normalno na silovite linii. I S B dvièwe N galavanometar A Sl. 1.a. Koga ìcata AV se dviì kon vnatre{nosta na magnetot, strelkata na galvanometarot se otklonuva na desno. A I S N B dvièwe 0 0 galvanometar Sl. 1.b. Pri sprotivnno dvièweto na ìcata AV nanadvor, strelkata na galvanometarot se otklonuva na levata strana. Doznavme deka dvièweto na sprovodnikot AV vo magnetno pole moè da predizvika te~ewe na struja. Pri~ina za ovaa struja e pojava na induciran napon na kraevite na sprovodnikot AV. Od druga strana, sekoga{ koga vo edno strujno kolo }e se pojavi napon, niz nego }e pote~e struja koja{to }e ja registrira galvanometarot. Pojavata se narekuva elektromagnetna indukcija, a strujata inducirana. Eksperiment 2 Induciraweto na strujata e mnogu poefektno ako namesto sprovodnik se koristi solenoid (sl. 2), vo koj se vnesuva ili izvlekuva pra~kast magnet. Galvanometarot pokaùva otklon sè dodeka postoi dvièweto. Pri dvièweto neophodno e sprovodnikot da gi se~e silovite linii na magnetot. Nasokata na strujata pri vnesuvaweto e edna, a pri vadeweto e sprotivna. Nasokata na strujata zavisi i od toa koj magneten pol se vnesuva, severen ili juèn. Dvièweto treba da e relativno, {to zna~i deka magnetot i solenoidot treba da se dviàt eden vo odnos na drug. Zna~i, istiot efekt }e se dobie ako magnetot go drìme vo miruvawe, a go dviìme samo solenoidot. Se pokaùva i ovde deka otklonot na galvanometarot e pogolem koga e pogolema brzinata na dvièweto. S S N N G G Sl. 2. Nasokite na struite pri vnesuvaweto i pri vadeweto na magnetot se sprotivni

81 pra~ka e Nasokata na induciranata struja se opi{uva so Flemingovo pravilo na desnata raka, koe glasi: ako trite prsti na desnata raka gi postavime pod prav agol i pokazalecot go postavime vo nasoka na magnetnoto pole, a dvièweto go pravime vo nasoka na palecot, nasokata na sredniot prst }e se sovpadne so nasokata na induciranata struja (sl.3). Od eksperimentite 1 i 2 moè da se zaklu~i deka inducirawe na napon nastanuva samo pri relativnoto dvièwe na sprovodnikot (kalemot na sl. 2) vo odnos na magnetot, t.e. samo koga doa a do se~ewe na magnetnite silovi linii. No, dali samo taka? Eksperiment 3 Razgleduvame poinakov opit. Galvanometar e povrzan so solenoid vo ~ija {to vnatre{nost e vmetnata drug solenoid so pomal presek, koj e povrzan so izvor na napon (sl.4) So pomo{ na prekinuva~ot se vklu~uva i isklu~uva strujata. [to zabeleùvate? Galvanometarot pokaùva otklon, zna~i do{lo do inducirawe na struja. Kakvi se otklonite pri vklu~uvawe i isklu~uvawe? Otklonite na galvanometarot pri vklu~uvawe i isklu~uvawe se sprotivni. Sega so pomo{ na otpornikot so lizga~ }e ja menuvame ja~inata na strujata. [to se zabeleùva? Povtorno doa a do inducirawe na struja. Koga go namaluvame otporot, ja zgolemuvame ja~inata na strujata, otklonot na galvanometarot e vo ista nasoka kako i pri vklu~uvawe na strujnoto kolo. Koga strujata ja namaluvame, sè duri go dviìme lizga~ot na otpornikot, }e se inducira struja. Otklonot na galvanometarot }e bide na istata strana dvièwe struja desna raka magnetno pole Sl. 3 Flemingovo pravilo na desna raka S 1 0 galvanometar prekinuva~ - otpornik izvor S 2 Sl. 4. Galvanometarot se povrzuva so soleniodot YB2B. Vo ovoj solenoid e vmetnat drug solenoid YB1B. Solenoidot B YB1 povrzan vo elektri~no kolo so izvor na struja, prekinuva~ i otpornik. kako i pri isklu~uvaweto na strujata. Otklonot se zgolemuva so brzinata so koja se dviì lizga~ot na otpornikot, odnosno so brzinata so koja se menuva ja~inata na strujata vo solenoidot YB1B. Eksperiment 4 So aparatura od sl. 4 se pravi sledniov opit. Pri vklu~eno strujno kolo, vnesete vo solenoidot YB1B od meko èlezo. [to moè da se vidi? Pri vnesuvaweto na pra~kata galvanometarot }e pokaè otklon, a istoto se poka- ùva i pri vadeweto na pra~kata, samo {to otklonot e sprotiven. I tuka, pri pobrzo vnesuvawe ili vadewe otklonot e pogolem. Vnesuvaweto i iznesuvaweto na pra~kata, vsu{nost, go menuva magnetnoto pole. [to moè da se zaklu~i od ovde?

82 SB2B so go e So vklu~uvawe na strujata, so zgolemuvawe na ja~inata na strujata, i so vnesuvawe na jadroto, magnetnoto pole na solenoidot se zasiluva. Sprotivno e, pri isklu~uvawe na koloto, namaluvawe na strujata ili vadewe na jadroto. Zna~i, vo site slu~ai nastanuva promena na magnetnoto pole, pa zaklu~uvame deka struja moè da se inducira i so promena na magnetoto pole. Od site 4 eksperimenti moè da se zaklu~i deka: koga sprovodnik gi se~e silovite linii na magnetnoto pole, ili koga se menuva magnetnoto pole vo koe se nao a daden sprovodnik, toga{ vo sprovodnikot se inducira (niknuva) elektromotorna sila (induciran napon), a koga takviot sprovodnik e del od zatvoreno kolo, niz koloto protekuva inducirana struja. Ova e sodrìnata na osnovniot Faradeev zakon za inducirana struja. Angliskiot fizi~ar Majkl Faradej vo 1831 god., po okolu desetgodi{no uporno eksperimentirawe, ja otkril pojavata elektromagnetna indukcija so koja, spored nego "se dobiva elektri~na struja so pomo{ na magnetizmot". Faradeevoto otkritie se smeta za edno od najzna~ajnite vo razvojot na ~ove~kata civilizacija spored vlijanieto za celokupniot ìvot na ~ovekot. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. [to mislite, }e se pojavi li otklon na galvanometarot vo eksperimentot opi{an so sl. 1, ako sprovodnikot go dviìme gore-dolu? 2. Opredelete ja nasokata na induciranata struja vo strujnoto kolo od crteòt na sl. 5, ako dvièweto na sprovodnikot e vo ozna~enata nasoka. Nacrtajte strelka. 3. Kon daden solenoid (sl. 6) se dobliùva severen magneten pol i vo nego se inducira struja. Ozna~ete gi polovite na induciranoto magnetno pole i nasokata na strujata vo koloto (so strelka). 4. Imate dva solenoida so razli~en napre~en presek (sl.7). Solenoidot so pogolem presek SB1B povrzan so izvor na struja, a toj so pomal presek galvanometar. ]e se inducira li struja, ako solenoidot SB2B vnesuvate vo SB1B? Objasnete. S N S 2 N S G S 1 G - Sl.5 Sl.6 Sl.7 Vo ovaa lekcija nau~ivte Vo prav sprovodnik, povrzan so galvanometar, se inducira struja koga toj se dviì vo magnetno pole. Induciraweto nastanuva samo vo slu~aj na postoewe na relativno dvièwe me u sprovodnikot i magnetnoto pole. Nasokata na induciranata struja se opi{uva so Flemingovoto pravilo na trite prsti na desnata raka: - pokazalec magnetno pole - palec nasoka na dvièweto - sreden prst nasoka na induciranata struja. Inducirawe na struja nastanuva i koga nema dvièwe, ako se menuva magnetnoto pole vo koe se nao a sprovodnikot, i toa koga toa raste ima edna nasoka, a koga se namaluva nasokata na strujata e sprotivna

83 2.9. LENCOVO PRAVILO ZA ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA Kakva e nasokata na induciranata struja? Postoi li nekoe zaedni~ko pravilo so koe moè da se objasni nasokata na induciranata struja. Za da go ustanovime ova, treba da se prisetime deka okolu sekoja struja se sozdava magnetno pole. Toa zna~i deka i induciranata struja sozdava magnetno pole. Toa se vika inducirano magnetno pole. Nasokata na induciranata struja se pokoruva na Lencovot o pravilo za inducirana struja koe glasi: nasokat a na induciranat a elekt ri~na st ruja e t akva {t o t aa so svoet o inducirano magnet no pole se st remi da se sprot ivst avi na pri~init e poradi koi t aa nast anala. Eksperiment 1 Obesete lesen aluminiumski prsten kako na sl.1 (moè da go napravite od prese~ena limenka) da visi slobodno, a vo nego vnesuvajte magnet. [to zabeleùvate? Pri vnesuvawe na magnetot, prstenot se odbiva, a pri negovoto iznesuvawe toj bega kon magnetot. Objasnuvaweto e slednovo: i pri vnesuvawe i pri izvlekuvawe na magnetot vo aluminiumskiot prsten se inducira struja. Pri~ina za nejzinoto sozdavawe e promenata na magnetnoto pole. Pri vnesuvawe na magnetot, poleto raste pa vo prstenot se inducira takva struja {to nejzinoto magnetno pole sozdava istoimen magneten pol so polot na magnetot na stranata kon prstenot (sl. 2), pa prstenot se odbiva. Obratnoto dvièwe sozdava namaluvawe na magnetnoto pole, pa induciranata struja sozdava raznoimen pol kon polot na magnetot {to se izvlekuva i doa a do privlekuvawe na prstenot kon magnetot. S N Sl.1. Pri vnesuvawe na magnetot, prstenot se odbiva. Ako potoa po- ~ekate da se smiri ni{aweto i magnetot go izvlekuvate, prstenot }e bide povlekuvan od magnetot. N I S S N Sl. 2. Pri vnesuvaweto, vo prstenot se inducira struja. Nejzinoto magnetno pole sozdava juèn pol koj e zavrten kon ju`niot pol od magnetot, pa polovite se odbivaat 72 72

84 e Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Se znae deka metalno pari~e, pu{teno slobodno da pa a, se zabavuva ako pa a pome u polovite na silen elektromagnet (sl.3). Kako }e ja objasnite ovaa pojava? 2. Interesen sli~en opit moè da vidite na video klipot na YouTube.com. Lenz's Law. Obidete se da go objasnite. Сл. 3. HTUThttp:// Majkl Faradej e eden od najpoznatite eksperimentatori na site vremiwa. Iako nedovolno obrazovan, negovite idei bile mnogu zna~ajni i se podloga na dene{nata teoriska elektrodinamika. Po dolgotrajno eksperimentirawe, ja otkril elektromagnetnata indukcija, {to se smeta za edno od najva`nite otkritija vo istorijata na ~ove{tvoto. Gi prou~uval i pojavite povrzani so struja vo te~nosti. Ima golem pridones i vo hemijata. Edinicata za elektri~en kapacitet go nosi imeto farad Michael Faraday spored negovoto ime. ( ) Vo ovaa lekcija nau~ivte Nasokata na induciranata struja vo koj i da bil slu~aj se opredeluva so zaedni~ko Lencovo pravilo. Lencovoto pravilo glasi: nasokata na induciranata elektri~na struja e takva {to taa so svoeto inducirano magnetno pole se stremi da se sprotivstavi na pri~inite poradi koi nastanala. Faradeev zakon za elektromagnetna indukcija (samo za onie {to sakaat da nau~at pove}e) Koga sprovodnikot go dviìme vo magnetnoto pole, se menuva brojot na magnetnite silovi linii {to go opfa}a strujnoto kolo. Do promena na brojot na silovite linii, isto taka, doa a i pri promena na ja~inata na magnetnoto pole, veli~inata - magnetnata indukcija. Brojot na silovite linii opfateni so koloto pretstavuva magneten fluks Φ. Toj e opredelen so relacijata Φ = BS, kade {to V e magnetnata indukcija, a Y plo{tinata na koloto. Induciraniot napon U e proporcionalen so vremenskata promena na magnetniot fluks: U Φ Φ t 0 =, kade {to Φ e magnetniot fluks po dvièweto ili promenata na magnetnoto pole, a ΦB0B magnetniot fluks na po~etokot. t e vremeto za koe nastanuva promenata na fluksot. Ovoj zakon pretstavuva osnoven zakon za elektromagnetnata indukcija, poznat i kako Faradeev zakon. Toj objasnuva zo{to induciraniot napon, a poradi toa i induciranata struja se tolku pogolemi kolku {to dvièweto na sprovodnikot vo odnos na magnetnoto pole trae pokuso vreme. Od ravenkata se gleda: t pomalo, U pogolemo. Isto taka, kolku e pobrza promenata na strujata toa zna~i i pobrza promena na magnetnata indukcija, tolku e pogolema induciranata struja. Zabeleùvate deka vo ovoj zakon od desnata strana stoi i znakot minus. Toj znak ja pojasnuva nasokata na induciranata struja, dadena so Lencovoto pravilo. Ako pri~ina za induciraweto na strujata e rastewe na magnetniot fluks, induciranata struja preku nejzinoto magnetno pole se sprotivstavuva na toa rastewe, ako pak pri~inata za induciraweto na strujata e namaluvawe na fluksot, magnetnoto pole na induciranata struja }e se sprotivstavuva na toa namaluvawe. Zna~i, induciranata struja se sprotivstavuva na pri~inata poradi koja doa a do nejzino sozdavawe

85 2.10. NAIZMENI^NA STRUJA Galvanskite elementi i akumulatorite davaat struja {to postojano te~e vo ista nasoka. No, vo prirodata najmnogu se sretnuvaat promenlivi strui. Isto taka, mnogu po~esto se upotrebuva naizmeni~nata struja struja ~ija nasoka i golemina postojano se menuvaat. Mnogu strui od biolo{kiot svet imaat promenliva vrednost i nasoka so tekot na vremeto. Elektroencefalogramot (EEG) e snimka na promenata na slabite strui {to doa aat od rabotata na mozokot, kako na slikata 1. Sl. 1. Promenlivi strui od mozokot struja T I 0 vreme Sl. 2. Sinusoidna struja. Zavisnost na ja~inata na strujata od vremeto Sl. 2b. Fotografija na sinusoidna struja dobiena so katoden osciloskop. Za dene{nata tehnika od najgolemo zna~ewe e sinusoidnata naizmeni~na struja. Toa e struja ~ija nasoka i pravec se menuvaat dosta pravilno po kriva koja nosi naziv sinusoida (sl. 2), pa zatoa i tie se vikaat sinusoidni strui. Po istekot na vremeto T, procesot na menuvaweto na strujata se povtoruva, pa velime deka strujata oscilira. Procesot na postojanoto rastewe i opa awe na strujata, koj se povtoruva, go narekuvame oscilacija, a vremetraeweto na oscilacijata se vika period (T). Maksimalnata vrednost na strujata se vika amplituda (IB0B). Za vakvata struja e va`na i fizi~kata veli~ina frekvencija (ili ~estota) f, {to e, vsu{nost, broj na oscilacii na strujata vo edinica vreme. Frekvencijata i periodot (T) se povrzani so relacijata: ili frekvencij a = f 1 = T 1 period Edinica za merewe na frekvencijata e herc so oznaka Hz. Vo fizikata postojat mnogu drugi oscilatorni pojavi. Za niv pove}e }e nau~ite vo poglavjeto: Oscilacii i branovi 74 74

86 Dobivawe naizmeni~na struja Нa sl. 3 e prikaàno dobivaweto na naizmeni~nata struja. Vo magnetno pole se vrti ~etiriagolna ramka. Taa e spoena so diskovite A i V na koi se dopiraat ~etki~kite, spoeni so eden galvanometar. Vo ramkata, poradi naizmeni~noto se~ewe na magnetnite silovi linii, se inducira struja koja ima de edna de druga nasoka. S N A B ~et ki~ki 0 galvanomet ar Sl.3. Pri vrtewe rabovite na ramkata gi se~at silovite linii, pominuvaj}i naizmeni~no de pokraj severniot de pokraj ju`niot magneten pol. Pri edno zavrtuvawe, strelkata na galvanometarot se pridviùva od nulta polo`ba do krajno leva polo`ba, pa se vra}a vo nulta polo`ba, se pomestuva do krajno desna polo`ba i potoa povtorno se vra}a vo prvobitnata. So pomo{ na sl. 4 }e go objasnime dobivaweto na sinusoidna struja pri edno zavrtuvawe na ramkata. I N S T/ Sl.4. Induciranata struja vo nekolku fazi od edno zavrtuvawe na ramkata. Izvor na naizmeni~nata struja {ematski se prikaùva so znakot. Vo ovaa lekcija nau~ivte Struja ~ija golemina i nasoka se menuva spored zavisnost opi{ana so sinusoida se vika naizmeni~na struja. Naizmeni~nata struja se dobiva so inducirawe na struja vo ~etiriagolna ramka koja rotira vo magnetno pole. Naizmeni~nata struja ja karakteriziraat: amplitudata, periodata i frekvencijata. T 1. Polo`ba koga ramkata ne gi se~e magnetnite silovi linii. Induciranata struja e nula. 2.Ramkata po~nuva da gi se~e silovite linii. Strujata se zgolemuva. 3.Ramkata maksimalno gi se~e silovite linii. Strujata e maksimalna. 4. Brojot na prese~enite linii se namaluva. 5. Kako i vo polo`bata 1, nema se~ewe na magnetnite silovi linii. 6. So natamo{noto vrtewe doa- a do inducirawe na struja vo sprotivna nasoka, pa krivata odi pod apscisata. 7. Povtorno nastanuva najgolemo se~ewe na magnetnite silovi linii i dobivawe maksimalna struja, no sprotivna po nasoka od onaa vo pol`bata 3 8. Goleminata na strujata povtorno se namaluva. 9. Po celo zavrtuvawe na ramkata, taa povtorno se vra}a vo prvobitnata polo`ba. Induciraniot napon, kako i strujata, se ednakvi na nula. Pri pove}e zavrtuvawa procesot se povtoruva pa taka vakva ramka pretstavuva izvor na naizmeni~na struja

87 2.11. GENERATORI ZA NAIZMENI^NA STRUJA So vrtewe na ramka vo postojano magnetno pole se dobiva struja. Zna~i so pomo{ na mehani~ka energija se dobiva elektri~na. Ma{inite koi go ovozmoùvaat toa se vikaat generatori ili alternatori (sl. 1). So vrtewe samo na edna ramka vo magnetno pole ne moè da se dobijat jaki strui. Poefektno e ako namesto edna ramka rotiraat pove}e navivki - golem kalem koj se vika rotor. Pokraj rotorot, koj e podvièn del, sekoj generator ima i stator, (magnet ili elektromagnet) koj e nepodvièn del. Na kraevite na rotorot ima metalni prsteni po koi se lizgaat ~etki~kite. êtki~kite ja sobiraat induciranata struja i preku sprovodnici ja transportiraat do korisnicite Generatorite na naizmeni~nata struja vo na{ata gradska mreà rabotat so frekvencija od 50 Hz (50 zavrtuvawa vo sekunda). Vo SAD gradskata struja ima frekvencija od 60 Hz. Generatorite se ma{ini so koi mehani~kata energija se pretvora vo elektri~na. Kaj elektromotorite, pak, so pomo{ na elektri~nata energija moè da se dobie mehani~ka. Poradi toa nadvore{niot izgled na eden generator e mnogu sli~en so toj na motorot. Kaj generatorite (sl.1) treba da se vnese energija za da se zavrti rotorot. Toa se postignuva so ogromni turbini koi se vrtat ili so voda (hidrocentralite), ili so pomo{ na zagreana vodena para pod visok pritisok (termocentrali), a koja se dobiva so sogoruvawe na gorivo (jaglen ili nafta). Kaj atomskite centrali, nuklearnata energija se koristi, isto taka, na zagrevawe voda. Vodenata para e so mnogu visok pritisok, taka {to nejzinata vnatre{na energija se pretvara vo mehani~ka, a ovaa vo elektri~na. Sl. 1. So pomo{ na visoki pritisoci na zagreana vodena para vo termocentralata doa a do rotacija na turbinata, koja go vrti rotorot od generatorot. Ako za vreme od 1 sekunda rotorot pravi edno zavrtuvawe, toga{ ja~inata na strujata za 1 sekunda }e ja promeni goleminata i nasokata i }e se vrati vo prvobitnata sostojba.. Takviot generator bi rabotel so frekvencija od 1 Hz. Хидроенергијата на водопадите на Нијагара Нуkлеарни реактори

88 P edna Trifazna struja Samo za onie {to sakaat da nau~at pove}e Vo sovremenata tehnika se koristat, glavno, generatori na trifazna struja. Trifaznata struja se prenesuva od generatorot preku tri sprovodnici, nare~eni fazi. Site tri fazi se dobivaat od ist generator. Generatorot za trifazna struja se sostoi, isto taka, od stator i rotor (sl. 2). Pri vrtewe na rotorot, sekoj pol na elektromagnetot prvo pominuva pokraj prviot kalem (1), pa po istekot na vreme potrebno da se napravi 1/3 zavrtuvawe, pominuva pokraj vtoriot (2), dodeka po vreme od 2/3 od vremeto potrebno za edno zavrtuvawe, pominuva pokraj kalemot (3). Ako edno zavrtuvawe se pravi za period T, toga{ vo sekoj od kalemite }e se inducira struja so zadocnuvawe od 1/3 T, vo odnos na prethodniot kalem (sl. 3). Fazite obi~no se ozna~uvaat kako R, S i T. Pri natamo{noto vrtewe na rotorot, ova postojano se povtoruva. Induciraniot napon vo trite kalemi moè da se pretstavi so grafikot {to e daden na slikata 3. Kako {to se gleda na sl. 2 ~etvrtiot sprovodnik na ovoj generator gi povrzuva zaedno site tri kalemi. Niz nego, ako trite fazi se ednakvo optovareni, ne te~e struja. Toj sprovodnik obi~no se 3 S N 1 0 -nula 2 R -faza T -faza 220 V 220 V S -faza 220 V Sl.2. Statorot na trifazen generator ima tri kalemi ~ii oski se postaveni pod agol od 0 120P vo odnos na druga. Po eden kraj, od sekoj od trite kalemi ja prenesuva strujata do potro{uva~ot, a drugite kraevi se povrzani me usebno vo eden sprovodnik, koj obi~no se vika nulti sprovodnik. Pome u kalemite na statorot se nao a rotorot, koj obi~no e elektromagnet, napojuvan so izvor na postojana struja (igra ista uloga na postojan magnet). Za podobro razbirawe, na slikata e nacrtan postojan magnet. U U R U S U T A B T/3 O 2T/3 T C Sl.3. Induciranite naponi vo trite kalemi se ednakvi, samo {to vo isto vreme ne se postignuvaat nivnite maksimalni, nitu nulti vrednosti. Velime tie se fazno odmesteni vika nulti sprovodnik. Pri koristewe na trifaznite strui potro{uva~ot se vrzuva pome u edna od fazite i nultiot sprovodnik. Toj napon vo gradskata mreà kaj nas iznesuva 220 V i se vika fazen napon. (Vo SAD toj iznesuva 110 V). Naponot pome u koi i da bilo dve fazi se narekuva me ufazen ili liniski napon. Toj vo gradskata mreà iznesuva 380 V. t Trifaznite strui gi izumil Nikola Tesla. Tie imaat mnogu prednosti. Taka, so rotacija na eden rotor se dobivaat tri naponi koi moàt oddelno da se koristat. Najgolema prednost im e {to ovozmoùvaat konstrukcija na trifazni motori koi denes se koristat vo najgolem broj slu~ai (nad 90%) vo industrijata

89 Nikola Tesla Nikola Tesla e roden vo selo Smiqan, vo okolinata na Gospi}, dene{na Republika Hrvatska, vo familija na pravoslaven sve{tenik. Studiral vo Grac i Praga, a rabotel prvo vo Budimpe{ta i Pariz, pa potoa vo Amerika. Bil golem pobornik za voveduvaweto na naizmeni~nite strui vo tehnikata. Gi prona{ol t.n. teslini strui, dobieni so negov transformator, vrtlivoto magnetno pole i pove}efaznite (trifaznite) strui. Spored negov proekt, na Nijagarinite vodopadi za prv pat e konstruirana elektri~na hidrocentrala. Go narekuvaat "ôvekot {to ja osvetli Amerika". Edinicata za magnetna indukcija - fizi~kata veli~ina so koja se opi{uva magnetnoto pole, spored nego, se vika tesla. Zada~i, pra{awa i aktivnosti 1. Kolkav e periodot na naizmeni~nata struja ~ija frekvencija iznesuva 50 Hz, a kolkav e ako frekvencijata iznesuva 60 Hz? 2. Koi od rotorite pobrzo rotiraat, onie vo SAD ili vo Evropa? 3. Zo{to vo rotorite na generatorite se postavuva èlezno jadro? 4. Kakva }e bide goleminata na ja~inata na strujata dobiena od eden generator za naizmeni~na struja, ako toj proizveduva napon od 110 V, a turbinata {to go vrti rotorot na generatorot e so mo}nost 18 kw? 5. Na slikata 4 se dadeni dijagramite za naizmeni~en napon na strui dobieni so razli~ni generatori. Opredelete gi od grafikot vrednostite na periodite, frekvenciite i maksimalnite golemini na naponite. 6. Moè li prezimeto na nau~nikot Nikola Tesla da se pi{uva so mala bukva, koga i {to zna~i? 7. Napi{ete doma{na zada~a (esej) za sè {to ste pro~itale za Nikola Tesla. Posluète se so knigi od biblioteka, enciklopedii ili so internet. U 1V U, V 10 V U 1 s Sl. 4 (a). 0,5 s t Sl. 4 ( b) Sl. 4. Na oskite na sekoj od graficite se dadeni soodvetnite vrednosti na vremenskata i naponskata skala t Vo ovaa lekcija nau~ivte Elektri~en generator e ured vo koj od mehani~ka se dobiva elektri~na energija. Mehani~kata energija se dobiva na razni na~ini, vo hidrocentralite, termocentralite i nuklearnite centrali. Osnovni delovi na generatorite se rotor (obi~no kalem koj se vrti), stator (magnet), i ~etki~ki preku koi strujata se odnesuva do potro{uva~ite. mreà iznesuva 380 V. Denes naj~esto se vo upotreba trifaznite generatori

90 2.12 TRANSFORMATORI Elektromagnetnata indukcija na{la primena i kaj uredite {to sluàt za pretvorawe na visokite naponi na naizmeni~nata struja vo niski ili obratno. Tie uredi se vikaat transformatori. Zo{to e potrebna takvata transformacija i kako se gradeni ovie uredi? Elektri~nata energija treba da bide prenesuvana na golemi rastojanija od elektri~nite centrali do domovite ili fabrikite. Vo toa e i nejzinata osnovna prednost vo odnos na drugite vidovi energija. No, pri prenosot na energijata eden nejzin del se "gubi" poradi zagrevaweto na sprovodnicite. Zagubata na energijata za zagrevawe na vodovite, vo tek na vreme t, e dadena so relacijata za Xulovata toplina W: 2 W = I Rt Zagrevaweto na vodovite e tolku pogolemo kolku {to se pogolemi otporot na sprovodnikot R i ja~inata na strujata I {to te~e niz nego. Za da se namali, treba ili da se namalat otporot ili ja~inata na strujata. Otporot se namaluva so zgolemuvawe na napre~niot presek na vodot {to e skapo i neizvodlivo. Zatoa, pri prenosot na elektri~nata energija na pogolemi rastojanija se odi kon namaluvawe na ja~inata na elektri~nata struja. No, pri prenosot treba da se zapazi mo}nosta (setete se mo}nosta P=UI). Toa zna~i deka, za da se namali strujata, treba da se zgolemi naponot. Vo tehnikata pri prenos na energijata se koristat mnogu visoki naponi od 3300 V pa i do V. Tie naponi se opasni za ìvot. Takvite visokonaponski strui za da se koristat treba da se transformiraat vo strui so nizok napon i jaka struja (sl.1). Ponekoga{ i vo eden ist ured e potrebno da se koristat razli~ni naponi. Takvi sostojbi postojat kaj televizorot, na primer, no i kaj mnogu drugi uredi. Zatoa e potrebno transformirawe na naponot, a so toa i transformirawe na strujata. Sl.1 Transformatorite vo blizina na na{ite domovi visokonaponskata slaba struja ja pretvoraat vo niskonaponska pojaka struja. Primer: Edna ista mo}nost od 1000 W moè da se dobie ako se zeme: (1) napon od 20 V i ja~ina na struja od 50 A, ili (2) napon od 2000 V i struja od 0,5 A. Imaj}i ja predvid relacijata za oslobodenata toplina, za vrednostite pod (2) t. e. koga strujata e 100 pati poslaba, zagubite se pati pomali. Transformatorot raboti na principot na elektromagnetna indukcija. Toj se sostoi od dve kola primarno (vlezno) koe e povrzano so izvor na struja i sekundarno (izlezno) koe e povrzano so potro{uva~ot. Primarnoto i sekundarnoto kolo se namotani na zaedni~ko èlezno jadro (videte ja slikata 2)

91 UBsB e P (ako P i na e i. Koga primarnoto kolo }e se vklu~i na izvor na naizmeni~en napon, niz koloto te~e struja so sinusoidna promena na goleminata. Poradi promenliviot karakter na strujata vo jadroto se sozdava promenlivo magnetno pole. Ova promenlivo magnetno pole e pri~ina za inducirawe na naizmeni~en napon vo sekundarnoto kolo (kako, vidi na slikata 2). 1V ~ 1V 1V ~ 1V 1V 1V ~ 2V a) b) v) 80 Sl.2. Levo primarno kolo, desno sekundarno na zaedni~ko jadro. a) Naponot od 1 V od primarot vo sekundarot inducira ednakov napon. b) Sekundarot go pravat dve nezavisni kola. Naponot na primarot inducira i vo dodadenoto kolo na sekundarot ednakov napon, bidej}i i ova dodadeno kolo se nao a vo prostorot vo koj doa a do isti promeni na magnetnoto pole. v) Naponot od dve kola so po eden volt kako (b) e ekvivalenten so induciraniot napon od 2 V vo edinstvenoto sekundarno kolo so dve navivki. 80 Odnosot pome u naponot na primarnoto kolo UBpB naponot na sekundarnoto kolo ednakov na odnosot pome u brojot na navivkite nbpb primarniot kalem i brojot na navivkite na sekundarniot kalem nbsb: broj navivki vo primar napon na primar = broj navivki vo sekundar napon na sekundar Bidej}i mo`e da se smeta deka mo}nosta P na primarot BIBpBUBpB PBp = ednakva so mo}nosta na sekundarot BIBsBUBsB PBs = se zanemarat zagubite na energijata), za transformatorite va`at slednive ravenstva: U U p s U U p s n = n p s Is = I p ili ; ; U p I p I I p s U p = U U s n = n I s p s s a) Sl. 3. Simboli za траnsformatorot: (a) namaluvawe na naponot n p > ns (b) zgolemuvawe na naponot n < n Ako brojot na navivkite vo primarot e pomal od brojot na navivkite na sekundarot, naponot na primarot se transformira vo povisok napon (nbp B< nbsb UBp B< UBsB), no toga{ ja~inata na strujata vo primarot e pojaka od strujata vo sekundarot IBp B> IBsB. Mo`no e i obratnoto, so transformatorot naponot da se namaluva, a ja~inata na strujata da se nagolemuva. Toa stanuva kaj transformatorite kaj koi nbp B> nbsb Vo dene{nite centrali se generiraat trifazni strui, pri {to site tri fazi se transformiraat na pogore opi{aniot na~in. Vo na{ata zemja postojat pove}e hidrocentrali, najpoznati se: Mavrovskite (Vrutok so mo}nost od 150 MW, Raven so 19,2 MW i Vrben so 12,8 MW) i dve termocentrali: Bitolskata (koja koristi jaglen) i ima tri agregati, sekoj so mo}nost od po 225 MW i Negotinskata koja raboti na mazut. Hidrocentralata Kozjak, pu{tena pred 5 god., e so mo}nost 80 MW. n n p s b) p s

92 [ematski prikaz na prenos na elektri~nata energija od elektri~nata centrala do potro{uva~ite T S V R V fabrika V elektri~na centrala transformator dalnovod dalnovod transformatorski potstanici, moè da gi ima i pove}e Sl. 4. Strujata {to se dobiva od elektri~nata centrala moè nekolku pati da se transformira pa potoa da bide koristena. Prvo taa se pretvora vo visokonaponska, a potoa so pove}e transformatorski potstanici vo niskonaponska. dom 220 V pome u sekoja faza i nula Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Kolkava struja te~e niz svetilkata na sl.5? Kolkav napon vladee na nejzinite kraevi? Ako svetilkata ima mo}nost od 10 W, }e sveti li so poln sjaj? 2. Kolkav e naponot na kraevite na svetilkata dadena na sl. 6 kolkava struja te~e niz nea? 3. Kakva struja te~e niz sekundarot od slikata 7? a) malku pojaka od onaa vo primarot b) malku poslaba od taa vo primarot v) mnogu pojaka od strujata vo primarot g) mnogu poslaba od taa vo primarot d) ista so taa vo primarot. Objasni. 4. Konstruirajte transformator. So jadroto rastavliv transformator, dva kalema (so razli~en broj navivki), dva voltmetra za naizmeni~en napon, dva ampermetra i eden otpornik so soodveten otpor, moè da konstruirate va{ transformator i da gi proverite odnosite me u brojot na navivkite i soodvetnite naponi, odnosno ja~ini na strui. Po{iroko objasnenie za ova moè da se najde vo tetratkata so rabotnite listovi. ~ 120 V 100 navivki 12 V - 1 A 10 navivki Sl navivki Sl. 6 ~ primar Sl navivki 10 navivki sekundar Vo ovaa lekcija - nau~ivte So uredot transformator moè da se menuva goleminata na naponot, kako i goleminata na ja~inata na strujata. Transformatorot se sostoi od primaren kalem, povrzan vo primarno kolo, èlezno jadro i sekundaren kalem povrzan so sekundarno kolo. Ja~inite na struite vo soodvetnite kola (primarno i sekundarno) se obratno proporcionalni so brojot na navivkite. Za prenos na elektri~na energija na dale~ina vo vodovite strujata treba da bide visokonaponska, a za koristewe strujata se transformira vo struja so ponizok napon, a pogolema ja~ina

93 STRUJA VO DOMOVITE i MERKI ZA BEZBEDNOST OD STRUEN UDAR Vo na{ite domovi strujata doa a kako takanare~ena trifazna struja. Toa zna~i se doveduvaat trite fazni vodovi i nultiot. Potro{uva~ite se vrzuvaat so eden fazen i nulti vod. Golemite potro{uva~i ponekoga{ gi koristat trite fazi. Taka, na primer, {uko-vklopnikot za elektri~niot {poret ima 3 fazi, nula i zazemjuvawe. Nie }e prosledime kako se koristi samo edna od fazite. Po vleguvaweto vo ku}ata elektri~nite sprovodnici prvo se doneseni do glavniot osiguruva~ (sl.1 ). Potoa strujata minuva niz elektri~noto broilo so ~ija pomo{ se meri potro{enata elektri~na energija. Spored pro~itanata vrednost na potro{enata elekri~na energija se presmetuva smetkata {to treba da se plati. Od broiloto, strujata se donesuva na razvodna tabla (obi~no postavena vo hodnikot na stanot) napravena od dobar izolator. Na nea se ovozmoùva strujata da se razgranuva za pove}eto potro{uva~i: granka za {uko - utika~i za potro{uva~i so pogolema mo}nost, svetilki, granka za edna ringla na elektri~niot {poret, granka za elektri~noto yvon~e i sl. fazen vod glaven osiguruva~ f broilo 220 V 50 Hz osiguruva~i svetilki рингли nulti vod {uko bojler zazemjuvawe razvodna tabla {uko Sl. 1. Elektri~na instalacija vo stan. Od levo kon desno, vlezni vodovi, glaven osiguruva~, broilo, razvodna tabla so osiguruva~i, granki na potro{uva~i so i bez zazemjuvawe. Sekoja od tie granki moè da sodrì edno ili pove}e strujni kola, site povrzani paralelno pome u sebe. Na po~etokot na sekoja od tie granki se postavuva osiguruva~. Postavuvaweto na osiguruva~ite na sekoja granka e potrebno poradi toa {to ako vo instalacijata postoi samo eden osiguruva~, toga{ pri negovo prekinuvawe celiot stan (ili ku}a) }e ostane bez struja. Va`no e da se znae deka osiguruva~ite se postavuvaat sekoga{ na takanare~en fazen sprovodnik, a ne na nultiot vod. Koga po gre{ka bi bile postaveni na nultiot vod, toga{ so isklu~uvawe na osiguruva~ot strujata ne bi te~ela, no fazniot sprovodnik i natamu bi ostanal pod napon vo odnos na zemjata, pa opasnosta od struen udar ne bi bila nadminata. Taka, licata {to treba da go otstranat defektot bi bile vo opasnost. Mnogu va`na uloga imaat osiguruva~ite koi, ako se ispravni i pri dobra instalacija, treba prvi da pregorat i da go prekinat te~eweto na strujata. Za{tita od struen udar Rakuvaweto so struja treba da bide mnogu vnimatelno, zatoa {to taa moè da predizvika smrt ili te{ki povredi na ~ove~kiot organizam.

94 80 Ω 460 Ω 125 Ω 125 Ω 460 Ω 15 Ω 840 Ω 840 Ω Sl. 2. Otpor na oddelni delovi na ~ove~koto telo. Efekti od razni ja~ini na strujata niz ~ove~koto telo Ja~ina na struja Efekti vrz ~ove~kiot organizam 0,5 ma ~uvstvo vo vid na bockawe 5 ma ~uvstvo na bolka 10 ma gr~ewe na muskulite so ote`nato di{ewe 100 ma strujata e smrtonosna faza za{titno zazemjuvawe nula Sl. 3. Zazemjuvaweto e dopolnitelna za{tita Opasnosta poteknuva ottamu {to ~ove~koto telo e sprovodlivo za elektri~nata struja. Otporot pome u razli~ni to~ki zavisi od mnogu faktori i moè da ima vrednosti od 10 do Ω. Sekoj vid tkivo ima razli~na golemina na elektri~niot otpor (sl. 2). Vnatre{nite organi na teloto imaat zna~itelno pomal otpor od koàta. Ako nekoj dopre neizoliran sprovodnik pod napon, negovoto telo stanuva del od strujnoto kolo i niz nego }e pote~e struja. Ako instalacijata e propisno napravena, a nie ne gi dopirame mestata pod napon, ne bi trebalo da dojde do struen udar. Spored toa, za{titata od struen udar se zasniva vo prv red na toa nikoga{ da ne se dopira sprovodnik pod napon, nitu metal koj bi bil vo kontakt so takva ìca pod napon. Vo doma{nite elektri~ni uredi koi gi koristime, ìcite {to ja doveduvaat strujata se za- {titeni so izolatorski obvivki taka {to ~ovekot ne moè da dojde vo kontakt so vodovite pod napon. Me utoa, neophodna e doplonitelna za{tita nadvore{nite metalni delovi so zazemjuvawe. Zazemjuvaweto na nadvore{nite metalni delovi se izveduva taka {to tie delovi se povrzuvaat so ìcata povrzana so koja gi povrzuva nadvore{nite metalni delovi se povrzuva so kontaktot zemja na {uko {tekerot (vidi sl. 3) preku koj se obezbeduva siguren kontakt so zemjata. Taka, vo slu~aj na o{tetuvawe na izolaciite na dovodnite ìci pod napon i eventualen kontakt pome u vodot pod napon i metalniot nadvore{en del, zazemjuvaweto obezbeduva za{tita, bidej}i strujata odi preku vodot zemja do zemjinoto tlo. Ona {to go o{tetuva teloto na ~ovekot e toplinskoto dejstvo od te~eweto na strujata. Osobeno e opasno dejstvoto na strujata vrz gr~eweto na srceviot muskul. Goleminata na strujata IBTELOB zavisi od goleminata na naponot U i od otporot na ~ove~koto telo RBTELOB: I = ТЕЛО U R ТЕЛО Vo gornata tabela se dadeni vlijanijata na strujata vrz ~ove~kiot organizam. Se smeta deka struja posilna od 10 ma ve}e moè da predizvika trajno o{tetuvawe na organizmot. Opasnosta e zna~itelno pogolema ako strujata prote~e niz srceto ili 83 83

95 negovata blizina. Gr~eweto na muskulite na unesre}eniot e pri~ina {to naj~esto toj sam ne moè da se oslobodi od sprovodnikot pod napon. Ako elektri~niot napon dejstvuva pome u dve to~ki na teloto, toga{ na otporot na teloto treba da se dodade otporot na koàta. Ovoj otpor e pogolem od otporot na drugite delovi, no ako koàta e vla`na ili ispotena, toj otpor zna~itelno se namaluva. Како може да дојде до електричен шок? Електричен шок може да настапи ако едната рака, или некој друг дел од вашето тело е во контакт со извор на електрична стуја, а со друг дел од телото имате допир со зemjata, тогаш телото ја спроведува стујата и човекот доживува електричен шок. На сликата е прикажан случај кога човек со една рака е во контакт со тостерот (под напон) а до другата рака ја допира чешмата (metalen sprovodnik povrzan so zemjata). Во бањите треба многу да се внимава со употребата на електрични уреди (бојлери, фенови и електрични греални) за време на капењето. Најбезбедно е да бидат исклучени. Pri pruàwe pomo{ na `rtva od elektri~en {ok mora mnogu da se vnimava i spasitelot da ne stane `rtva. 1. Pred sè treba da se isklu~i dovodot na struja. 2. Ako toa ne e mo`no, treba so pomo{ na izloatorski stap da se proba `rtvata da se odvoi od elektri~niot kontakt. 3. Duri potoa mu se pruà pomo{ na unesre}eniot. Za za{tita od struen udar treba da se rakovodime od slednive pravila: 1. nikoga{ da ne se vr{at promeni na svetilki, ili popravki na nekoi elektri~ni uredi pri vklu~en napon; 2. pri sostavuvawe na strujni kola nikoga{ da ne se koristat o{teteni sprovodnici ; 2. pri pregoruvaweto na osiguruva~ite na elektri~nata struja, tie da se zamenat so soodvetni za propi{anata ja~ina na struja; 3. site aparati so pogolema mo}nost treba propisno da se zazemjeni; 4. u~enicite vo u~ili{tata moàt da vr{at eksperimenti ili merewa po fizika samo pri niski naponi. No i pritoa, sekoja {ema se vklu~uva duri toga{ otkako }e ja proveri nastavnikot. Sekoja promena na {emata se vr{i samo so isklu~en izvor na napon. Za{tita od atmosfersko praznewe Vo na{ite domovi kako i drugite objekti pokraj strujnata instalacija naj~esto se pravi i za{tita od atmosfersko praznewe. Gromobranot za prvpat bil konstriuran od Franklin. Toj pretstavuva metalna pra~ka, za{ilena na vrvot i se postavuva na najvisokoto mesto na objektot {to se za{tituva. Ovaa pra~ka e povrzana so podebela bakarna ìca so bakarna plo~a, koja e dobro zakopana vo zemja. Bezbednata zona {to ja {titi vakviot gromobran ima 84 84

96 Pra{awa, zada~i, aktivnosti forma na konus, ~ij dijametar na osnovata e pribli`no ednakov na visinata na gromobranot. Podobra za{tita se pravi so t.n. mreèsti gromobrani-metalni lenti postaveni na rabovite na pokrivite na objektite koi, isto taka, treba da se dobro povrzani so zemjata. Kaj gromobranot doa a do izraz efektot na {ilec so koj se sozdava silnoto elektri~no pole, pa okolu nego vozduhot se jonizira i taka poleka polneòt od oblacite go odveduva vo zemja. Ako i udri grom vo gromobranot, poradi dobrata povrzanost so zemjata, prazneweto odi direktno vo zemjata, za{tituvaj}i go objektot. Ako sme se na{le na otvoreno nebo za vreme na luwa, treba da ne se zadrùvame pod visoki osameni drva, nitu da bideme najvisokiot sprovodnik. Isto taka, treba da sme podaleku od zapalen ogin, bidej}i jonite okolu oginot moè da go privle~at prazneweto i niz na{eto telo. 1. Ona {to go o{tetuva teloto na ~ovekot e te~eweto na strujata. Dalnovodite se so mnogu visok napon, pa dopiraweto na delovi od takva instalacija e, re~isi, sekoga{ fatalno. Kaj tie instalacii dopirot ne mora da e neposreden, bidej}i ako vo blizina na takviot sprovodnik se najde ~ovekot, moè da preskokne iskra na rastojanija od desetici centimetri. Zatoa vodovite kaj dalnovodite se postaveni na izolacioni drà~i, podignati na viso~ina od desetici metri, i eden od drug na rastojanie od pove}e metri. Takvite dalnovodi obi~no se daleku od naseleni mesta i na niv postoi znak za predupreduvawe (òlta mrtove~ka glava). Dali ste pro~itale ili ~ule za nekoja slu~ka na fatalen struen udar vo blizina na dalnovod? Ako ste pro~itale, prodiskutirajte ja slu~kata so va{iot nastavnik i sou~enicite. 2. Sredniot otpor na ~ovekot iznesuva 2000 Ω. Presmetajte kolkava struja }e prote~e niz teloto, ako nekoj go dopre fazniot vod. (Odgovor: I = 110 ma) 3. Vo vla`ni prostorii ili metalni podlogi, otporot na ~ovekot iznesuva samo 1000 Ω. Kolkava struja }e prote~e niz ~ove~koto telo ako slu~ajno se fati za dvata fazni voda? (Pomo{: naponot pome u dva fazni voda e 380 V). (Odgovor: I = 380 ma). 4. Na internet stranica YouTube.com pogledajte ja videosnimkata Strujni udar i prokomentirajte zo{to do{lo do nesre}ata. Vo ovaa lekcija nau~ivte Strujata vo na{ite domovi se grana, taka {to sekoj potro{uva~ e vrzan paralelno so dovodot. Za sekoja granka, na fazniot vod (vodot so povisok potencijal) se postavuva osiguruva~. Rakuvaweto so struja treba da bide mnogu vnimatelno, zatoa {to strujata moè da predizvika smrt ili te{ki povredi na ~ove~kiot organizam. Struja pojaka od 10 ma trajno go o{tetuva organizmot. Strujata niz organizamot U se opredeluva spored Omoviot zakon: I ТЕЛО = RТЕЛО Za za{tita od struen udar sekoga{ treba da gi imame predvid va`nite pravila: da ne se raboti ni{to so strujni kola ako e vklu~en napon, pri rabota da ne se koristat ìci so o{teteni izolacii, pri pregoruvawe na osiguruva~i tie da se zamenat so novi, aparatite da se propisno zazemjeni, u~enicite pri rabota so struja da ne vklu~uvaat struja pred da im ja pregleda nastavnikot eksperimentalnata {ema. Oddelnite delovi na ~ove~kiot organizam imaat razli~en otpor. Najmal otpor imaat tkivata na vnatre{nite organi

97

98 3. 1. OSCILACII. OSNOVNI POIMI Okolu nas postojat dvièwa koi postojano se povtoruvaat. Ramnomernoto vrtewe na telo okolu oska, ni{aloto na yidniot ~asovnik, iglata na {iva~kata ma{ina, pulsot na srceto na ~ovekot, prilivot i odlivot kaj moriwata i okeanite, dvièwata na planetite okolu Sonceto se samo nekoi od primerite kaj koi se povtoruva eden ist ciklus na dvièwe. Osobeno va`ni se periodi~nite oscilatorni dvièwa. Osnovni veli~ini kaj oscilatornoto dvièwe Dvièwata koi se povtoruvaat to~no po istekuvaweto na odreden vremenski interval se nare~eni periodi~ni, a vremetraeweto za koe{to se vr{i povtoruvaweto na eden ciklus od dvièweto se vika period (T). Nekolku opiti }e ni gi pojasnat osnovnite elementi na takvite dvièwa. Eksperiment 1. Na ~eli~na pruìna e obesen teg {to miruva i se nao a vo polo`ba O (sl.1). Zemjinata teà e uramnoteèna so elasti~nata sila na pruìnata. Ovaa polo`ba ja vikame ramnote`na polo`ba. Ako tegot go istegneme postavuvaj}i go vo mestopolo`bata A, toj }e se vrati najprvo vo polo`bata O, a potoa vo polo`bata V, a potoa povtorno }e se vrati vo polo`bata O. Procesot se povtoruva. Teloto go pravi celiot ciklus, dvièj}i se gore-dolu okolu ramnote`nata polo`ba O. Maksimalnite oddale~enosti od polo`bata O se ednakvi no sprotivno naso~eni Ο Α = ΟΒ. O A OA O B OB O Sl.1. êli~na pruìna i obesen teg. Pri ova dvièwe gore-dolu od ramnote`nata polo`ba velime deka teloto oscilira, a sèvkupnosta od site mestopolo`bi pri preminot OAOBO se vika oscilacija. Sistemot koj vr{i oscilatorno dvièwe se narekuva oscilator. Vo opi{aniot eksperiment toa e pruìnata so tegot. Pomestuvaweto od ramnote`nata polo`ba se vika elongacija, a maksimalnoto pomestuvawe amplituda. Broj na oscilacii vo edna sekunda pretstavuva frekvencija na osciliraweto. Se beleì so f, a se meri vo herci, oznaka (Hz). Herc e frekvencija na takvo oscilatorno dvièwe pri koe za edna sekunda nastanuva edna oscilacija

99 Pome u periodot na osciliraweto i frekvencijata postoi univerzalna vrska: frekvencijata na osciliraweto e ednakva na recipro~nata vrednost na periodot: 1 1 f = ili soodvetno T =. T f Sekoj oscilator si ima svoja sopstvena frekvencija. Za da nastane oscilatorno dvièwe na teloto treba da mu dejstvuva odredena periodi~na povratna sila koja postojano te`nee teloto da go vrati vo ramnote`nata sostojba. Vo eksperimentot 1 ulogata na taa sila ja ima elasti~ata sila na pruìnata, {to nastanala poradi istegnuvaweto. Harmoniski oscilacii Ako periodi~nata povratna sila (F) e pravoproporcionalna so elongacijata na teloto (y) i e naso~ena kon ramnote`nata polo`ba, toga{ osciliraweto se vika harmonisko: F = ky Ovde k e konstanta na povratnata sila. Od ovaa ravenka se gleda deka kolku e pogolema elongacijata tolku e pogolema i silata. Kaj takvite oscilacii zavisnosta na elongacijata od vremeto e sinusoida (sl. 2). (So sinusoidata ve}e se sretnavte kaj naizmeni~nata struja.) Eksperiment 2 Ulogata na povratnata sila ne mora da bide od elasti~na priroda. Toa go pokaùva primerot od slikata 3. Top~eto se vra}a vo ramnote`nata polo`ba pod vlijanie na edna komponenta na Zemjinata teà. Koga top~eto }e se izmesti od ramnote`nata polo`ba, pod vlijanie na taa komponenta koja se stremi da go vrati vo polo`bata O, toa oscilira povtoruvaj}i mestopolo`bi OAOBO. Malo top~e so zanemarliva masa obeseno na konec se vika matemati~ko ni{alo. Ампли туда Период Време Sl.2. Elongacijata zavisi od vremeto taka {to vo tekot na edna oscilacija, koja nastanala za vreme od eden period T, zavisnosta opi{uva sinusoida. F O P A Sl. 3. Top~e obeseno na konec miruva vo polo`bata O. Zemjinata teà P r e uramnoteèna so silata na zategnuvawe F r. O B Ako agolot {to go zafa}a pravata vo nasoka na konecot pri amplitudnata polo`ba i konecot pri ramnote`nata polo`ba e mal (vidi slika 3), ni{aweto e harmonisko. Vo tekot na osciliraweto, energijata na teloto postojano se pretvora od potencijalna vo kineti~ka i obratno. Taka, vo momentot koga toa e maksimalno izmesteno od ramnote`nata polo`ba (polo`ba A), toa ima maksimalna potencijalna energija. Koga ja odminuva ramnote`nata polo`ba (O) teloto ima maksimalna brzina, zna~i maksimalna kineti~ka energija. Odej}i kon polo`bata V, negovata kineti~ka energija postepeno se pretvora vo potencijalna. Vo polo`bata V, kineti~kata energija mu e ednakva na nula (tamu brzinata stanala nula) pa celata negova energija se pretvorila vo potencijalna. Potoa doa a do natamo{ni pretvorawa na energijata

100 Vo realnosta, poradi trieweto, del od mehani~kata energija se gubi, pa ako ne se nadomestuva, osciliraweto po nekoe vreme prestanuva. Eksperiment 3 Zavisnosta na elongacijata na ni{aloto vo zavisnost od vremeto moè da se pokaè so ni{alo koe namesto top~e kako ni{alo ima sad so pesok {to istekuva (sl. 4). Pod ni{aloto se postavuva tenka plo~a ili list hartija. Ni{aloto se pu{ta da ni{a i pritoa pesokot da istekuva, a plo~ata se izvlekuva vo pravec normalen na ni{aweto. Na plo~ata se ispi{uva sinusoida. Pridu{eni oscilacii Poradi postoewe na trieweto, sekoj realen oscilator gubi del od svojata energija, pa na oscilaciite im se namaluva amplitudata. Takvite oscilacii se narekuvaat pridu{eni (sl.5). Bidej}i trieweto ne moè da se eliminira site realni oscilatorni dvièwa se pridu{eni. Takvo dvièwe e i toa opi{ano so slikata 4. konusot oscilira napred-nazad Listot se vle~e so v=const Sl.4. Sinusoiden karakter na oscilatornoto dvièwe. Osciliraweto na ni{aloto-konus od koj te~e pesok e vo nasoka napred-nazad. Vle~eweto na listot se pravi odlevo nadesno, i toa so ramnomerna brzina. Amplitudata na sinusoidata se namaluva poradi trieweto. y t Sl. 5. Pridu{eni oscilacii [ Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Eksperimentot 3, opi{an so sl. 4, moè da se izvede i taka {to namesto pesok {to istekuva }e se upotrebi te~nost {to istekuva. Obidete se sami da go napravite eksperimentot so te~nost, oboeno mastilo, na primer. Ako pod ni{aloto so te~nost ramnomerno dviìte eden karton vo nasoka normalna na ni{aweto }e dobiete ispi{ana slika, analogna na taa od na slikata Nabrojte pove}e oscilatorni dvièwa. Dali se tie pridu{eni? Vo ovaa lekcija nau~ivte Dvièwa koi se povtoruvaat po ist vremenski interval se vikaat periodi~ni. Periodot e vreme za koe se vr{i edna oscilacija. Frekvencija e broj na oscilacii vo edinica vreme. Periodot e ednakov na recipro~nata vrednost na frekvencijata i obratno. Elongacija e koe i da bilo rastojanie od ramnote`nata polo`ba, a maksimalnoto rastojanie e amplituda. Ako osciliraweto ima sinusoiden oblik, toga{ se vika harmonisko. Vakvoto oscilirawe e predizvikano od povratna sila F koja e proporcionalna na elongacijata y i naso~ena kon ramnote`nata polo`ba, F = ky., kade k e konstanta. Realnite oscilacii sekoga{ se pridu{eni. Kaj niv amplitudata se namaluva so tek na vremeto

101 3. 2. MATEMATI^KO NI[ALO. PRISILENI OSCILACII. REZONANCIJA Top~e so zanemarliva masa, obeseno na konec moè da go smetame za matemati~ko ni{alo (sl.1). Eksperiment 1 Kako da se izmeri periodot na edno matemati~ko ni{alo? Edno matemati~ko ni{alo se izveduva od ramnote`nata polo`ba. So stoperica se meri vremeto za koe ni{aloto }e napravi 10 polni oscilacii (OAOBO). Periodot se A B dobiva koga ova vreme }e se podeli so 10. O Povtorete go eksperimentot taka {to amlitudata na osciliraweto da ja zgolemite, ili namalite i }e vidite Sl. 1. Matemati~ko ni{alo. deka periodot nema da se promeni. Eksperiment 2 Paralelno so ni{aloto od prethodniot eksperiment, postavete drugo, so ista dolìna, no so razli~na masa. Sega, izmerete go so {toperka vremeto za koe vtorovo ni{alo }e se napravi 10 oscilacii. [to voo~uvate? Periodot na osciliraweto nema da se promeni. Ako dvete ni{ala gi pu{tite istovremeno da ni{aat, tie }e osciliraat sinhrono. (Vo isto vreme }e bidat vo maksimalni polo`bi, vo isto vreme vo ramnote`ni polo`bi i t. n.) Eksperiment 3 Ako ni{aloto upotrebeno vo prethodnite eksperimenti ima{e odredena dolìna, sega zemete ni{alo so 4 pati pogolema dolìna. Sporedete gi periodite na ni{awe na ovie dve ni{ala. Za periodot na {i{aloto so 4 pati pogolema dolìna }e dobiete dva pati podolgo vreme. Zna~i, periodot zavisi od dolìnata na ni{aloto. [to zaklu~uvate od ovie opiti? 1. Se pokaùva deka periodot na matemati~koto ni{alo ne zavisi od amplitudata na ni{awe, nitu od masata na top~eto. 2. Periodot na matemati~koto ni{alo, koe oscilira so mali agli (najmnogu do 5 0 ) zavisi samo od negovata dolìna. Se pokaùva i teoriski deka periodot na ni{aweto T kaj matemati~koto ni{alo, ako toa oscilira so mali agli, zavisi samo od negovata dolìna l, i e daden so slednava ravenka: T l = 2π. g Vo ovaa relacija g e Zemjinoto zabrzuvawe, ednakvo na 9,81 m/s 2. Sopstvenata frekvencija f =1/T na matemati~koto ni{alo, isto kako i negoviot period, zavisi samo od negovata dolìna. Prisileni oscilacii. Rezonancija Poradi postoewe na triewe, realno, site oscilacii se pridu{eni. Nivnata amplituda se namaluva. Site oscilatorni dvièwa za koi dosega zboruvavme se slobodni oscilacii, koi nastanuvaat koga sistemot }e se izmesti od ramnote`nata polo`ba i }e se ostavi sam da oscilira. Postojat i prisileni oscilacii, koga periodi~na sila dejstvuva odnadvor i go prisiluva teloto da oscilira. Edno telo (oscilator) prisiluva vtoro blisko telo (rezonator) da oscilira. Oscilaciite se prenesuvaat od edno na drugo telo

102 Prifa}aweto na oscilaciite na vtoroto telo ne e sekoga{ efektivno. Najdobro prifa}awe na oscilaciite nastanuva toga{ koga sopstvenata frekvencija na oscilatorot f o i sopstvenata frekvencija na rezonatorot f r se bliski ili ednakvi: f o = f r Koga frekvenciite se ednakvi, toga{ nastanuva pojavata rezonancija. Toga{ amplitudite na rezonatorot se golemi, a moè da stanat i razorni za samiot rezonator. Eksperiment 4 Na edno horizontalno optegnato gumeno crevo se obesuvaat pove}e ednakvi top~iwa (matemati~ki ni{ala) so razli~ni dolìni (sl. 2). Dve od ni{alata, {to se so ista dolìna, ne se obeseni edno do drugo. Ako ednoto od dvete ednakvi ni{ala go pu{time da se ni{a (vtoroto od sl. 2), toga{ poleka site drugi }e zaosciliraat, no ni{aloto so ednakva dolìna (pettoto) }e oscilira so najgolema amplituda, re~isi isto golema kako onaa od vtoroto ni{alo. Sl. 2. Matemati~ki ni{ala obeseni na edno gumeno crevo. Vtoroto i pettoto ni{alo bidej}i im se isti periodite na oscilirawe poradi istite dolìni, imaat i ednakvi sopstveni frekvencii. Zatoa, iako ne e najblizu, ni{aloto so ednakva dolìna najbrzo i so najgolema amplituda gi prifa}a oscilaciite. Pojavata rezonancija e od ogromno zna~ewe za prirodata i tehnikata. Ponekoga{ taa e mnogu korisna, no ima slu~ai koga e {tetna. Vo tehnikata, kaj radio i televiziskiot prenos, membranite na telefonskite slu- {alki, mikrofonite i zvu~nicite, kako i kaj mnogu drugi uredi, se koristi pojavata rezonancija. No, ima i primeri na opasna rezonancija. Koga preminuva vojska preku most, ne se dozvoluva mar{irawe. Stroeviot ~ekor na golem broj lu e e vsu{nost periodi~en nadvore{en oscilator, ~ija frekvencija moè da se sovpadne so sopstvenata frekvencija na mostot, pa toj bi zapo~nal da oscilira so golema amplituda. Na sli~en na~in, periodi~ni naleti na vetrot moè da bidat kobni i za golemi konstrukcii (mostovi, zgradi), ( sl. 3). Sl. 3. Fotografija na mostot Tacoma Narrows koj se urnal od rezonantni branovi na periodi~en veter vo 1940 godina. Videoklipot na pojavata moè da se vidi na

103 Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Nabrojte tela koi vr{at periodi~no dvièwe. Procenete kolkav e periodot na osciliraweto. 2. Frekvencijata na daden oscilator e 2 Hz. Kolkav e periodot na osciliraweto. 3. Pruìna od slikata 4, na koja e obesen teg so masa od 1 kg, za vreme od 10 s pravi 12 oscilacii. Kolkavi se periodot i frekvencijata na osciliraweto? 4. Proverete eksperimentalno od {to zavisi periodot na oscilirawe na pruìnata od slikata 4. Promenete go tegot upotreben vo pra{aweto 3. Postavete teg od 250 g. Izmerete vreme na 10 oscilacii. Opredelete go periodot i frekvencijata na ovoj sistem. [to zaklu~uvate? 5. 4 ednakvi pruìni se postaveni na ist horizontalen gumen drà~ (Slika 5). Ako poslednata pruìna se izmesti od ramnoteà, i imaj}i go predvid soznanieto od prethodnite dve merewa, odgovorete koja od pruìnite }e gi prifati oscilaciite so maksimalni amplitudi, ako topkite se napraveni od ist materijal. Zo{to? 6. Imaj}i ja predvid relacijata za periodot na matemati~ko ni{alo, {to mislite, dali }e mu se promeni periodot na edno ni{alo ako se odnese na Mese~inata? (Pomo{: periodot zavisi i od Zemjinoto zabrzuvawe). 1 kg Sl. 4 Sl. 5 Vo ovaa lekcija nau~ivte Primer za harmonisko oscilirawe e ni{aweto na matemati~koto ni{alo so mali agli na ni{awe. Periodot na matemati~koto ni{alo T zavisi samo od negovata dolìna l, l i e daden so relacijata T = 2π, kade g e Zemjinoto zabrzuvawe. g Pojavata rezonancija nastanuva kaj dve tela koi imaat ednakvi sopstveni frekvencii. Toga{ osciliraweto na ednoto od niv e prifateno od drugoto so maksimalni amplitudi. Rezonancijata e korisna pojava, no moè da bide i opasna

104 3.3. BRANOVO OSNOVNI VELIÎNI Nekoi vidovi branovi moè da se vidat, kako {to se tie na povr{inata na vodata ili branovite {to se dobivaat koga edno jaè na edniot kraj }e go dviìme goredolu. Zvu~nite branovi gi slu{ame. Zemjotresnite branovi koi se dviàt po Zemjinata kora gi ~ustvuvame ili uo~uvame po nivnite razorni posledici. Toplinskite infracrveni zraci gi ~uvstvuvame spored osetot toplina {to go predizvikuvaat. Radiobranovite ne gi gledame, nitu slu{ame nitu ~uvstvuvame, no so pomo{ na uredite kako {to se radioto, televizorot ili mobilniot telefon, gi fa}ame nivnite signali. [to e toa bran? Ako dobro razmislime, sekoj bran zapo~nuva so nekoe dvièwe koe predizvikuva nekakvo naru{uvawe (kam~e frleno vo voda ) (slika 1). Koga kamenot }e ja dopre mirnata povr{ina na vodata, nastanuva razdviùvawe na povr{inskite delovi na vodata nadolu, {to predizvikuva oscilirawe vo nasoka dole-gore. Ova dvièwe se prenesuva na sosednite delovi od vodata (sl. 2). I sosednite ~estici zapo~nuvaat da se dviàt gore-dolu, kako i prvite. Takvoto dvièwe sozdava bran vo forma na koncentri~ni kru`nici koi se {irat naokolu. Taka se {iri branot. Me utoa vodata ne e taa koja se dviì radijalno, vo nasoka na {ireweto na branot. Ona {to se dviì e naru{uvaweto. Od mestoto kade {to kamenot padnal se gleda kako naizmeni~no se sozdavaat kru`ni vdlabnatini i bregovi. Mestoto kade zapo~nalo naru{uvaweto e izvor na branot. Ako vo nekoj moment go pogledneme presekot na branot po dolìnata na radiusot na kru`nicata, se dobiva edna branovidna kriva linija. Koga takvata kriva ima forma na sinusoida, toga{ izvorot pravi harmonisko oscilatorno dvièwe, i branuvaweto go vikame harmonisko. Osnovni karakteristiki na branot Branovite na voda se sozdavaat naj~esto poradi toa {to na odredeno mesto imalo nekoe oscilacilatorno dvièwe. Teloto {to go vr{i periodi~noto oscilatorno dvièwe na povr{inata na vodata na slikata 3 e igla koja oscilira, a na slikata 4, toa e edna ramna pra~ka. Branovite na jaè se dobivaat so periodi~no dvièwe na jaèto na edniot od negovite kraevi (sl. 5). Sl. 1. Bran na voda. Povr{inskite delovi na vodata se dviàt gore dolu. Kamenot samo {to ne padnal na povr{inata Kamenot ja pridviìl povr{inata nadolu Branuvaweto se {iri podaleku Sl. 2. Od izvorot na branot, levo i desno vo nasoka na radiusot, vodenite ~estici po~nuvaat da osciliraat goredolu

105 λ izvor na branot Sl. 3. Igla vibrira nad voda (gledano od gore). Sl. 4. Pra~ka vibrira nad voda (pogled od gore) Sl. 5. Fiksirano jaè za edniot kraj. Drugiot kraj se pridviùva nagore-nadolu. Se sozdava sinusoiden bran. Ako zavisnosta na pomestuvaweto na ~esticite koi osciliraat okolu nivnite ramnote`ni polo`bi od rastojanieto do izvorot (h) e sinusoida, toga{ branovite gi smetame za harmoniski, (sl. 6). amplituda λ izvor amplituda x -nasoka na {irewe λ λ Sl. 6. Sinusoiden bran. Zavisnost na pomestuvaweto na ~esticite koi osciliraat od rastojanieto do izvorot. Pravecot i nasokata na {ireweto na branot kaj mnogu vidovi branovi se vika zrak, a povr{inata vo prostorot do koja stignalo branuvaweto se vika branov front. Koga izvorite se mnogu mali, pa moè da gi smetame za to~kesti, branovite frontovi vo homogena sredina se sferi. Takvite branovi se sferni. Bidej}i branovite na voda se povr{inski, ako izvorot moè da se smeta za to~kest, tie se kru`ni(sl. 3). Ako izvorite se vo forma na ramnini, se dobivaat ramni branovi so ramni branovi frontovi (sl.4). Osnovna karakteristika na branovite e i nivnata branova dolìna koja se beleì so λ. (lamda). Branova dolìna (λ) e rastojanieto {to branot go izminuva za vreme za koe izvorot na branuvaweto }e napravi edna oscilacija, t.e. za vreme od eden period (T) (sl.6). Ova rastojanie, vsu{nost, e ednakvo i na rastojanieto pome u dve vrvni polo`bi na branot (dva brega), ili pome u dve vdlabnatinki na branot (dva dola), {to moè da se vidi na slikite 3, 4 i 6. Ako za vreme od eden period (T), branot izminal edna branova dolìna (λ), toga{ lesno moè da se opredeli negovata brzinata na {ireweto (v) so: λ v = = 1 λf bidej}i frekvencijata f e f =. T T Dve to~ki koi u~estvuvaat vo branuvaweto se vo faza dokolku istovremeno i ednakvo osciliraat, zna~i, istovremeno postignuvaat amplitudno rastojanie i istovremeno pominuvaat niz ramnote`nite polo`bi. 94 [to se prenesuva zaedno so {ireweto na branot? 94

106 Da go razgledame jaèto od eksperimentot na sl. 5. Edniot kraj na jaèto e vrzano za ne{to stabilno, na primer, za yidot. Vtoriot kraj go drìme v raka i ja pomestuvame rakata gore-dolu nekolku pati. Vsu{nost, nie pravime oscilatorno dvièwe, dvièwe pri koe se sledi istata pateka gore-dolu. Sekoe oscilirawe e vid dvièwe, a sè {to se dviì ima energija. I kako {to branot patuva od va{ata raka do drugiot kraj na jaèto, taka vo istata nasoka se dviì i energijata. Zna~i: so {ireweto na branot doa a do prenos na energijata. Vidovi branovi Za {irewe na zvu~nite i branovite na voda e neophodna sredina za da moè tie da se dviàt: gasovi (vozduh), te~nosti ili cvrsti tela. No, branovite na voda i zvu~nite branovi ne se ist tip branovi. Postoi razlika vo na~inot na prostiraweto. Zavisno od toa kako se dviàt ~esticite {to osciliraat pri branuvaweto, razlikuvame dva vida branovi: transverzalni i longitudinalni. Ako osciliraweto na ~esticite koi u~estvuvaat vo sozdavaweto na branot e normalno na nasokata na {ireweto na branot, branot e transverzalen (sl.7). Koga osciliraweto na ~esticite na sredinata koi u~estvuvaat vo sozdavaweto na branot e vo ist pravec kako i {ireweto na branot, stanuva zbor za longitudinalni branovi (sl. 8). Od sl. 8 se gleda deka pri {ireweto na longitudinalni branovi doa a do zgusnuvawe i {irewe na sredinata niz koja branot se {iri. Postojat branovi za koi ne e potrebno postoewe na materijalna sredina za da se {irat. Toa se elektromagnetni branovi. Tie nastanuvaat sekade kade se javuva promenlivo elektri~no pole. Toa sozdava promenlivo magnetno, a dvete zaedno se {irat kako elektromagnetno pole, vo vid na elektromagneten bran. Izvorot se dviì gore-dolu Delovi na pruìnata se dviàt gore-dolu Prenos na energijata Sl. 7. Ako rakata ja dviìme gore-dolu, dobieniot transverzalen bran se {iri od odlevo nadesno, normalno na dvièweto na delovite na pruìnata. Izvorot se dviì levo-desno Delovi na pruìnata se dviàt levo- desno Prenos na energijata Sl. 8. Koga rakata ja dviìme levo-desno i branot se {iri levo-desno, nastanuva longitudinalen bran. elektri- ~no pole magnetno pole nasoka na {irewe na branot Sl. 9. Prostirawe na elektromagnetnite branovi. Kaj ovoj bran, elektri~noto i magnetnoto pole osciliraat vo dve normalni ramnini, normalni na nasokata na {ireweto (sl. 9). Elektromagnetnite branovi se transverzalni. Mikrobranovite, rendenskite zraci, svetlinata, site tie imaat elektromagnetna priroda, a se razlikuvaat samo vo frekvencijata, odnosno branovata dolìna (sl. 10). Vidlivata svetlina e elektromagneten bran so branova dolìna pome u 400 nm i 800 nm

107 Site elektromagnetni branovi se {irat i vo vakuum. Nivnata brzina vo vakuum iznesuva km/s, {to e i brzina so koja se {iri svetlinata vo vakuum. Brzinata na elektromagnetnite branovi vo drugi sredini zavisi od prirodata na sredinata i od nivnata branova dolìna. Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Branovata dolìna se definira kako rastojanie do koe stasalo branuvaweto za vreme za koe izvorot napravil edna oscilacija. Dali e to~na definicijata deka branovata dolìna e ednakva na rastojanieto pome u dva brega na branot? Dali moè definicijata da se napravi poinaku, na primer so pomo{ na dvete to~ki M i N, ili P i Q na slikata 11? 2. Ja znaeme li frekvencijata na daden bran ako ni e poznat periodot na oscilirawe? Ja znaeme li amplitudata na branot ako ni e poznata branovata dolìna na branot? 3. Na You Tube pobarajte gi simulaciite za transverzalen i za longitudinalen bran i prou~ete gi klipovite Making waves i Transvers and Longitudinal Waves, kako i drugi sli~ni. 1 nm= 0, m λ~0,01nm λ~1nm λ~100 nm λ~0,01 mm λ~1 cm λ~100 cm λ~10 m λ~100 m gama-zra~ewe rendgen-zra~ewe ultravioletovo zra~ewe svetlina infracrveno zra~ewe ultrakratki televiziski i radiobranovi radiobranovi M P N Sl 11. Q λ~3000 m Sl. 10. Spektar na elektromagnetno zra~ewe. Vo ovaa lekcija nau~ivte Bran nastanuva koga na odredeno mesto }e dojde do nekakvo naru{uvawe. Toa mesto e izvor na branot. Formata na branot vo homogena sredina zavisi od formata na izvorot. Na primer, ako izvorot e to~kest, se sozdava sferen bran So {ireweto na branot se prenesuva i energija. Amplituda na branot e maksimalnoto pomestuvawe na ~esticata, koja u~estvuva vo sozdavawe na branot, od nejzinata ramnote`na polo`ba. Branova dolìna (λ) e rastojanie koe branot go pominuva za vreme duri izvorot na branot napravil edna oscilacija (T). λ Branovata dolìna i brzinata na branot se povrzani so relacijata v = = λf kade T 1 f =. T Branovite moè da bidat transverzalni (oscilirawe normalno na nasokata na branot) i longitudinalni (koga osciliraweto e vo nasokata na na branot). Elektromagnetnite branovi se {irat i vo vakuum so brzina ednakva na brzinata na svetlinata vo vakuum ( km/s) 96 96

108 3. 4. ODBIVAWE I PREKR[UVAWE NA BRANOVITE Koga bran }e dojde do nekoja grani~na povr{ina koja razdeluva dve sredini niz koi brzinata na branot e razli~na, doa a do pojavite na odbivawe (refleksija) i prekr{uvawe na branot. Do odbivawe na branot doa a i vo slu~aj koga branot }e se pressretne so sredina niz koja branot ne se {iri. Refleksija (odbivawe) na branovite Eksperiment Na sl. 1 e prikaàna plitka kada koja se polni so voda. Vo vodata so elektromotor se predizivikuva oscilirawe na pra~ka za dobivawe na liniski (ramni) branovi, ili ostra igla koja sozdava kru`ni branovi. So specijalno osvetluvawe bregovite i dolovite na branot moàt da se nabquduvaat vo proekcija na platno. Ako vo vakov ured se sozdadat ramni branovi i na nivniot pat se postavi ramna neproodna prepreka, doa a do refleksija na branovite. Takvata refleksija {ematski e prikaàna na slikata 2 i fotografijata 3. upaden bran reflektiran bran Sl. 1. Ured za demonstrirawe na branovite na voda i nivnite svojstva. PREPREKA Sl.2. Refleksija na ramnite branovi. Agolot {to go zafa}a upadniot zrak so normalata izdignata na preprekata (grani~nata povr{ina) e ednakov na agolot {to go zafa}a reflektiraniot zrak so taa normala. Na sli~en na~in se reflektiraat radiobranovite od metalni povr{ini. Sl. 3. Refleksija na branovi na voda, dobiena koga na patot na ramen (pravoliniski) bran se postavi ramna pra~ka. So crveno e ozna~en upadniot, a so sino reflektiraniot zrak

109 Moète da se obidete da zavitkate eden vklu~en mobilen telefon vo aluminiumska folija, a da probate da go dobiete toj broj, }e dobiete poraka od operatorot deka e nedostapen. Od folijata se reflektiraat elektromagnetnite branovi, pa informacijata ne stignuva. Prekr{uvawe na branovi 98 Brzinata na {ireweto na branovite na voda zavisi od dlabo~inata na vodata. Taka, ako eden ramen bran naide na granica zad koja naedna{ se smenila dlabo~inata (stanala poplitka), kaj branot na voda doa a do promena na negovata brzina na {irewe, a so toa i do negovata branova dolìna, a frekvencijata na branot ostanuva ista. Na fotografijata od sl. 5a e daden ramen voden bran koj se {iri odlevo nadesno so konstantna frekvencija f. Na gorniot del od fotografijata vodata e ednakvo dlaboka, dodeka na dolniot del, branot se {iri vo poplitka voda, pa brzinata v mu e pomala. Toa zna~i deka i branovata dolìna }e mu bide pokusa. Rastojanieto pome u belite linii vo dolniot del na sl. 5a e smaleno. Na dolnata fotografija b), isto taka, imame dvièwe na ramni branovi od levo kon desno. Tuka granicata pome u poplitkata i podlabokata voda e postavena pod agol vo odnos na upadniot zrak. Na granicata, sega doa a do prekr{uvawe na branot, i toa kon normalata na granicata, bidej}i vo vtorata sredina branot se {iri pobavno. 98 Upaden bran Reflektiran bran Bran {to se prekr{il Sl. 6. [ematski prikaz na prekr{uvawe na branot od sredina so pogolema vo sredina so pomala brzina. Se gleda deka zrakot po prekr{uvaweto odi kon normalata. a) b) Sl. 5 (a) [irewe na ramen bran vo podlaboka i poplitka voda (b) prekr{uvawe na ramen bran na granicata me u podlaboka i poplitka voda, koga taa e postavena pod agol vo odnos na upaden bran. Pri prekr{uvawe na branot na granicata od sredina vo koja toj ima pogolema kon sredina vo koja ima pomala brzina, zrakot {to se prekr{il e naso~en kon normalata na grani~nata povr{ina. Obratno, pri prekr{uvawe od sredina so pomala vo sredina so pogolema brzina na {irewe na branot, zrakot {to se prekr{il se naso~uva od normalata na grani~nata povr{ina.

110 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. [to e odbivawe na branovite? Kakva e vrskata pome u upadniot agol i agolot na refleksija? 2. Kako se menuva branovata dolìna na branot pri premin od sredina so pomala vo sredina so pogolema brzina na {ireweto na branovite? 3. Dali pri normalno upa awe na bran vrz grani~na povr{ina koja odvojuva dve sredini so razli~ni brzini na {irewe na branot, doa a do prekr{uvawe na branot? Opi{i {to se slu~uva vo toj slu~aj na premin od edna vo druga sredina. Koi veli~ini {to go karakteriziraat branot se menuvaat, a koi ne? 4. Na slikite podolu se dadeni nekolku vidovi izvori na branovi. Za sekoe od niv odberete edno ili pove}e od slednive mo`nosti (a) zvu~ni branovi, (b) ultrazvu~ni branovi, (v) mehani~ki branovi (g) radiobranovi, (d) infracrveni branovi, ( ) svetlinski branovi (e) mikrobranovi.???? WiFi?????? Vo ovaa lekcija nau~ivte Na grani~na povr{ina pome u dve sredini so razli~ni brzini na {irewe na branovite nastanuvaat pojavite refleksija i prekr{uvawe na branovite. Refleksija nastanuva i na grani~na povr{ina so sredina vo koja branot ne moè da se dviì. Pri refleksija na branot, upadniot bran se reflektira taka {to negoviot upaden agol (agolot pome u nasokata na {ireweto i normalata na grani~nata povr{ina) e ednakov so agolot na refleksija (agolot pome u nasokata na {irewe na branot i normalata na grani~nata povr{ina). Na grani~na povr{ina pome u dve sredini vo koi brzinata na {irewe na branot e razli~na doa a do promena na branovata dolìna na branot koj navleguva od edna vo druga sredina. Pri takov premin ne se menuva frekvencijata na branot. Pri prekr{uvawe na bran od sredina so pogolema vo sredina so pomala brzina, zrakot koj se prekr{uva e naso~en kon normalata na grani~nata sredina. Pri prekr{uvawe od sredina so pomala vo sredina so pogolema brzina na {irewe na branot, zrakot {to se prekr{uva se naso~uva od normalata na grani~nata povr{ina

111 3. 5. ZVUK. IZVORI. KARAKTERISTIKI Muzikata, govorot, zvukot od ma{inite vo fabrikite, soobra}ajniot mete`, pesnata na slavejot, rikaweto od lavot, tatneòt od eksploziite, seto toa e zvuk. Izvori na zvuk Teloto {to proizveduva zvuk e izvor na zvuk. Tie promeni stignuvaat i do slu{atelot, vleguvaat vo u{nata {kolka i se prenesuvaat preku tapan~eto na sistemot za slu{awe vo vnatre{noto uvo. Vo nego ima nervni zavr{oci {to mu pra}aat signali na mozokot vo forma na informacija za zvuk. Zvukot od ~ove~koto grlo se sozdava pri oscilirawe na glasnite ìci (sl.1), zvukot od gitarata ili violinata nastanuva so oscilirawe na ìcite (sl.2), a tapanot proizveduva zvuk od vibriraweto na zategnatata ko`na membrana (sl. 3). Izvor na zvuk moè da bide sekoe telo {to oscilira, kako, na primer, membranata na zvu~nikot. Vo ritamot na vibrirawe na membranata vibriraat i ~esticite na vozduhot okolu nea, taka {to vo prostorot naokolu se {iri longitudinalen bran poradi koj doa a do naizmeni~ni zgusnuvawa i razreduvawa na vozduhot. Na slikata 4 e prikaàna periodi~nata promena na gustinata na vozduhot koja e predizvikana od trepereweto na zvu~nata viqu{ka (svetlo sino - razreden vozduh, temno sino zgusnat vozduh). Sl.1. Peja~ot ispu{ta zvuk aktiviraj}i gi svoite glasni ìci (slika dolu- glasnici vo grloto na ~ovekot) razreduvawa na vozduhot zgusnuvawe na vozduhot Sl.2. Skopskata rok yvezda, Vlatko Ilievski. Oscilirawe na glasnite ìci i ìcite na gitarata sozdavaat zvuk. gustina na vozduhot λ oddale~enost od izvorot Sl. 4. Zvu~na viqu{ka od koja se {iri longitudinalen bran (zgusnuvawa i razreduvawe na vozduhot) i branova dolìna na zvukot. Zna~i, moème da zaklu~ime deka, za da se sozdade zvuk nu`no e postoewe ne samo na izvor na zvukot tuku i materijalna sredina niz koja oscilaciite od izvorot }e se prenesuvaat vo vid na zvu~ni branovi. Sl. 2. Vibrirawe na membranata na konga-tapanite e izvor na zvukot

112 Brzina na zvukot Brzinata na zvukot zavisi od sredinata vo koja se {iri, poto~no od nejzinite elasti~ni svojstva. Vo tabelata I se dadeni nekolku vrednosti za brzinata na zvukot vo nekoi sredini. Brzinata na zvukot op{to e najgolema vo cvrsti tela, pa vo te~nosti, a najmala e vo gasovite. Moèbi i na vas vi se ima slu~eno dodeka nurkate vo more ili ezero da slu{nete silna bu~ava od motoren ~amec i da se upla{ite deka e blizu, no koga }e izplivate, }e vidite deka motorniot ~amec se nao a mnogu podaleku od vas. Mnogu odamna na diviot zapad, koga kaubojcite sakale da doznaat dali ide vozot, }e naslu{nele so uvoto direktno potpreno na {inata. Taka ja dobivale informacijata, mnogu pred da go slu{nat doa aweto na vozot po vozdu{en pat. Zvu~ni podra~ja Vo tabelata II se dadeni frekventnite podra~ja na zvukot, infrazvukot i ultrazvukot. Podra~jata na slu{awe na ìvotnite se razlikuvaat od tie na ~ovekot. Na slikata 5 e dadena sporedba na podra~jata na slu{awe na ~ovekot i nekoi ìvotni. Od gornite granici, dadeni pod slikite 5 na ìvotnite se gleda deka nivniot sluh navleguva dlaboko vo podra~jeto na ultrazvukot. Vidovi zvuci. Karakteristiki Zvucite moè da bidat tonovi i {umovi. Tonovi se prijatni zvuci. Tonot nastanuva so pravilno oscilirawe na nekoe elasti~no telo vo vozduhot, na primer na nekoj muzi~ki instrument. Na sekoj od tonovite od muzi~kata skala mu odgovara to~no opredelena frekvencija. Taka, na primer, na tonot A (la) ima frekvencija od 440 Hz. Frekvencijata na tonot A {to e za oktava povisok, e dvojno pogolema od frekvencijata na prviot i iznesuva 880 Hz. Odnosot na frekvenciite na raznite tonovi e ednakov na odnosot na odredeni celi broevi. Na primer, odnosot na frekvenciite na tonot C i tonot A e 3:5. Vo ì~enite muzi~ki instrumenti izvorite na zvukot se ìcite koi osciliraat. Sopstvenite fekvencii na ìcite zavisat od pove}e faktori: od dolìnata, masata i silata na zategnuvaweto na ìcite. Sredina vozduh na 0 0 S vozduh na 15 0 S Voda èlezo granit Tabela I. Brzina zvukot 333 m/s 340 m/s m/s m/s m/s Tabela II. Podra~je (f) Naziv pod 20 Hz infrazvuk od 20 Hz do slu{no Hz podra~je za ~ovekot nad Hz ultrazvuk ~ovek Od 20 Hz do Hz ku~e Od 15 Hz do Hz Liljak Od 1000 Hz do Hz Delfin Od 150 Hz do Hz Sl. 5. Podra~ja na slu{awe na ~ovekot i nekoi ìvotni na

113 Kolku e pozategnata ìcata tolku e povisoka frekvencijata na oscilirawe. Podebelite ìci osciliraat so poniski frekvencii. Koga se namaluva dolìnata na ìcata, nejzinata frekvencija se nagolemuva. Oddelni ìci se mnogu tenki i ne moàt da predizvikaat oscilirawe na golemi volumeni vozduh, zatoa sekoj muzi~ki instrument ima rezonatori. [uplinite i teloto na rezonantnite {uplini na instrumentot go zasiluvaat zvukot. Toa se postignuva taka {to sopstvenite frekvencii na vozduhot vo teloto na instrumentot se ednakvi so sopstvenite frekvencii na strunite na instrumentot, pa nastanuva rezonancija i polesno se predizvikuva oscilirawe na nadvore{niot vozduh (sl. 6). Koga osciliraweto e harmonisko, takviot zvuk e ~ist ton, dobien, na primer, od zvu~na viqu{ka (sl. 7). Izvorite na zvuk od prirodata sekoga{ sodràt osnoven ton i slede~ki tonovi. Visinata na tonot e opredelena so frekvencijata f na osnovniot ton od zvu~nite branovi. Bojata na tonot e opredelena so intenzitetot i frekvencijata na slede~kite tonovi, t.n. obertonovi. Taka, istiot ton, na primer, A (la) na violina, klavir ili oboa se razlikuvaat spored bojata. Bojata na glasot na peja~ite se razlikuva spored tonovite koi gi sledat osnovnite tonovi. [umot e rezultat na nepravilno oscilirawe na izvorot na zvukot, kako, na primer, krckawe na vrata, udar na ~ekan (sl.8). Intenzitet i glasnost na zvukot Zvukot kako i sekoj bran pri negovoto dvièwe prenesuva mehani~ka energija. Prenesenata energija od bran {to slobodno se prostira se karakterizira so intenzitet na branot (I). Toa e energijata (E), prenesena od branot za edinica vreme (1 s) niz edinica plo{tina (1 m 2 ), na povr{ina postavena normalno na nasokata na {ireweto na branot, ili : E I = S t Ottuka sleduva deka edinicata za intenzitetot e J/(m 2. s) ili W/m 2 (vat na kvadraten metar). ôve~koto uvo e ~ustvitelno na zvuk ~ij intenzitet se menuva vo mnogu {iroki granici. Na primer, zvu~en bran so frekvencija 1000 Hz ~ovekot go prima kako zvuk vo interval od intenzitetot I 0 = W/m 2 pa sė do maksimumot I max = 1 W/m 2. Sl. 6. Klasi~na violina. Drvenata kutija e rezonator, koj go zasiluva zvukot. Sl.7. Re~isi ~ist ton se dobiva so zvu~na viqu{ka. Dobienite oscilacii mikrofonot gi pretvora vo elektri~en signal koj moè da se gleda na ekranot od eden katoden oscilograf. Sl. 8. Signalot dobien od udar od ~ekan e nepravilen zvu~en bran Toa zna~i deka ~ove~koto uvo moè da razlikuva intenziteti koi se razlikuvaat iljada milijardi pati (10 12 ) pati. Intenzitetot I 0 se vika prag na slu{aweto. Uvoto ne moè da gi ~ue branovite so pomali intenziteti od pragot. Intenzitetot I max e prag na bolka. Ako do uvoto dojde bran so pogolem intenzitet od I max toj predizvikuva bolka.

114 Namesto preku intenzitetot na branot, po~esto vo fizikata, ja~inata na zvukot se opredeluva spored nivo na glasnosta na zvukot. Nivoto na glasnosta se meri vo decibeli (db). Na pragot na slu{aweto glasnosta ima nula decibeli. Zvuk, ~ij{to intenzitet I e 10 pati pogolem od intenzitetot na zvukot na pragot na slu{aweto I 0, ima nivo na glasnost od 10 db. Koga I }e narasne 100 pati, vo odnos na intenzitetot na pragot na slu{aweto, nivoto na glasnosta se zgolemuva na 20 db, pri porast na I za 1000, nivoto se zgolemuva na 30 db, pa koga intenzitetot }e go dostigne pragot na bolkata I max = I 0 nivo na glasnosta narasnala na 120 db. Na slikata 9 se dadeni nivoata na glasnosta na razli~ni zvuci od sekojdnevieto. ûvstvitelnosta na uvoto zavisi od frekvencijata. Najgolema e za frekvenciite me u 1000 Hz i 5000 Hz. db 140 avion pri poletuvawe 120 rok koncert 100 avtopat 80 ìva ulica 70 pravosmukalka 60 obi~en govor 40 tivka muzika 20 {epot 0 ti{ina Sl. 9. Nivo na glasnost na nekoi zvuci. Odbivawe i prekr{uvawe na zvukot Pri dvièweto niz prostorot zvu~nite branovi moàt da naidat na mazna ramna povr{ina i da se odbijat (reflektiraat). Ovaa pojava e dobro poznatoto eho ili odek. Zvukot koga }e naide na granicata pome u dve sredini vo koi toj ima razli~na brzina, se prekr{uva kako {to se prekr{uvaaat i drugite vidovi branovi. Nekoi ìvotni se koristat so odekot za da gi detektiraat preprekite po dolìnata na nivniot pat. Taka, liljakot ima nerazvieno setilo za vid, no zatoa se sluì so ultrazvukot {to }e go proizvede i }e go primi nazad za da se orientira vo prostorot. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Za kolku vreme }e se slu{ne a) po vozdu{en pat i b) od naslu{nuvawe na prugata, doa aweto na eden voz {to e oddale~en eden kilometar. Iskoristete gi vrednostite za brzinata na zvukot niz vozduh (15 0 S) i niz èlezo od tabelata I. 2. Dali astronaut na Mese~inata slu{a zvuk? 3. Eden liljak letaj}i ispu{til ultrazvuk vo blizinata na edna karpa. Ehoto od ultrazvukot si go slu{nal za 0,2 sekundi. Na koe rastojanie od karpata se nao al liljakot? Za brzinata na zvukot zemete 340 m/s. Vo ovaa lekcija nau~ivte Zvuk e vid mehani~ki bran. Ne moè da se prostira vo vakuum. Brzinata na zvukot e najmala vo gasovite, pogolema e vo te~nostite, a najgolema e vo cvrstite tela. Karakteristi~ni veli~ini za zvukot se: branova dolìna, amplituda, period, i frekvencija na zvukot. ôvekot moè da gi ~ue samo branovite so frekvencija me u 20 Hz i Hz. Zvucite moè da bidat tonovi i {umovi. Ton e prijaten zvuk so pravilna forma na branot. [um e nepravilen mehani~ki bran. Visinata na tonot e opredelena so frekvencijata na osnovniot ton, a bojata na tonot so raspredelbata i amplitudite na tonovite {to go sledat osnovniot ton (obertonovite). Intenzitet na zvukot (I) e opredelen so energijata (E) prenesena vo edinica vreme (t) niz edinica plo{tina (S) na povr{ina postavena normalno na nasokata na {irewe na branot : E I =. Se meri vo edinicata W/m 2. S t Ja~inata na zvukot se opredeluva preku veli~inata nivo na glasnost. Nivoto na glasnost se meri so edinicata decibel (db)

115 3. 6. AUDIOUREDI. BUÂVA. Mikrofon i zvu~nik Koncertite vo ìvo izobiluvaat so audiotehnika. Mikrofonot e naprava {to go pretvora zvukot vo elektri~en signal. Se sostoi od membrana koja e povrzana so magnet okolu koj se namotani navivki. Vibraciite od zvukot ja dviàt membranata, a zaedno so nea go dviàt magnetot vo istiot ritam. Ednovremeno vo navivkite se inducira struja koja se menuva na istiot na~in kako zvukot. Elektri~niot signal moè da se zapi{uva, no moè i direktno da se zasiluva i reproducira na zvu~nici (sl.1). Zvu~nicite se obratni napravi od mikrofonite. Tie elektri~niot signal go pretvoraat vo zvuk na toj na~in {to promenlivata struja od elektri~niot signal pominuva niz navivkite od elektromagnetot na zvu~nikot. Magnetiziranoto jadro od zvu~nikot se otklonuva vo magnetnoto pole na navivkite i ja pridviùva membranata {to e zalepena na nego vo ritamot na promenata na strujata. mikrofon vlez zasiluva~ on off izlez zvu~nik Sl. 1. Mikrofon, zasiluva~ i zvu~nik. Sl.2. Vo urbanite sredini bu~avata ja sozdava, glavno, soobra}ajot. EKOLO[KI DODATOK: bu~ava. Pod bu~ava se podrazbra sekoj zvuk {to ima golem intenzitet i dolgotrajno dejstvo. Bu~avata predizvikuva fizi~ki i psihi~ki posledici. Zvu~nite branovi, koi dejstvuvaat kako bu~ava, moè da gi imaat site mo`ni frekvencii vo slu{nata oblast. Za da se za{titi ~ovekot i da ja za~uva svojata rabotosposobnost od ~estata bu~ava se prezemaat razni za{titni merki. Taka, pri razvieniot soobra}aj zabraneta e upotreba na avtomobilski sireni (osven vo slu~aj na brza pomo{ ili policija). Vo strogite centri na golemite gradovi, vo nekoi glavni ulici, pokraj u~ili{ta ili bolnici, se zabranuva dvièwe na kamioni, avtomobili ili motori. Poradi golemata bu~ava {to ja sozdavaat soobra}ajnite sredstva pri dvièweto, se pravat avtopati{ta (avtostradi) koi gi zaobikoluvaat naselenite mesta (sl.3). Prostoriite za rabota i ìveewe se obloùvaat so akusti~na izolacija, za da se namali bu~avata odnadvor Sl. 3. Za da se namali bu~avata levo i desno od avtostradite se sadat drvoredi koi go apsorbiraat zvukot. Za taa cel se sadat i okolu aerodromite. Postojat dva osnovni vida bu- ~ava: urbana, koja e predizvikana, pred sè, od motornite vozila niz soobra}ajnicite (sl.2) i industriska, koja ja sozdavaat raznite ma{ini i motori pri nivnata rabota. Bu~ava predizvikuvaat i nesovesnite gra ani {to slu{aat glasna muzika.

116 Ultrazvuk. Primena Ultrazvuk pretstavuvaat mehani~ki branovi so frekvencija povisoka od Hz. Denes toj nao a {iroka primena. Vo medicinata ultrazvukot se koristi za postavuawe dijagnoza za zaboluvawa na vnatre- {nite organi kako {to se tumorite. Isto taka, ultrazvukot se koristi za sledewe na razvojot na deteto (fetusot) vo maj~inata utroba. Aparatot se sostoi od izvor na ultrazvukot i priemnik na odbieniot (reflektiraniot) ultrazvuk od vnatre{nite organi. Izvorot emitira ultrazvu~en bran vo pravec na nekoj vnatre{en organ. Ultrazvukot delumno se apsorbira, delumno pominuva, a delumno se reflektira od vnatre{nite organi. Priemnikot gi prifa}a odbienite ultrazvu~ni branovi i gi pretvora vo elektri~en signal. Kompjuterot gi pretvora vo slika (slikata 4). Ultrazvukot se koristi i vo okeanografijata za istraùvawe na morskoto dno. Instrumentot se vika eho-sonar i raboti na sledniov princip: kratkotraen ultrazvuk se emitira od brodot (sl. 5) kon morskoto dno i se meri vremeto (t) do negovoto vra}awe. Znaej}i ja brzinata na ultrazvukot vo vodata (v), moè da se dobie oddale~enosta do dnoto (h). Taka, moè da se zapi{e deka rastojanieto 2 h = v t, od kade {to za dlabo~inata se dobiva h=vt/2. Serija od vakvi merewa davaat slika za morskoto dno. Sl. 4. Ultrazvu~na snimka na bebe vo matka. emiter h priemnik Sl. 5. Brod opremen so eho-sonar. h meur Na sli~en na~in se opredeluva polo`bata na telata koi se pod voda, kako, na primer, podmornici ili jata ribi. I nekoi vidovi ìvotni se orientiraat so pomo{ na ultrazvuk. Pokraj, liljakot takvi se i nekoi vidovi delfini (Sl. 6) Ultrazvukot nao a primena i vo ma{inskata industrija. Se koristi za da se ispita homogenosta na metalni odlivki na razni ma{ini. Va`no e dali vo vnatre{nosta na odlivkata (na primer, na edna hidroturbina) ima {uplina, ili puknatina. Sl.6. Ultrazvukot na granicata pome u tkivo i vozduh ne se probiva vo vozduhot, tuku se reflektira (zatoa i ne e pogoden za snimawe na belite drobovi). Ultrazvu~nite branovi koi delfinot gi pra}a i se {irat vo vodata se odbivaat na granicata me u tkivoto i meurot na ribata, pa taka delfinot ja opredeluva polo`bata na `rtvata

117 PRIMER ZADAÂ. Na dnoto na edno ezero bilo vr{eno istraùvawe so pomo{ na eho-sonar. Pritoa bilo izvr{eno merewe na vremenskiot interval pome u momentot koga zvukot bil proizveden i momentot koga toj se vratil nazad, {to iznesuvalo 0.2 sekundi. Kolku bilo dlaboko morskoto dno na toa mesto? Iskoristete ja vrednosta za brzinata na zvukot niz voda od tabelata {to e dadena ponapred. Zadadeno: t = 0,2 s v = 1450 m/s h =? Pra{awa, zada~i i aktivnosti Zvukot od izvorot treba da otide do dnoto na ezeroto, ottamu da se odbie i da se detektira od priemnikot po nekoe vreme 2 h = v t vt 1450 m/s 0,2 s h = = = 145 m Napravete demonstracija na rezonancija na zvukot. Dve sosema isti zvu~ni viqu{ki se montirani na zvu~ni kutii kako na slikata 2. Ako gi namestime paralelno, so otvorite na kutiite edna sproti druga na nekoe rastojanie i ja pobudime na oscilirawe ednata od niv (ja ~ukneme so ~ekan~e), toga{ taa }e zasviri so svojot karakteristi~en ton (frekvencija). Po nekoe vreme so raka }e ja pridu{ime onaa {to sme ja pobudile, no }e zabeleìme deka zvukot i ponatamu se slu{a. Sega zvukot doa a od drugata viqu{ka {to go prifatila nejzinoto oscilirawe i zasvirela so istiot ton. Nastanala rezonancija. Ova ne bi moèlo da se nabquduva ako viqu{kite se razli~ni. Ili, ako na ednata od vilu{kite se {tipne nekoe malo {tip~e, toga{ nejzinata frekvencija se menuva, pa nema da dojde do rezonancija. [to zaklu~uva{? Sl. 7. Zvu~ni vilu{ki so zvu~ni kutii za pokaùvawe na rezonancija. 3. Napravete go sledniot proekt: locirajte gi izvorite na bu~avata vo gradovite. Razmislete za toa kako bi moèle direktno ili indirektno da vlijaete na namaluvawe na bu~avata vo va{ata ìvotna ili rabotna sredina? Koi prevozni sredstva ne sozdavaat bu~ava? Najdete vo nekoja enciklopedija, kniga, spisanie, ili stranica na internet, ne{to za bolestite {to prizleguvaat od bu~avata, vibracionite bolesti, {to gi ima kaj grade`nite rabotnici ili kaj rabotni~kite vo tekstilnata industrija. Vo ovaa lekcija nau~ivte Najva`ni audiouredi se mikrofonot i zvu~nikot. So mikrofonot zvu~nite branovi se pretvoraat vo elektri~ni impulsi i moè da bidat za~uvani ili preneseni. Vo zvu~nikot nastanuva pretvoruvawe na za~uvaniot elektri~en impuls vo zvu~en bran na membrana. Pod bu~ava se podrazbra sekoj zvuk {to ima golem intenzitet i dolgotrajno dejstvo. Taa mu {teti na ~ove~kiot organizam i od nea treba da se za{titime. Naj~esti pri~initeli na bu~avata e gradskiot soobra}aen mete` ili rabota na razni vidovi industriski ma{ini. Za da se namali vlijanieto na bu~avata, golemite soobra}ajnici - avtopati{ta se gradat nadvor od gradovite so izgradba na obikolnici okolu naselenite mesta, kako i sadewe drvoredi okolu patot. Drvoredi se sadat i okolu aerodromite za da se namali bu~avata. Dene{nite ìveali{ta, bolnici i u~ili{ta, se gradat taka {to se obezbeduva dobra akusti~na izolacija. Ultrazvukot e mehani~ki bran so frekvencija povisoka od Hz. Ultrazvukot nao a golema primena vo dene{nata medicina, okeanografijata, ma{inskata industrija i dr

118 107

119 4.1. IZVORI NA SVETLINA. SVETLINSKI ZRACI Svetlinata pretstavuva elektromagneten bran. Od site vidovi elektromagnetni branovi nie moème da gi vidime samo svetlinskite. Ostanatite za nas se nevidlivi. Svetlinski izvori Telata {to zra~at svetlina se vikaat svetlinski izvori. Toa se naj~esto tela koi se zagreani do visoki temperaturi. Ako edna metalna ìca se zagree (na primer so propu{tawe struja niz nea), taa prvo }e po~ne da sveti so slaba crvena svetlina, no na povisoki temperaturi taa }e se vàri i }e sveti so bela svetlina. Kaj site poso~eni izvori doa a do pretvorawe na vnatre{na (toplinska, hemiska, atomska ili nekoj drug vid) energija vo svetlina. Tie emitiraat bela svetlina, vo koja se sodràt site mo`ni boi. Sl.1.Najsilen izvor na svetlinata e Sonceto, so povr{inska temperatura okolu S. Sonceto i yvezdite svetat bidej}i vo niv postojano se odvivaat a- tomski procesi pri koi se osloboduva energija. Sl. 3. Laserite se izvori na monohromatska svetlinata. 108 Laserite (sl.3) zra~at svetlina so pribli`no samo edna boja. Tie se izvori na monohromatska svetlina, so posebni svojstva, poradi {to {iroko se primenuvaat. Vo industrijata mo}nite laseri se upotrebuvaat za se~ewe, dup~ewe i obrabotka na metalni predmeti. Vo medicinata so laseri se pravat izvonredno precizni operacii, sopirawe na krvavewa, se obrabotuva o~nata le}a. Poradi sinhronosta na emitiranata laserska svetlina tie moè da bidat koristeni kako branovi so ~ija pomo{ moè da se pravat hologrami (trodimenzionalni sliki na razni predmeti), moè da se za~uvuvaat informaciite na kompakt diskovite. Goreweto (snimaweto) na CD ili DVD vo personalnite kompjuteri se pravi so laser, pa potoa, povtorno so laser, zapi{anite podatoci se "~itaat" ( sl.4). Primenata na laserite e tolku golema {to tie so pravo moàt da se smetaat za edni od najzna~ajnite za tehnologijata na 21. vek. Sl. 2. Obi~nata svetilka sveti od vàrena volframova ìca na S. Sl. 4. Svetlinski, zvu~ni ili tekstovni informacii se snimaat na dene{nite kompakt diskovi od kade, so pomo{ na laserski snop, se"~itaat, se pretvoraat vo slika, zvuk ili tekst.

120 I temnite tela moè da stanat izvori na svetlina koga od nivnata povr{ina se reflektira svetlinata. Na primer, Mese~inata e temno telo, no koga e osvetlena od Sonceto nie ja gledame kako izvor na svetlina. Telata {to nè opkruùvaat gi gledame samo poradi toa {to od niv se reflektira svetlinata. Vakvite tela pretstavuvaat sekundarni izvori na svetlina Svetlinski izvor {to ima mnogu mali dimenzii go vikame to~kest izvor na svetlina. Takov izvor e, na primer, mnogu mala svetilka vo soba, a vo vselenski razmeri i golemite yvezdi pretstavuvaat to~kesti izvori. Opti~ka sredina Telata moàt svetlinata da ja vpivaat ili da ja propu{taat, zavisno od materijalot od koj se napraveni. Materijalite niz koi svetlinata pominuva se narekuvaat proyirni opti~ki sredini, na primer, vozduh, voda ili staklo. Takviot materijal pretstavuva opti~ki homogena sredina ako gustinata mu e sekade ednakva. Niz razli~ni proyirni opti~ki sredini svetlinata se dviì so razli~na brzina. Brzinata na {ireweto na svetlinata zavisi i od nejzinata branova dolìna. Svetlinski snop. Svetlinski zrak. Pravolinisko dvièwe na svetlinata Polupravata {to go odreduva pravecot i nasokata na {ireweto na svetlinskiot bran se vika svetlinski zrak. Svetlinskite zraci ne moè da se vidat. Me utoa, ako vo temna soba ja propu{time malku svetlinata od Sonceto, nie gledame paralelen stolb od osvetleni pra{inki vo vozduhot (svetlinskiot snop). Svetlinskite zraci {to doa aat od Sonceto gi smetame za paralelni. Eksperiment 1 Paralelen svetlinski snop moè mnogu lesno da se dobie i so pomo{ na laser (sl. 5). Ako svetlinskiot snop e mnogu tesen, toga{ takviot snop smetame deka pretstavuva svetlinski zrak. Svetlinski snop od laserski pokaùva~ naso~ete kon yidot od sobata. Zrakot ne go gledate sé duri ne stasa do yidot od kade {to se reflektira. Potoa, probajte da svetnete so laserot nad tenxere vo koe vrie voda i silno isparuva. Sega snopot stanuva vidliv. Eksperiment 2 Neka so edno oko ja nabquduvame sve}ata kako na sl. 6. Ako cevkata e prava }e moè da go vidime nejziniot plamen. Ako cevkata e svitkana, plamenot nema da go vidime. Od eksperimentite 1 i 2 zaklu~uvame deka vo opti~ki homogena sredina svetlinata se dviì pravoliniski. Prirodnite pojavi - zatemnuvawe na Sonceto (sl. 7) i zatemnuvawe na Mese~inata - se posledica na pravoliniskoto prostirawe na svetlinata. Tie nastanuvaat koga Sonceto, Mese~inata i Zemjata }e se najdat na ista prava. Sl. 5. Laserski zrak. Sl.6. Svetlinata se prostira pravoliniski Sl. 7 Delumno zatemnuvawe na Sonceto. 109

121 Senka i polusenka Pojavite senka i polusenka se posledica na pravoliniskoto dvièwe na svetlinata zad osvetlenite neproyirni predmeti. Kakva }e bide senkata, nejzinata golemina i ostrina, zavisi od goleminata na svetlinskiot izvor, goleminata na osvetleniot predmet, nivnata zaemna polo`ba i oddale~enosta (sl. 8). E E S T senka S T senka a) b) polusenka Sl.8. a) Zad nepropustliviot predmet T, osvetlen so to~kest izvor Y, se dobiva ostra senka na predmetot. b) Ako izvorot na svetlinata Y ima pogolemi dimenzii, toga{ postojat mesta na predmetot T koi se delumno osvetleni. Na ekranot E, pokraj senkata, se sozdava i polusenka Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Naso~ete svetlinski snop vo ~a{a so voda. Dali go gledate odot na zrakot? Potoa vo vodata stavete malku mleko i povtorete go opitot? [to zaklu~uvate? 2. Dali nezapalena lamba pretstavuva izvor na svetlina? 3. Pobarajte na internet stranicata: spaceplace.nasa.gov/en/kids/laser/index.shtml 4. Vo predmetot geografija ste u~ele za zatemnuvaweto na Sonceto. Nacrtajte ja {ematskata slika na odot na zracite i objasnete kako taa pojava nastanuva. 5. Nacrtajte kako se postaveni Sonceto, Zemjata i Mese~inata za da nastane zatemnuvawe na Mese~inata. Vo ovaa lekcija nau~ivte Primarni svetlosni izvori se tela koi zra~at svetlina poradi pretvorawe na nekoj drug vid energija vo svetlinska. Sekundarni svetlosni izvori svetat poradi odbivawe na svetlinata {to pa a na niv. Izvor so mali dimenzii, vo sporedba so oddale~enosta na nabquduvaweto, go smetame za to~kest. Primarnite izvori naj~esto zra~at bela svetlina koja ima golem broj razni branovi dolìni. Postojat i monohromatski izvori na svetlina. Laserite zra~at simultano monohromatska svetlina. Tie imaat {iroka primena. Opti~ka sredina e proyiren materijal niz koj svetlinata pominuva so brzina koja zavisi od negovata priroda. Svetlinata se prostira pravoliniski niz homogena opti~ka sredina. Svetlinski zrak e pravecot i nasokata na {ireweto na svetlinata. Toj ne se gleda. Moè da se gleda samo svetlinski snop, ako pri odot svetlinata se odbiva. 110

122 4.2. REFLEKSIJA NA SVETLINATA. RAMNO OGLEDALO Predmetite {to se okolu nas gi gledame bidej}i tie ja reflektiraat svetlinata {to pa a na niv. Refleksija na svetlinata Osobeno e va`na refleksijata od ramna povr{ina na nekoj predmet. Sigurno vi se slu~ilo od nekoja oddale~ena ku}a da vi dojde intenzivna svetlina koja poteknuva od Sonceto, a se reflektirala od ramnata povr{ina na nekoj prozorec. Taa svetlina e mnogu intenzivna, kako da gledate direktno vo Sonceto. Sekoj od vas se ogledal na mirna ramna povr{ina na vodata isto kako i na doma{no ogledalo. Ovie, pa i drugi primeri, ni ukaùvaat deka ako koj i da bilo svetlinski izvor se reflektira od ramna povr{ina, negoviot lik ne ja menuva formata (sl.1). Za da go dademe osnovniot zakon za refleksija na svetlinata }e go razgledame sledniov eksperiment. Vo sredinata na kru`na plo~a (Hartlova plo~a, sl.2) se postavuva ramno ogledalo O. Na rabot od plo~ata se postavuva svetlinski izvor (laserski pokaùva~) taka {to tesniot svetlinski snop delumno da se odbiva od neramninite na plo~ata za da bide vidliv. Neka ogledaloto bide taka postaveno {to pravata ON e normalna na plo~ata. Agolot {to upadniot svetlinski zrak go gradi so normalata se vika upaden agol. Po reflektiraweto svetlinskiot zrak so normalata zafa}a agol koj go vikame agol na refleksija. Koga na rabot na kru`nata plo~a se pridviùva svetlinskiot izvor }e se menuva upadniot agol α. So negovoto menuvawe i agolot na refleksijata β se menuva, taka {to sekoga{ α = β. Zakonot za odbivawe (refleksija) na svetlinata glasi: Upadniot agol e ednakov so agolot na refleksijata. Upadniot zrak, normalata na upadnata povr{ina i reflektiraniot zrak sekoga{ leàt vo ista ramnina. I vo slu~ajot na refleksija od neramna povr{ina vaì osnovniot zakon za refleksija na svetlinata. No toga{ podrazbirame deka neramnata - rapavata povr{ina se sostoi od golem broj razli~no orientirani minijaturni ramni povr{ini, pa refleksijata nastanuva vo site mo`ni pravci i nasoki. So vakvata refleksija se dobiva difuzna svetlina (sl. 3). Sl. 1 Na ramnata povr{ina na pijanoto se reflektira svetlinata od prozorcite na Crkvata "Sv. Sofija" vo Ohrid. izvor α N O β Sl. 2.Upadniot i reflektiraniot agol se ednakvi. Sl.3. Difuznata svetlina nastanuva, na primer, koga bela svetlina }e padne vrz bela hartija ili kniga 111

123 Svetlinata od knigata se reflektira vo site nasoki, pa velime svetlinata se raspr{uva doa a do na{eto oko i nie moème da ~itame. P O L Ramno ogledalo Ramna povr{ina, koja gi odbiva najgolemiot del od upadnite zraci na svetlinata, se vika ramno ogledalo. Ramnite ogledala {to sekojdnevno gi upotrebuvame imaat mnogu dobro izmazneta staklena povr{ina koja od ednata strana e pokriena so tenok sloj na metal. Mirnata povr{ina na vodata igra uloga na ramno ogledalo. Kako se formira likot na predmetot vo ramnoto ogledalo? Slikata 4 }e ni pomogne da go pojasnime toa. Likot e imaginaren (nestvaren), bidej}i nego ne moème da go dobieme na ekran. Predmetot i likot se nao aat na istata normala na ramnata povr{ina na ogledaloto i toa na ednakvi rastojanija od nego. Likot na predmetot (L), dobien so ramnoto ogledalo, e imaginaren, ispraven, ist po golemina so predmetot (R) i prividno na ednakva oddale~enost od ogledaloto. Me utoa, likot kaj ramnoto ogledalo se razlikuva od predmetot samo vo edno ne{to. Ako go nabquduvame svojot lik koga stoime pred ramno ogledalo, moè da zaklu~ime deka na{ata leva strana na likot vo ogledaloto stanala desna i obratno. Ovaa pojava se vika ogledalna simetrija (sl.5). O' Sl. 4. Od eden to~kest izvor R pa aat mnogu zraci na prednata povr{ina na ogledaloto OO' (nacrtani se samo tri). Zrakot koj pa a normalno se reflektira vo ist pravec. Sekoj drug se reflektira pod agol ednakov na agolot na upa awe. Po odbivaweto ovie zraci se raziduvaat, me utoa nivnite prodolènija zad ogledaloto se se~at i go formiraat likot L. Mirnata voda e ramno ogledalo (Sv.Naum - Ohrid) desna raka leva raka 112 Ramnite ogledala nao aat primena i kaj nizata opti~ki aparati koga treba da se promeni nasokata na {ireweto na svetlinskite zraci. Refleksijata od ramno ogledalo e primeneta kaj periskopot (sl. 6). Se primenuva kaj podmornicite za nabquduvawe na predmetite nad vodenata povr{ina. Sl. 5. Ogledalna simetrija Sl. 6. Periskop

124 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Kako }e go objasnite toa {to i po zao aweto na Sonceto sè u{te gi gledame predmetite okolu nas? 2. Otvorete edna stranica od nekoja va{a kniga i svrtete ja kon doma{noto ogledalo. Moète li da go ~itate tekstot gledaj}i vo ogledaloto? 3. Igor se dobliùva kon nekoe ogledalo so brzina v =1 m/s. So koja brzina mu se dobliùva likot? Kolkava e brzinata na likot na Igor vo odnos na ogledaloto? 4. Postavete dve ramni ogledala vertikalno i paralelno pome u sebe. Kolku likovi na zapalena sve}a (sl. 7) postavena pome u niv }e dobiete? Objasnete ja dobienata slika. Sl.7. Dobivawe na beskone~en broj likovi so dve paralelno postaveni stakla i sve}a me u niv 5. Opredelete ja polo`bata na lik na daden predmet kaj ramnoto ogledalo. Za izveduvawe na ova vi se potrebni: dve ednakvi sve}i, edno ramno ogledalo, vsu{nost edno ramno staklo, drà~ za stakloto (odnosno ogledaloto ) so koj stakloto }e se postavi vo vertikalna polo`ba. ]e ni pomogne slikata 8. Vo ovaa lekcija nau~ivte a) b) v) Sl. 8 Prvo stakloto postavete go vo vertikalna polo`ba i na ednakvi rastojanija od stakloto postavete gi sve}ite (slika 8 a). Potoa zapalete ja ednata od sve}ite (sl.8b). Poglednete vo stakloto za da go vidite likot na zapalenata sve}a. Bidej}i likot na zapalenata sve}a se poklopuva so mestopolo`bata na nezapalenata sve}a, }e vi izgleda deka i vtorata sve}a e zapalena (sl. 8v). So toa ste dokaàle deka likot i predmetot kaj ramnoto ogledalo se ednakvi po golemina i na ednakvi rastojanija. Sega postavete go prstot kaj nezapalenata sve}a. Neli vi izgleda ~udno - se ~ini kako prstot da moè da stoi vo plamenot! Sekoja ramna povr{ina koja reflektira pretstavuva ramno ogledalo. Agolot {to upadniot svetlinski zrak go gradi so normalata na ramnata povr{ina se vika upaden agol. Agolot {to go gradi reflektiraniot zrak so normalata na ramnata povr{ina se vika agol na refleksija. Zakonot za refleksija glasi: upadniot agol e ednakov so agolot na refleksijata. Upadniot zrak, normalata na upadnata povr{ina i reflektiraniot zrak, sekoga{ leàt vo ista ramnina. Likot na predmetot (L), dobien so ramnoto ogledalo, e imaginaren, ispraven, ednakov po golemina so predmetot (R) i prividno na ednakva oddale~enost od ogledaloto. Kaj likot na ramnoto ogledalo doa a do izraz ogledalnata simetrija : desnata strana na predmetot stanuva leva i, obratno Ramnite ogledala nao aat {iroka primena kaj raznite opti~ki aparati. 113

125 4.3. SFERNO OGLEDALO Ogledalata koi pretstavuvaat delovi od povr{ina na topka se narekuvaat sferni ogledala. Osnovni karakteristiki na ogledalata Sfernite ogledala moè da bidat vdlabnati ili konkavni (sl.1a) i ispup~eni ili konveksni (sl.1b). Na slikite se ozna~eni i centrite na zakrivenosta (C) koi pretstavuvaat centri na sferite od ~ii delovi se dobieni povr{inite na ogledalata. Teme (T) na ogledaloto e srednata to~ka na povr{inata na ogledaloto. Opti~ka oska e pravata koja pominuva niz centarot na zakrivenosta ( C) i temeto na ogledaloto (ST). Ako paralelen snop svetlina padne vrz vdlabnato ogledalo, site negovi zraci se reflektiraat, taka {to pominuvaat niz edna to~ka koja se vika fokus F na ogledaloto (sl.1a). Paralelnite upadni zraci koi od desno kon levo upa aat vrz ispup~enoto ogledalo se raziduvaat (sl. 1b), ne se se~at. Se se~at nivnite prodolènija, pa velime vakvite ogledala imaat imaginaren fokus. C F T a) Sl. 1a. Vdlabnato ogledalo. So crveno se ozna~eni upadnite zraci, a so violetova boja tie {to se reflektiraat od ogledaloto Dobivawe likovi kaj ogledalata I pri dobivaweto likovi kaj vdlabnatoto ili ispaknatooto sferno ogledalo doa a do izraz osnovniot zakon za refleksija. Toa e taka bidej}i sekoj mal del od ogledaloto moè da se smeta za ramna povr{ina. Toa be{e koristeno i pri crtaweto na slikite 1a i 1b. C r=2f F f Sl. 1b. Odbivawe od ispup~eno sferno ogledalo T Tamu paralelnite zraci pa aat na razli~ni mesta, pod razli~en agol na delot od sfernata povr{ina i zatoa pri reflektiraweto, ili realnite zraci, ili nivnite 114

126 prodol`enija, se se~at vo edna to~ka - fokus. Rastojanieto pome u temeto na ogledaloto i fokusot se vika fokusno rastojanie (f). Rastojanieto pome u centarot na zakrivenosta S i temeto T e vsu{nost radius na zakrivuvaweto r na ogledalnata povr{ina. Polupre~nikot na zakrivuvaweto na sfernoto ogledalo e ednakov na dvojnoto fokusno rastojanie: r r 2 f f = 2 =. Karakteristi~ni zraci kaj sfernite ogledala Pri konstrukcija na likovite kaj vdlabnatoto sferno ogledalo dovolno e da se nacrtaat dva zraka koi poteknuvaat od nekoja to~ka na predmetot. Za taa cel se koristat dva od slednive tri karakteristi~ni zraci ~ij pat e poznat: C F T α F C α T C F T Sl.2. Zrak koj e paralelen so opti~kata oska se reflektira taka {to pominuva niz fokusot. I obratno, zrak koj pominuva niz fokusot po refleksijata e paralelen so opti~kata oska Sl. 3 Zrak koj pa a vo temeto na ogledaloto pod agol α vo odnos na opti~kata oska se reflektira na sprotivnata strana na opti~kata oska pod ist agol. Sl. 4. Zrak koj pominuva niz centarot na zakrivuvaweto, bidej}i e normalen na povr{inata na sferata po refleksijata se vra}a nazad po istiot pat. Razni vidovi likovi Pri dobivaweto na likovite dovolno e da se nacrta likot na to~kata na predmetot koja e najoddale~ena od opti~kata oska, bidej}i likot na nekoja to~ka {to le`i na opti~kata oska e, isto taka, na opti~kata oska. ]e go ilustrirame dobivaweto na likovite kaj vdlabnato ogledalo so slednive primeri: predmet predmet C F T C F T predmet C lik F T lik Sl. 5. Koga predmetot e postaven vo centarot na zakrivuvaweto na ogledaloto (centarot na sferata), likot e realen, prevrten, ednakov po golemina i na ednakvo rastojanie od predmetot. lik Sl. 6 Koga predmetot se nao a pome u centarot na zakrivuvaweto na ogledaloto i fokusot, likot e realen, prevrten i zgolemen i se nao a na rastojanie pogolemo od dvojnoto fokusno. Sl. 7. Koga predmetot se nao a podaleku od centarot na zakrivuvaweto, likot e realen i namalen i se nao a me u centarot na zakrivuvaweto i fokusot. 115

127 predmet C F T imaginaren lik predmet T F imaginaren C lik Sl. 8. Koga predmetot se nao a na rastojanie pomalo od fokusnoto, reflektiranite zraci se raziduvaat i ne se se~at. Se se~at nivnite prodolènija i sozdavaat imaginaren lik, zgolemen i ispraven. Ravenka na ogledalo Sl. 9 Kaj ispup~enite sferni ogledala likot {to se dobiva e sekoga{ imaginaren, ispraven i namalen. Na sl. 10 oddale~enosta na predmetot AV od temeto T e ozna~ena so a, a oddale~enosta na likot A 1 V 1 od T so b. Likot e dobien so presek na zrakot, koj po refleksijata pominuva niz fokusot, i zrakot VT koj pa a vrz temeto pod agol α vo odnos na opti~kata oska i se reflektira pod ist takov agol. Taka na slikata se dobivaat dva sli~ni pravoagolni triagolnika ( Δ ABT e sli~en so B Δ A 1 B 1 T ), kako triagolnici so ednakvi agli. Od sli~nosta na ovie predmet dva triagolnika sleduva: p A C lik A 1 l B 1 α F α f b A 1 B 1 AB a Odnosot pome u goleminata na likot l = A 1 V 1 i goleminata na predmetot p Sl. 10 = AV e ednakov na odnosot pome u rastojanieto na likot do ogledaloto b i rastojanieto na predmetot a. Ovoj odnos ukaùva na zgolemuvaweto ili namaluvaweto na likot kaj sfernoto ogledalo i se vika zgolemuvawe ( z). So merewa i teoriski se pokaùva deka pome u rastojanijata na predmetot (a), na likot (b) i fokusnoto rastojanie (f) vaì slednava vrska: 1 f = T 1 a Ovaa ravenka se vika ravenka na sferno ogledalo. Spored nea: recipro~nata vrednost na fokusnoto rastojanie e ednakva na zbirot na recipro~nite vrednosti na rastojanijata na predmetot i na likot od sfernoto ogledalo. 1 b = l p = b a = z 116

128 Primer zada~a Pred vdlabnato sferno ogledalo se nao a moliv oddale~en 40 cm od temeto na ogledaloto. Ako radiusot na zakrivuvaweto na ogledaloto e 48 cm, kolkava e oddale~enosta na likot, kako i kolku }e se zgolemi dolìnata na molivot? Zadadeno: Re{enie: a= 40 cm = 0,40 m Fokusnoto rastojanie f = r m 2 = 0,24. Od r= 48 cm = 0,48 m ravenkata na sferno ogledalo b=? z=? Pra{awa, zada~i i aktivnosti = sleduva f a b fa b =, a ottuka b = = 0,60 m. z = =1, 5 pati. b f a a f a 1.Izvedete go sledniov opit. Postavete vdlabnato ogledalo, taka {to son~eva svetlina }e pa a paralelno so opti~kata oska na ogledaloto. Vo fokusot na ogledaloto }e moè da zapalite par~e hartija. Zo{to se slu~uva toa? 2. Radiusot na sferata od koja e ise~eno dadeno sferno ogledalo iznesuva 0,5 m. Na koe rastojanie od ogledaloto se nao a fokusot? (Odgovor : f = 0,25 m) 3. Koga odite vo priroda, se prepora~uva delovite od skr{enite stakleni {i{iwa, tegli i sl. da se soberat i da ne se ostavat. Lu eto se predupreduvaat deka tie delovi moè da predizvikaat poàr. Zo{to? 4. Zo{to kaj reflektorite i avtomobilskite farovi se koristat ogledalata. Kakvi se ogledalata {to se koristat tamu i kade se postavuva svetilkata kaj niv? 5. Izvedete opit na dobivawe likovi na sve}a kaj sferno vdlabnato ogledalo. Postapka: prvo treba da go opredelite centarot na zakrivaweto na ogledaloto. Toa go pravite taka {to, dvièj}i ja zapalenata sve}a po dolìnata na opti~kata oska, go barate likot na sve}ata koj e ednakov i prevrten, a se nao a tokmu na rastojanieto ednakvo so predmetot. Koga gledate vo nasoka normalna na ogledaloto, plamenite na sve}ata predmet i sve}ata lik treba to~no da vi se doprat (sl.11). Sl.11 Izmerete gi rastojanijata na predmetot i likot i proverete dali vaì ravenkata na sferno ogledalo. Potoa, postavate ja sve}ata na razni rastojanija i }e dobiete zgolemen, i namalen realen lik, kako i imaginaren lik. 2f Vo ovaa lekcija nau~ivte Ogledalata koi pretstavuvaat delovi od povr{ina na topka se nare~eni sferni ogledala. Tie moè da bidat vdlabnati i ispup~eni. Fokus e to~ka vo koja pominuvaat site zraci koi pa aat paralelno so opti~kata oska. Likovite kaj vdlabnato ogledalo moè da bidat realni i imaginarni, zavisno od rastojanieto na predmetot i ogledaloto. Kaj ispup~enite sferni ogledala likot {to se dobiva e sekoga{ imaginaren, ispraven i namalen Ravenkata na ogledaloto e = kade {to a e rastojanie na predmetot, b f a b rastojanie na likot i f fokusno rastojanie. 117

129 4.4. PREKR[UVAWE NA SVETLINATA Se ~ini kako laìcata i molivot da se prekr{eni na granicata pome u vozduhot i vodata Koga nekoj }e zagazi vo voda, neli ste zabeleàle deka nozete mu izgledaat pokusi? Zna~i, na granicata pome u vozduhot i vodata doa a do promena na pravecot na dvièweto na svetlinskite zraci. Za da ja prou~ime pojavata, kako izvor na svetlina }e upotrebime laserski pokaùva~ koj sozdava pravoliniski snop na svetlina. Svetlinskiot snop }e bide vidliv ako vo vozduhot ima malku ~ad, a vo vodata nekolku kapki mleko (ili te~na pudra). Kako {to se gleda na slikata 1, koga vrz grani~nata povr{ina me u vozduhot i vodata }e padne svetlinskiot snop, toj delumno }e se odbie, a delot {to }e pomine vo vodata, }e skr{ne od svojot prvobiten pravec. Kolku e upadniot agol pogolem tolku e pogolem i agolot pome u zrakot po prekr{uvaweto i normalata (agolot na prekr{uvawe) Eksperimentot moè da se napravi i so lamba za bela svetlina. Za da se napravi patot na snopot vo vodata vidliv vo vodata moè da se dodade malku fluorescentna te~nost (sl. 2). Boeweto moè da go napravite so toa {to }e rasipete eden fluorescenten flomaster. Ovaa pojava se vika prekr{uvawe na svetlinata. Ako svetlinata ja naso~ime normalno na grani~nata povr{ina, do prekr{uvawe nema da dojde. Zo{to nastanuva prekr{uvaweto? Odgovorot na ova pra{awe leì vo branovata priroda na svetlinata. Taa kako elektromagneten bran, vo razli~ni sredini se dviì so razli~ni brzini. Brzinata na svetlinata vo vakuum e najgolema ( km/s). Eksperiment 1 laser 1 2 α β vozduh so ~ad voda so kapka te~na pudra Sl. 1 Odot na zracite od vozduh vo voda Sl. 2. Prekr{uvawe na bela svetlina 118

130 Vo sekoja druga sredina brzinata na svetlinata e pomala. Do prekr{uvawe na svetlinata doa a pri sekoj premin pome u dve opti~ki sredini, ako brzinata na svetlinata vo niv se razlikuva. Agolot pod koj svetlinata }e se prekr{i e agolot me u zrakot {to se prekr{il i normalata na grani~nata povr{ina. Toj zavisi od toa kakvi se brzinite na svetlinata vo sredinite pred i po grani~nata povr{ina. Promenata na pravecot e opredelena so indeksot na prekr{uvaweto (n) koj pretstavuva odnos na soodvetnite brzini na svetlinata vo tie dve sredini v 1 i v 2 : v n = v Ako e se raboti za granica pome u vakuumot (vozduhot) i nekoja sredina toga{ veli~inata se vika apsoluten indeks na prekr{uvawe (n = c/v). Ovaa veli~ina e opti~ka karakteristika na dadenata sredina i zavisi od nejzinata priroda (tab. 1). Sredina vo koja svetlinata se dviì so pomala brzina e opti~ki pogusta, a sredina vo koja brzinata e pogolema se vika opti~ki poretka. Taka, vozduhot e opti~ki poretka sredina od vodata. Prekr{uvaweto na zrakot na granicata na dve sredini vo koi brzinata na svetlinata ima razli~na golemina e ilustrirano na slikite 3, 4 i 5. Upadniot zrak, normalata na grani~nata povr{ina i zrakot {to se prekr{uva sekoga{ leàt vo ista ramnina. 1 2 Tabela 1. Apsoluen indeks na prekr{uvawe na nekoi supstancii. SUPSTANCIJA Indeks na prekr{uvawe (n) voda 1,33 staklo 1,5 glicerin 1,47 поретка погуста Sl. 3. Koga svetlinskiot zrak preminuva od opti~ki poretka vo pogusta sredina, prekr{uvaweto e kon normalata na grani~nata povr{ina. погуста поретка Sl. 4. Ako svetlinata pominuva od opti~ki pogusta vo poretka sredina, agolot na prekr{uvawe e pogolem od upadniot, prekr{uvaweto e od normalata. поретка погуста Sl. 5. Pri normalno upa awe nema prekr{uvawe. Planparalelna plo~a Proyirnite tela ~ii {to sprotivni strani se dve paralelni ramnini se vikaat planparalelni plo~i. Na slikata 6 e daden presek na planparalelna plo~a od staklo, vrz koja pa a svetlosen zrak pod nekoj agol Kako {to moè da se vidi, upadniot i izlezniot zrak imaat ist pravec, samo Sl. 6. Prekr{uvawe na svetlinata niz planparalelna plo~a. 119

131 do{lo do nivno paralelno pomestuvawe. Od slikata 7 se gleda deka nabquduva~ot go gleda top~eto R kako toa da se nao a na mestoto L. Likot na top~eto (L) e pridvièn vo odnos na top~eto-predmet (R) za rastojanie d. Ova pridviùvawe e tolku pogolemo, kolku e pogolem upadniot agol, kolku e podebela plo~ata, kako i od toa kolku opti~kata sredina (ovde staklo) e pogusta vo odnos na sredinata vo koja se nao a (ovde vozduhot). L P d staklo α β Sl. 7. Gledawe na top~e pod agol niz planparalelna plo~a. Se gleda izmesteno. α Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Kako so pomo{ na prekr{uvawe na svetlinata }e otkriete koja od sredinite e opti~ki pogusta? 2. Ako indeksot na prekr{uvawe na vodata e 1,33, toga{ kolkava e brzinata na svetlinata vo nea? 3. Vo mirno ezero nurkate i go gledate Sonceto. ]e vi izgleda li Sonceto povisoko ili ponisko na neboto (sl. 8)? 4. Ako apsoluten indeks na prekr{uvawe na stakloto e 1,55, a na vodata 1,33. kolkav e indeksot na prekr{uvaweto na preminot voda-staklo? 5. Opi{ete ja pojavata dadena na slikata 9. Na koe mesto devoj~eto ja gleda ribata? Ako ste ribar }e treba li da vodite smetka za toa kade }e go frlite mamecot? Dali i mamecot }e go gledate na realnoto mesto? Sl.8 prekr{en agol upaden agol Sl Vo ovaa lekcija nau~ivte Do prekr{uvawe na svetlinata doa a pri sekoj premin pome u dve opti~ki sredini, ako brzinata na svetlinata vo niv se razlikuva. Indeks na prekr{uvawe na svetlinata pome u dve sredini e ednakov na odnosot v1 na soodvetnite brzini na {ireweto na svetlinata vo tie sredini: n =. v2 Sredina vo koja svetlinata se dviì so pomala brzina e opti~ki pogusta, a sredina vo koja brzinata e pogolema se vika opti~ki poretka. Koga svetlinskiot zrak preminuva od opti~ki poretka vo pogusta sredina, po prekr{uvaweto zrakot odi kon normalata. Ako svetlinata pominuva od opti~ki pogusta vo poretka sredina, zrakot po prekr{uvaweto e naso~en od normalata. Pri normalno upa awe nema prekr{uvawe. Upadniot zrak, normalata na grani~nata povr{ina i zrakot po prekr{uvaweto leàt vo ista ramnina. Proyirno telo ~ii {to sprotivni strani se dve paralelni ramnini se vika planparalelna plo~a. Pri prekr{uvawe niz nea, upadniot i izlezniot zrak imaat ist pravec, samo doa a do nivno paralelno pomestuvawe.

132 4.5. TOTALNA REFLEKSIJA Svetlinata mo`e na dadena grani~na povr{ina samo da se reflektira. Nastanala totalna refleksija. Pojavata totalna refleksija nastanuva toga{ koga svetlinata pominuva od opti~ki pogusta vo opti~ki poretka sredina. Vo toj slu~aj agolot na prekr{uvawe e pogolem od upadniot. slu~aj Sl. 1. Se menuva agolot na upadniot laserski zrak se dodeka toj ne se reflektira. Eksperiment Ako postepeno se zgolemuva upadniot agol α (slika 1), se zgolemuva i agolot na prekr{uvawe, i za nekoj agol, takanare~en grani~en agol (α gr ), agolot na prekr{uvawe }e stane ednakov na 90 0, pa zrakot koj se prekr{il }e se lizga po grani~nata povr{ina. Pri agli pogolemi od ovoj, ve}e nema prekr{uvawe, tuku celata svetlina se reflektira (sl. 2). Pojavata se vika totalna refleksija. Sl. 2. Totalna refleksija. Kaj sredini so pogolem indeks na prekr{uvawe grani~niot agol na totalna refleksija e pomal. Grani~ni Grani~en agol Staklena prizma za totalna refeksija So pomo{ na staklena prizma, namesto so ramno ogledalo, mo`e da se konstruira periskop. Se koristi staklena prizma ~ija forma na presekot na osnovata e dadena na sl. 3. Ako svetlinata upa a normalno vrz AV, taa tamu ne se prekr{uva. Potoa pa a vrz stranata BC staklo - vozduh pod agol od 45 0 (agol pogolem od grani~niot za totalna refleksija - vidi tabela) i totalno se reflektira. So prizmi za totalna refleksija e mo`no i drugo svrtuvawe na svetlinskite zraci, {to e iskoristeno kaj niza opti~ki aparati. sredini voda-vozduh α gr = 48,5 0 staklo-vozduh α gr = 42 0 V A Sl. 3. Koga zrakot }e stasa na stranata BC agolot e pogolem od grani~niot agol, pa totalno se reflektira. S 121

133 Totalnata refleksija nao a {iroka primena vo optikata, a denes vo telekomunikaciite. So opti~ki kabel moè da se prenesuva telefonski signal, televiziski signal i internet signal ednovremeno. Fiber optika Opti~kite vlakna (fibri) se tenki dielektri~ni vlakna niz koi svetlinata se vodi vo prostorot. Moè da se stakleni, plasti~ni ili od nekoj drug proyiren materijal. Ako svetlinski zrak navleze koso vo proyirnoto vlakno i padne pod agol pogolem od grani~niot agol na totalnata refleksija, }e dojde do negovo totalno odbivawe (sl. 4). Toj odbien zrak }e padne na nekoe poodale~eno mesto vo vnatre{nosta na vlaknoto, i tamu pak }e dojde do negovo totalno odbivawe. Taka svetlinskiot snop, opi{uvaj}i edna cik-cak linija, se dviì niz vlaknoto sè duri od nego ne izleze. Vrz ovoj princip se gradeni dene{nite opti~ki kabli svetlovodi (sl.5 i 6). Toa se mnogu tenki plasti~ni ili stakleni vlakna. Moàt da se svitkuvaat i da bidat mnogu dolgi. Opti~kite kabli ovozmoùvaat efikasen, kvaliteten i evtin prenos na informaciite (na zapisite na glas, muzika, videoslika i drugi podatoci). Na primer, koga telefonirame, na{iot glas prvo se pretvora vo elektri~ni signali, a ovie vo opti~ki. Opti~kite signali patuvaat po dolìnata na opti~kite vlakna. So eden laser preku opti~ko vlakno moàt da bidat preneseni i do 1000 razgovori vo sekunda. Sl. 4. Iako e vlaknoto iskriveno, svetlinata se vodi niz nego. Sl. 5. Fotografija na snop od opti~ki vlakna opti~ki fiber Sl. 6. Opti~ki fiber (opti~ko vlakno) sluì za prenos na lik I kompjuterskite mreì se gradeni od opti~ki kabli - golem broj svetlinski vlakna. Mnogu e va`na upotrebata na opti~kite vlakna i vo medicinata. Tamu se koristi prenosot na likot na nekoj predmet so snop od opti~ki vlakna (sl. 7). Se vnesuva snop od opti~ki vlakna vo vnatre{nosta na teloto i pritoa se prenesuva slikata do okoto na lekarot. Taka se pravat pregledi, na primer, na organite za varewe (gastroskopija) ili na organite za di{ewe (bronhoskopija). Sl. 7. Ispituvawe na di{nite organi. Bronhoskopija. 122

134 Fatamorgana (a) (б) Sl. 8. a) Fatamorgana vo pustina; b) Fatamorgana na pat. Na patot nema voda, no nam ni se ~ini kako da ja ima poradi svivaweto na svetlosnite zraci Fatamorganata se javuva letno vreme po pati{tata ili vo pustinite, a se objasnuva so pojavata totalna refleksija (sl. 8a i 8b). Koga povr{inata na Zemjata e mnogu zagreana od Sonceto, toga{ vozdu{niot sloj vo neposredna blizina na povr{inata e razreden (opti~ki poretka sredina) se sozdavaat uslovi za totalna refleksija kaj svetlinskiot zrak {to navleguva od opti~ki pogusta vo poretka sredina. Taka, na primer, eden svetlinski zrak od vrvot na nekoe drvo sè pove}e se otklonuva od normalata, sè dodeka na nekoj sloj blizok do zemjata totalno ne se reflektira. Patnikot vo pustinata gleda drvo i zelenilo kako da se ogleduva od vodena povr{ina. Se razbira voda nema (sl. 8a). Vo na{i uslovi taa pojava se slu~uva letno vreme na asfaltnite pati{ta (sl. 8b). Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1) Zad eden sad so voda se nao a zapalena sve}a. Sadot ima forma na kvadar. Kakov e likot na sve}ata {to }e go gleda nabquduva~ot, ako e okoto taka postaveno {to ja gleda sve}ata pod agol pogolem od grani~niot agol za totalna refleksija (sl.9)? 2) Napravete opit opi{an so pra{aweto 1. 3) Za kolkav agol se svrtel snopot so pomo{ na prizmata za totalna refleksija dadena na slikata 10. 4) Nacrtajte {ema na periskop, vo koj namesto ogledala bi se upotrbile prizmi za totalna refleksija. 5) Na You tube.com pobarajte video klipovi za atraktivnite fiber vlaka: Fiber optics i Fiber optics lamp ' 1' Sl.9 Sl.10. Vo ovaa lekcija nau~ivte Нa grani~nata povr{ina od opti~ki poretka vo opti~ki pogusta sredina, ako svetlinata pa a pod upaden agol pogolem od grani~niot, koj e karakteristi~en za dadenite dve sredini, nastanuva totalna refleksija. Totalnata refleksija denes mnogu se koristi kaj opti~kite vlakna za opti~ki prenos na informaciite. So pojavata totalna refleksija se objasnuva pojavata fatamorgana. 123

135 4. 6. PREKR[UVAWE NA SVETLINATA NIZ OPTI^KA PRIZMA. DISPERZIJA Opti~ka prizma pretstavuva proyirno telo, obi~no stakleno, koe ima barem dve neparalelni izmazneti ramni povr{ini na koi se prekr{uva svetlinata. Prekr{uvawe vo prizma Ako svetlinski zrak od eden izvor na monohromatska svetlina P (laserski pokaùva~) upa a vo staklena prizma, kako na slikata 1, toj se prekr{uva dva pati, edna{ na grani~nata povr{ina AB, a potoa na grani~nata povr{ina CB. Agolot {to go gradat dvete grani~ni povr{ini (γ) se vika vrven agol na prizmata. Po dvojnoto prekr{uvawe izlezniot zrak se prekr{il kon po{irokiot del na prizmata. Upadniot zrak i izlezniot zafa}aat agol koj se vika agol na devijacija (δ). P A Sl. 1. Patot na zrak od laserski pokaùva~ niz staklena prizma. B γ δ C 124 Kolkav }e bide agolot na devijacija zavisi od vrvniot agol na prizmata i od indeksot na prekr{uvaweto na materijalot od koj e napravena prizmata i nadvore{nata sredina (vo na{iot slu~aj, vozduh -staklo). Za pogolemi vrvni agli na prizmata i pogolemi indeksi na prekr{uvawe agolot na devijacijata e pogolem. Prekr{uvawe na bela svetlina. Disperzija na svetlinata Eksperiment 1 Ako zrak od bela svetlina (od lamba ili od Sonce) pa a vrz staklena prizma, toga{ prekr{uvaweto niz prizmata e malku posloèno. Belata svetlina se sostoi od spektar od branovi so razli~ni branovi dolìni. Vo stakloto svetlinskite zraci so razli~ni branovi dolìni imaat razli~ni brzini na {irewe, pa poradi toa i razli~en indeks na prekr{uvawe. Toa zna~i deka tie razli~no se prekr{uvaat (sl. 2). Taka, svetlinata koja ima najkusa branova dolìna (violetovata) najmnogu se prekr{uva, a onie so podolgite branovi dolìni se prekr{uvaat pomalku. Crvenata svetlina ima najgolema branova dolìna i taa najmalku se prekr{uva. Istoto toa e i pri~inata zo{to niz prizma belata svetlina se razloùva na boi. Pojavata se vika disperzija na svetlinata, a dobieniot oboen lik na otvorot na svetlinskiot izvor e spektar (sl. 3). Sl. 2 Razli~no prekr{uvawe zavisno od branovata dolìna na svetlinata. Sl. 3. Disperzija niz prizma.

136 Vinoìto na Sl. 4. Na sitnite kapki voda, koga istovremeno vrne i gree Sonce doa a do prekr{uvawe Son~evite zraci sozdavaj}i oboen lak na neboto, poznat kako vinoìto. Ponekoga{ ( i na slikata) se gleda i vtoro vinoìto kaj koe redosledot na boite e sprotiven Pojavata vinoìto se objasnuva preku principot na disperzija na svetlinata. Do pojavata na vinoìto (sl.4) doa a poradi pojavite na prekr{uvawe na svetlinata niz iljadnici sferni kapki koi se odnesuvaat kako prizmi. Vo sekoja kapka doa a do razloùvawe na belata svetlina kako vo mala prizma. Toa }e go razbereme podobro ako razgledame samo edna kapka zgolemeno kako na slikata 5. Kaj iljadnici sitni kapki voda doa a do vakvo razloùvawe na belata son~eva svetlina vo nejzinite boi sozdavaj}i prekrasen lak od boite na spektarot, vinoìtoto. zrak bela son~eva svetlina violetova A C 2 C 1 B 1 B 2 crvena Sl.5. Bela svetlina upa a vo to~kata A, kade delumno se reflektira ({to ne e prikaàno) i delumno se prekr{uva, razloùvaj}i se vo spektralni boi. Vo to~ite B 1 i B 2 zracite totalno se reflektiraat, a vo to~kite C 1 i C 2 povtorno se prekr{uvaat sozdavaj}i spektar od boi. Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1. Od {to zavisi agolot na devijacijata pri prekr{uvawe niz prizma? 2. Ako vrz prizma pa a bela svetlina, zo{to taa se razloùva na spektralni boi? 3. Nacrtajte go odot na zracite na crvena i sina svetlina pri prekr{uvawe niz prizmata. Dali zrakot {to izleguva od prizmata e oboen? 4. Za koja svetlina velime deka e monohromatska? 5. Vo koj interval na branovi dolìni se nao a svetlinata {to ja gleda na{eto oko? 6. Violetovata svetlina ima branova dolìna od 400 nm, a crvenata od 800 nm. Koja od niv ima pogolema frekvencija. (1 nm = 0, m). 7. Kolkava frekvencija ima svetlina so branova dolìna 555 nm? 8. Napravete opit nabquduvawe na odot na zracite niz prizma. Za toa vi se potrebni: laserski pokaùva~, staklena prizma, ili vodena kiveta (~a{a) so planparalelni yidovi, ekran, izvor na bela svetlina (laboratoriska lamba), ekran so puknatina; stol~e za postavuvawe na prizmata. Ako upotrebite izvor na bela svetlina, vo vodata, 125

137 namesto kapki mleko se stava fluorescentna boja od eden otvoren fluorescenten flomaster. Taka snopot vo "vodenata" prizma }e bide vidliv. laser laser γ a) b) Sl Vo u~ili{na laboratorija napravete eksperiment dobivawe spektar na bela svetlina. Za toa e potrebno: izvor na bela svetlina (laboratoriska lamba so vgradena le}a), prepreka so liniska puknatina, staklena prizma, le}a ekran, stol~e za postavuvawe na prizmata. La Pu L E a) La Pu L Pr E b) Sl. 7. Za dobivawe dobar spektar treba da se postapi na sledniov na~in: se postavuvaat lambata La, preprekata so puknatinata Pu, le}ata L i ekranot E vo prava linija. Se bara da se dobie ostar lik na puknatinata Pu na ekranot (slika 7a). Potoa na patot na zracite se postavuva prizmata Pr kako na slikata 7b. Ekranot treba sega da se pomesti na stranata na po{irokiot del od prizmata. Se vrti prizmata sè duri ne se dobie ostar lik na spektarot. 126 Vo ovaa lekcija nau~ivte Ako vrz opti~ka prizma se naso~i monohromatski svetlinski snop, toj se otklonuva kon po{irokiot del od prizmata za agol koj se vika agol na devijacija. Agolot na devijacija zavisi od vrvniot agol na prizmata i indeksot na prekr{uvawe na prizmata vo odnos na nadvore{nata sredina. Pri pa awe na snop od bela svetlina vrz prizma, poradi razli~noto prekr{uvawe na svetlinata so razli~nite branovi dolìni (razli~nite boi) }e dojde do razloùvawe na svetlinata na nejzinite boi. Najmnogu se prekr{uva violetovata svetlina (taa so najkusa branova dolìna), a najmalku crvenata (so najdolga branova dolìna). Pojavata na razloùvawe na belata svetlina so pomo{ na opti~ka prizma se vika disperzija na svetlinata, a dobieniot oboen lik na izvorot opti~ki spektar. Pojavata vinoìto se objasnuva preku prekr{uvawe na svetlinata niz iljadnici kapki voda koi se odnesuvaat kako mali prizmi vo koi so prekr{uvawe i totalna reflesija se sozdava vinoìto ili yunica.

138 4.7. LE]I. LIKOVI KAJ LE]ITE Le}ite, kako opti~ki elementi, gi ima vo re~isi site uredi koi formiraat likovi: fotografskiot aparat, kamerata, teleskopot, mikroskopot i dr. I na{eto oko ima le}a, a negovite nedostatoci gi korigirame so o~ila ili kontaktni le}i. Vidovi le}i. Osnovni karakteristiki Le}ata e stakleno ili plasti~no proyirno telo so glatki povr{ini, od koi, barem ednata e del od sfera. Postojat dva glavni vida le}i: sobirni (ili konveksni) i rasturni (ili konkavni). Na sl. 1 e dadena slika na presekot na edna dvojnoispaknata le}a. Pravata {to gi spojuva centrite na sferite ~ii delovi se povr{inite na le}ata se vika opti~ka oska. Le}a ~ija {to debelina d e mala vo sporedba so radiusite na sferite od koi le}ata e dobiena, se vika tenka le}a. Sobirnite le}i se podebeli vo blizinata na opti~kata oska otkolku na nivnite kraevi (sl. 2). Kaj rasturnite le}i e obratno. Tie se potenki vo blizinta na opti~kata oska (sl. 2). Poradi toa kaj sobirnite le}i zracite {to pa aat paralelno so opti~kata oska se sobiraat po prekr{uvaweto niz le}ata vo edna to~ka koja ja vikame fokus na le}ata (sl. 3). Za razlika od niv kaj rasturnite le}i paralelnite zraci po prekr{uvaweto se raziduvaat. No, nivnite prodol- `enija se se~at, isto taka vo edna to~ka, koja ja vikame imaginaren fokus (sl.4). d C 1 C 2 Sl. 1. Pravata C 1 C 2 se vika opti~ka oska собирна растурна Sl.2. Sobirni le}а (подебела кон оптичката оска и рasturnа le}а (потенка кон оската). F F O O F F F O F Sl. 3. Kaj sobirnite le}i paralelnite zraci po prekr{uvaweto pominuvaat niz fokusot. f f Sl.4. Kaj rasturnite le}i vo imaginarniot fokus pominuvaat prodol`enijata na prekr{enite zraci. a) b) [ematski oznaki za a) sobirna le}a, b) rasturna le}a 127

139 Rastojanieto od fokusot na le}ata do nejziniot centar O se vika fokusno rastojanie (f), koe e osnovna karakteristika na sekoja le}a. Fokusnoto rastojanie na le}ata zavisi od zakrivenosta na nejzinite sferni povr{ini, no i od indeksot na prekr{uvaweto na materijalot od koj e napravena le}ata. Recipro~nata vrednost od ovaa veli~ina e karakteristika na le}ata se vika ja~ina na le}ata (j) : 1 1 ja~ina na le}a = ili j =. fokusno rastojanie f Fokusnoto rastojanie se iskaùva vo edinicata metar, dodeka ja~inata na le}ata se iskaùva vo edinicata 1/m koja nosi naziv diopter i se beleì so dpt. Taka, ako 1 nekoja le}a ima fokusno rastojanie 25 cm, nejzinata ja~ina e: j = = dpt 0,25 m 4 Dobivawe likovi kaj le}ite Za dobivawe likovi kaj tenkata le}a se koristat slednive karakteristi~ni zraci, dadeni na slikite 5, 6 i 7. O F 1 F 2 F 1 O F 2 F 1 O F 2 Sl. 5. Zrakot koj odi paralelno so opti~kata oska sekoga{ se prekr{uva taka {to pominuva niz fokusot. Sl. 6. Zrakot koj pominuva niz fokusot {to se nao a na prednata strana na le}ata po prekr{uvaweto e paralelen so opti~kata oska. Sl. 7. Zrakot koj pominuva niz centarot na le}ata ne se prekr{uva. Sega, da ilustrirame nekoi slu~ai na konstrukcija na likovi kaj tenki le}i. Vo slu~aj koga predmetot AV se nao a na rastojanie pogolemo od dvojnoto fokusno rastojanie (2f), likot {to se dobiva (A 1 V 1 ) e realen, prevrten i namalen (sl. 8). p B A predmet F 1 O 2f f F 2 A 1 l lik a b B 1 Sl. 8. Za da se dobie likot na predmetot AV, go crtame likot na to~kata V. Likot na to~ka A leì na opti~kata oska. Likot A 1 V 1 se nao a pome u fokusot i to~kata koja e na rastojanie 2f od centarot na le}ata O. 128 Koga predmetot AV se nao a na rastojanie pogolemo od f, a pomalo od 2f, likot (A 1 V 1 ) {to se dobiva e realen, prevrten i zgolemen. Toj se nao a na rastojanie pogolemo od 2f. Potrebno e postepeno da se iscrta likot {to se dobiva vo ovoj slu~aj koristej}i gi zracite dadeni na slikite 6 i 7. I vo dvata prethodni slu~aja likot moè da se proektira na ekran. Toa zna~i deka, likot e realen.

140 Posebno interesen e slu~ajot koga predmetot AV se nao a na rastojanie pomalo od fokusnoto. Postapuvame isto kako i vo slu~ajot od sl. 8. Povtorno, znaeme deka likot na to~kata A e na opti~kata oska, a so pomo{ na karakteristi~nite zraci go barame likot na to~kata V. Vo ovoj slu~aj ne se dobiva realen lik, bidej}i zracite od to~kata V po prekr{uvaweto niz le}ata ne se se~at. Toga{ likot {to se dobiva e imaginaren, zgolemen i ispraven. Toj se dobiva koga }e se prese~at prodolènijata na prekr{enite zraci. B 1 A 1 F 1 B A f F 2 Sl. 9. Dobivawe na imaginaren lik Rasturnata le}a sekoga{ dava imaginaren, namalen i ispraven lik (sl. 10), nezavisno kade se nao a predmetot. Likot na to~kata V se dobiva vo presekot na zrakot koj pominuva niz centarot i prodolènieto na prekr{eniot paralelen upaden zrak koj treba da pomine niz fokusot. Imaginarnite likovi ne moàt da se fatat na ekran. Za da se vidat treba da se pogleda niz le}ata. I kaj le}ata postoi vrska pome u fokusnoto rastojanie (f) i rastojanijata na predmetot (a) i na likot (b). Taa vrska e ista so ravenkata na sfernoto ogledalo i se vika ravenka na tenka le}a : B A F B 1 A 1 Sl. 10. Dobivawe lik kaj rasturna le}a 1 f 1 = a 1 b Recipro~nata vrednost na fokusnoto rastojanie na le}ata (f) e ednakvo na zbirot od recipro~nite vrednosti na rastojanijata na predmetot (a) i recipro~no rastojanie na likot (b) do le}ata. Kaj rasturnite le}i, bidej}i likot se dobiva od istata strana na le}ata na koja e postaven i predmetot, fokusnoto rastojanie, a so toa i ja~inata se negativni. Pa se veli deka tie imaat negativen dipoter. Isto taka, i ovde vaì deka odnosot : A 1 B 1 AB kade {to p = AB e goleminata na predmetot, l = A 1 V 1 e goleminata na likot, a a i b se nivnite rastojanija do le}ata. So z e ozna~eno zgolemuvaweto na le}ata. Primer zada~a 1) Pred sobirna le}a so ja~ina od 2 dpt se nao a predmet na oddale~enost od 80 cm. Kade se nao a likot? Dadeno: Re{enie: Le}ata ima fokusno rastojanie a = 80 cm = 0,8 m f= 1/2 m. j = 2 dpt Od ravenkata na tenka le}a sleduva: b =? = od kade = ili f a b b f a b=1,33 m = l p = b a = z 129

141 Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Brzo opredeluvawe na fokusno rastojanie na sobirna le}a moè da se napravi so snop son- ~eva svetlina koja doa a od prozorec vo sobata vo koja se nao ame. Se postavuva le}ata (na pr. o~ilata za ~itawe) nasproti prozorecot, za da moè da se pravi proekcija na sprotivniot yid (sl. 11). Svetlinata od prozorecot doa a kako snop na paralelni zraci. Koga }e se dobie ostar lik na prozorecot, toga{ rastojanieto od le}ata do ekranot e ednakvo na fokusnoto rastojanie na le}ata, bidej}i paralelnite zraci sozdavaat lik vo fokusot. So metro izmerete go toa rastojanie. E f Sl Na koe rastojanie od le}ata treba da se postavi predmetot, za negoviot lik da bide ednakov po golemina i na ednakvo rastojanie so toa na predmetot? 3. Babata na Petar nosi o~ila so ja~ina od 4 dpt. Ako o~ilata na babata gi upotrebite kako le}a na koe rastojanie od yidot, koj e nasproti prozorecot vo va{ata soba }e go gl edate ostriot lik na prozorecot? 4. Ilina nosi o~ila so negativen diopter. Moè li ovie o~ila da gi upotrebite za da go dobiete likot na prozorecot na yidot otsprotiva? Vo ovaa lekcija nau~ivte Le}ata e proyirno telo so izmazneti povr{ini od koi, barem, ednata e del od sfera. Le}ite moè da bidat sobirni i rasturni. Fokus na le}a e to~ka niz koja pominuvaat prekr{enite zraci koi na le}ata padnale paralelno so opti~kata oska. Ja~ina na le}a e ednakva na recipro~nata vrednost na nejzinoto fokusno rastojanie iskaàno vo metri. Se meri so diopter ( dpt) Likovite na tela, dobieni so le}i, gi crtame so pomo{ na karakteristi~ni zraci: 1) zrak koj pa a paralelno se prekr{uva niz fokusot; 2) zrak koj pominuva niz fokusot zad le}ata e paralelen so opti~kata oska i 3) zrak koj pominuva niz centarot na le}ata, ne se prekr{uva. Rasturnite le}i sekoga{ davaat imaginarni likovi Osnovnata ravenka na tenka le}a glasi: = kade {to f e f a b fokusno rastojanie na le}ata, a e rastojanieto na predmetot do le}ata, a b e rastojanieto me u likot i le}ata. Zgolemuvawe na likot vo odnos na predmetot ( z ) kaj le}ite se A opredeluva so relacijata 1 B 1 l b = = = z. Vo ovaa relacija l e AB p a goleminata na likot, p e goleminata na predmetot. 130

142 4. 8. PRIMENA NA LE]ITE. LUPA. OPTI^KI INSTRUMENTI Mnogu tela ne moème da gi vidime poradi toa {to se ili mnogu mali ili mnogu oddale~eni. Za da gi vidime zgolemenite likovi na vakvite tela, se sluìme so opti~ki instrumenti. Taka, lupata, mikroskopot i grafoskopot, ni sluàt da gi vidime zgolemeni likovite na sitnite tela, dodeka durbinot i teleskopot ni sluàt da gi vidime likovite na telata koi se mnogu oddale~eni od nas. Lupa Lupata pretstavuva sobirna le}a so koja se gledaat zgolemeni likovite na predmetite postaveni na rastojanie pomalo od fokusnoto. Na slikata 1 predmetot AV se gleda zgolemen kako lik A 1 V 1. Likot {to vo toj slu~aj se dobiva e imaginaren, zgolemen i ispraven. Lupata nekoga{ ja koristele detektivite pri istragata na mestoto na zlostorstvata. Denes ja koristat ~asovni~arite, kozmeti~arite, elektroni~arite, lekarite i dr. Fotografija na lupa postavena pred tekst od kniga e dadena na sl. 2. B 1 l A 1 F 1 p b B A f a O Sl. 1. Dobivawe zgolemen imaginaren lik kaj lupata F 2 Zgolemuvaweto na lupata (z), odnosot pome u goleminata na likot (l) i goleminata na predmetot (p), e isto so relacijata za zgolemuvawe na le}ata: l z = = p b a Sl.2. Zgolemen lik na tekstot kade {to b e rastojanieto od likot do lupata, a a rastojanieto me u predmetot i lupata. Mikroskop Zgolemuvaweto so pomo{ na lupa e malo. Pogolemo zgolemuvawe se dobiva so opti~kiot mikroskop (sl. 3). Toj se sostoi od dva sistema sobirni le}i. Prviot sistem le}i e postaven neposredno do predmetot, obi~no se vika objektiv. Toj sozdava realen zgolemen lik, koj pretstavuva predmet za vtoriot sistem, okular.toj e poslaba sobirna le}a, postavena taka, {to ve}e sozdadeniot realen lik í e na rastojanie pomalo od fokusnoto, pa so nea se dobiva povtorno zgolemen imaginaren lik. Nabquduva~ot {to gleda Sl.3. Mikroskop niz okularot go gleda predmetot zgolemen, prevrten i imaginaren. Zgolemuvaweto na mikroskopot e proizvod od zgolemuvawata na objektivot (z ob ) i na okularot (z ok ), a ovie zavisat od ja~inite na le}ite. 131

143 z = z ob z ok Kaj najdobrite opti~ki mikroskopi se postignuvaat zgolemuvawa i do 3000 pati. Mikroskopot na{ol mnogu golema primena vo naukata, voop{to. So usovr{uvaweto na ovoj opti~ki instrument bile mnogu unapredeni biologijata i medicinata. Fotografski aparat Kaj fotografskiot aparat so pomo{ na sobirna le}a (objektiv) se sozdava realen prevrten lik koj pa a vrz filmot (sl. 4) или CCD senzorot koj ja pretvora slikata vo digitalen signal. predmet film realen prevrten lik Realniot lik predizvikuva hemiski procesi na filmskata emulzija. Emulzijata na filmot, po hemiskata obrabotka, gi za~uvuva formata, osvetlenosta i bojata na predmetot. Sl.4. Opti~ka {ema na fotoaparat Sl.5. Fotoaparat Pra{awe, zada~i, aktivnosti 1. Ednostavno i brzo opredeluvawe na fokusnoto rastojanie na rasturna le}a, iako taa ne formira realen lik mo`e da se napravi na sledniov na~in. Niz dadena rasturna le}a se gleda skalata na edna linijka (metro). Ja menuvame oddale~enosta na linijkata, dodeka ne postigneme rastojanieto pome u podelkite na linijkata p i rastojanieto pome u podelkite na likot na l p linijkata gledan niz le}ata l, da se odnesuvaat kako 2:1. Sl. 6 Toga{ rastojanieto me u linijkata i le}ata e ednakvo na fokusnoto rastojanie na rasturnata le}a (sl. 6) Eve go objasnenieto: spored ravenkata na le}ata: = f a b. No, ovde e b negativen broj, pa }e bide: p a =. Od druga pak strana, so ogled na : = = 2. Odtuka so zamena na b=a/2, za f f a b l b se dobiva deka e : f = - b. 2. Proverka na ravenkata na tenka le}a se pravi eksperimentalno so slednovo merewe. Za opitot vi e potrebno: laboratoriska lamba so kondenzor; metalna prepreka postavena vrz kondenzorot so procep so opredelena forma, na primer, strelka. Za da bide procepot dobro difuzno osvetlen pred nego se stava paus-hartija; sobirna le}a so java~ za da se postavi vrz opti~kata klupa; opti~ka klupa; ekran so dr`a~. Prvo se opredeluva fokusnoto rastojanie f na sobirnata le}a, na na~in ve}e opi{an vo aktivnost 1. od minatata lekcija Na opti~kata klupa se montira lambata so na nea postaveniot predmet, le}ata, i ekranot, kako na slikata 7. Postavete ja le}ata na rastojanie ednakvo na 2 f i barajte ostar lik na predmetot. Vnimavajte! Predmetot se nao a tamu kade {to e osvetlenata strelka. Likot e realen ednakov po golemina so predmetot, prevrten i postaven na rastojanie b = 2 f. 132

144 predmet le}a ekran lamba opti~ka klupa Sl. 7. Proverka na zakonot za le}ata. Promenete gi rastojanijata i dobijte, realen namalen i zgolemen lik. Proverete ja ravenkata na taa tenka le}a za site slu~ai. Najposle postavete go predmetot na rastojanie pomalo od f. Ne mo`e da se dobie lik na ekranot. No zatoa ako pogledate vo le}ata, nasproti {ireweto na zracite, }e ja vidite strelkata ispravena i zgolemena (sl. 8). Ako ja napi{ete ravenkata na tenka le}a i gi zamenite vrednostite za f i za a od va{iot eksperiment, kakva }e bide vrednosta za b? Kakov e ovoj lik? 3. Lupite imaat fokusno rastojanie pome u 1,2 i 5 cm. Imaj}i predvid deka rastojanieto na predmetot kaj lupata e re~isi ednakvo so nejzinoto fokusno rastojanie, kolku }e bide maksimalnoto zgolemuvawe na lupata? Za rastojanie na likot }e go zemete rastojanieto na jasno gledawe b=25 cm. 4. Koi predmeti se nabquduvaat so mikroskop? Dali znaete za nekoi mikroorganizmi {to bile otkrieni so mikroskop? 5. Teleskopot (sl. 9) slu`i za nabquduvawe na nebesnite tela. Pro~itajte vo nekoja enciklopedija, ili na internet, kakvi teleskopi postojat i koga bile konstruirani prvite teleskopi? Sl. 8 Sl.9 Vo ovaa lekcija nau~ivte Lupata pretstavuva sobirnata le}a so koja se gledaat zgolemeni likovite na predmetite postaveni na rastojanie pomalo od fokusnoto. Zgolemuvaweto na lupata e isto kako i zgolemuvawe na sobirnata le}a. Pogolemi zgolemuvawa se postignuvaat kaj mikroskopot, koj e opti~ki ured i e sostaven od dva sistema le}i: objektiv i okular. Zgolemuvaweto na mikroskopot e dadeno so z = z ob z. ok 133

145 4. 9. OKO KAKO OPTI^KI SISTEM. NEDOSTATOCI NA OKOTO Okoto pretstavuva sloèn opti~ki sistem preku koj nie gi dobivame re~isi 80% od informaciite za svetot {to ne opkruùva. Vitalnite delovi na ~ove~koto oko, koi se bitni za negovata funkcija se prikaàni na slikata 1. Kako celina ~ove~koto oko ima pribli`no sferna forma so pre~nik na o~noto jabolko od okolu 23 mm. mre`nica o~en muskul ro`nica iris zenica le}a nervni zavr{etoci Sl. 1 Osnovni delovi na okoto kako opti~ki sistem i dobivawe na likot na predmetot. Svetlinata navleguva vo okoto preku ro`nicata, a potoa pominuva niz bezbojna proyirna te~nost i zenicata i se prekr{uva niz o~nata le}a. Snopot koj se prekr{uva sozdava ostar, realen i prevrten lik na mre`nica. Tamu se sozdava elektri~en impuls koj go primaat nervnite zavr{etoci i go prenesuvaat do mozokot. Vo mozokot se de{ifrira informacijata za sozdadenata slika. ûvstvitelnosta na ~ove~koto oko e mnogu golema. Taka, ~ovek so dobar vid moè svetlinata od edna sve}a da ja vidi no}e na rastojanie od nekolku kilometri. Treba da se napomne deka i ro`nicata, koja e proyirna i ima sferna zakrivenost, i proyirnata te~nost pome u nea i irisot, kako i proyirnoto "staklesto" telo od vnatre{nosta na okoto, pridonesuvaat okoto da se odnesuva kako sobirna le}a. Naj- ~ustvitelniot del na mre`nicata se vika òlto petno. Tamu obi~no i se sozdava realniot lik na predmetot. Zenicata, zavisno od intenzitetot na osvetluvaweto, moè da ima pre~nik od 2 do 8 mm. Taka taa go regulira intenzitetot na svetlinata {to go prima okoto (sl. 2). Ro`nicata, komornata te~nost, le}ata i "staklestoto telo" pretstavuvaat opti~ki sistem koj e sostaven od delovi so razli~en indeks na prekr{uvawe i razli~ni fokusni rastojanija. So pomo{ na o~nite muskuli se menuva zakrivenosta na o~nata le}a, a so toa i nejzinoto fokusno rastojanie. Taa osobina na okoto se vika akomodacija na okoto. Sl. 2. a) Iris i zenica. Pri silna osvetlenost zenicata se sobira, a pri slaba, se {iri. 134

146 Akomodacionata sposobnost na okoto ovozmoùva da se gledaat dovolno jasno i dosta oddale~eni i bliski predmeti. Za normalno oko, najmaloto rastojanie na koe predmetite se gledaat bez napregawa iznesuva okolu 25 cm. Toa e rastojanie na jasno gledawe. Za okoto e vaèn i agolot pod koj moè da se raspoznavaat dva to~kesti predmeta kako oddelni to~kesti likovi. Toj agol se vika viden agol i iznesuva okolu edna agolna minuta. Gledaweto so dvete o~i dozvoluva istovremeno formirawe na dva lika od razli~ni pozicii. Tie dva lika se spojuvaat vo eden koj e tridimenzionalen (3D). Nedostatoci na okoto Naj~esti nedostatoci na okoto se kusogledosta i dalekugledosta. Kusogledost Kusogledite lu e ne moàt da gi vidat pooddale~enite predmeti. Kaj kusoglediot ~ovek opti~kiot sistem kako celina pretstavuva pozakrivena, a so toa pojaka le}a. Tamu svetlinskite zraci {to doa aat od podaleku se prekr{uvaat niz le}ata i sozdavaat lik pred òltoto petno. Nedostatokot se korigira so o~ila ili kontaktni le}i koi pretstavuvaat rasturna le}a. Na sl. 3 e prikaàno formirawe na likot (a) i korekcija na formiraweto kaj kusogledo lice (b). a) b) Sl. 3. a) Formirawe lik kaj kusoglediot ~ovek b) So rasturna le}a (o~ila ili kontaktni le}i so negativen (-) diopter se korigira nedostatokot. Dalekugledost Dalekugledite lu e, pak, gledaat na daleku, no ne moàt da gi gledaat bliskite predmeti. O~nata le}a kaj ovie lu e e poslaba, pomalku zakrivena, pa likot na predmetot se sozdava zad òltoto petno (sl. 4). Korekcijata na ovoj nedostatok na okoto se pravi so sobirni le}i. a) b) Sl. 4. a) Kaj dalekuglediot ~ovek likot se sozdava zad òltoto petno b) Sobirnata le}a go korigira ovoj nedostatok. Dalekugledite lu e nosat o~ila (ili kontaktni le}i) so pozitiven diopter. (sobirni le}i) Postojat i drugi posloèni nedostatoci na okoto, kako {to e astigmatizmot koj{to se korigira so sistem od sloèni le}i. 135

147 Pra{awa, zada~i i aktivnosti 1) Kako {to e pokaàno na slikata 1, likot na predmetot {to se sozdava vo ~ove~koto oko e prevrten. Vo mozokot taa slika se "ispravuva" i nie slikata ja gledame ispraveno. No mozokot ne sekoga{ go pravi toa ubedlivo. Postojat opti~ki iluzii. Nekoi od niv se dadeni na slikata podolu i obi~no se vikaat opti~ki iluzii. Dali kosata prava e iskr{ena? Dali sinite otse~ki se ednakvo dolgi? Dali i otse~kite postaveni koso se ednakvo gusti? Dali vertikalnite pravi se paralelni? Proverete! 2. Koga ~ita baba & na Marija nosi o~ila 4 dpt. Dali e taa dalekugleda ili kusogleda? 3. Na koj na~in najbrzo }e opredelite dali nekoi o~ila mu pripa aat na kusogled ili na dalekugled ~ovek? 4 Marko ne nosi nitu kontaktni le}i, nitu o~ila. No toj saka letno vreme da nosi o~ila za sonce. Dali se menuva fokusnoto rastojanie na negovoto oko koga gi nosi takvite o~ila? 5. Koga zenicata e pogolema? Dali koga }e izlezete na sonce ili nave~er pri slabo osvetluvawe? 6. Dali postoi nekoja sli~nost pome u fotoaparatot i okoto? Vo ovaa lekcija nau~ivte Okoto e sloèn opti~ki sistem kaj kogo na mre`nicata, poto~no na naj~ustvitelnoto mesto - òltoto petno se sozdava realen prevrten lik na predmetot {to se gleda. So pomo{ na o~nite muskuli se menuva zakrivenosta na o~nata le}a, a so toa i nejzinoto fokusno rastojanie. Taa osobina na okoto se vika akomodacija na okoto, a so toa ~ovekot moè ednakvo jasno da gi gleda pobliskite i poodale~nite predmeti. Naj~estite nedostatoci na okoto se kusogledosta i dalekugledosta. Kaj kusogledoto lice likot na predmetot {to se gleda se sozdava pred òltoto petno. Zatoa korekcija na vidot kaj takvoto lice se pravi so rasturni le}i. Kaj dalekugledoto lice likot na predmetot {to se gleda se sozdava zad òltoto petno. Korekcija na gledaweto kaj ova lice se pravi so sobirni le}i. 136

148 BOJA NA TELATA. KAKO OKOTO GI RAZLIKUVA BOITE Na{eto oko moè da razlikuva iljadnici razni nijansi na boite. [to e toa boja na telo? Osnovnite poznavawa za boite na telata se predmet na ovaa lekcija Boi na telata Sli~no kako i setilata za miris i vkus, taka i osoznavaweto na boite preku gledaweto ni ovozmoùva da opstanuvame i da go razbereme svetot okolu nas. Site predmeti okolu nas gi osvetluva Sonceto ili, nave~er, svetilkite. Nie gi gledame vo razli~ni boi. Bluzata na Marija e crvena, nejzinite pantoloni beli, ko{ulata na maliot Ivan sina, a paltoto na Vera e crno (sl.1). Na{eto oko razlikuva mnogu golem broj boi. Site tie grubo gi grupirame vo glavnite boi na son~eviot spektar: crvena, portokalova, òlta, zelena, sina, temnosina i violetova, koi odgovaraat na razli~nite branovi dolìni. Zo{to nekoj predmet e oboen so dadena boja? Boite na telata se dolàt na refleksija i apsorpcija na svetlinata na dadenoto telo. Crveniot predmet ja reflektira samo crvenata boja, a site drugi gi vpiva. Siniot, pak, samo sinata boja ja reflektira. Taka e i so drugite boi. Sl. 1a Sl 1b Nekoj predmet ima bela boja ako site boi od spektarot na Sonceto ednakvo gi reflektira. Crniot predmet gi apsorbira (vpiva) site boi. Takviot predmet ne reflektira nitu edna boja. Zatoa, ako nekoj crven predmet go osvetlite so violetova boja, toj izgleda crn. Proyirnite predmeti ja imaat onaa boja koja ja propu{taat, site drugi gi apsorbiraat. Ako niz sino staklo propu{tite crvena svetlina, stakloto nema da propu{ti nikakva svetlina, i ako go gledate, toa }e bide crno (sl. 2). Okoto kako detektor na boite Raspoznavaweto na boite e edna od najva`nite funkcii na ~ove~koto oko. Svetlinata koja okoto ja registrira e samo mal del od branovite dolìni na celokupniot elektromagneten spektar. Sekoja boja ima svoja razli~na branova dolìna. Osetot za bojata zavisi kako od nabquduva~ot taka i od uslovite vo koi se gleda (sl.3). Sl. 1v Sl. 2. Niz sino staklo crvenata topka se ~ini crna Sl

149 Registriraweto na boite i svetlosniot intenzitet kaj ~ove~koto oko se slu~uva preku posebnite vidovi nervni zavr{etoci koi se ~uvstvitelni na svetlina i se nao aat vo mre`nicata (retinata) (sl. 4). Tie receptori se vikaat ~ep~iwa i se aktiviraat pri silni osvetluvawa, dnevno gledawe. Pokraj ~ep~iwata na mre`nicata se nao aat i stap~iwa, receptori koi go registriraat intenzitetot na svetlinata. Tie se izvonredno ~uvstvitelni i se aktiviraat pri slabi svetlosni intenziteti (no}no gledawe). ~ep~iwa stap~iwa Se smeta deka vo mre`nicata na okoto na ~ovekot postojat tri vida ~ep~iwa {to se ~uvstvitelni na crveniot, zeleniot i siniot del na vidliviot spektar, t. e. soodvestvuvaat na trite osnovni boi. Receptorite ovozmoùvaat raspoznavawe na iljadnici boi i nijansi. Intenzivnata svetlina gi vozbuduva site tri vida receptori, pa se vospriema kako zra~ewe na zaslepuva~ka bela boja. Sli~en oset na ramnomerno vozbuduvawe na trite vida receptori nastanuva pri gledawe bela svetlina. nervi Sl. 4. Dvata vida nervni zavr{etoci: ~ep~iwa - odgovorni za gledawe na boite i stap~iwa-odgovorni za svetlosen intenzitet Svetlina so razli~na branova dolìna razli~no gi stimulira raznite vidovi ~ep~iwa. (Tabela na osnovnite karakteristiki na trite vida receptori e dadena podolu). Na primer, òlto-zelena svetlina do ist stepen gi stimulira ~ep~iwata od L i M tip, no poslabo gi stimulira ~ep~iwata od S tip. Crvenata svetlina pove}e gi stimulira ~ep~iwata od L tip, otkolku od M tip, dodeka ~ep~iwata od S-tip re~isi ne gi stimulira. Zeleno-sinata svetlina gi stimulira receptorite od M-tip pove}e, otkolku receptorite od L-tip ili S-tip. Violetovata svetlina gi stimulira samo receptorite od S-tip. Mozokot ja prima kombiniranata informacija od raznite receptori, {to ovozmoùva razli~no vospriemawe na svetlina so razli~na branova dolìna. Тип Branovi dolìni na ~ep~iwa svetlina {to se prima Interval na branovi dolìni so maksimalna ~ustvitelnosta S nm nm (sin del od spektarot) M nm nm (zelen del od spektarot) L nm nm (crven del od spektarot) Trikomponentnata teorija na gledaweto prvo ja pretkaàl M. V. Lomonosov vo 1756 g., a po sto godini, nezavisno od nego, ja razvil germanskiot fizi~ar Helmholc. Ako vo mre`nicata na okoto nema ili poslabo funkcionira nekoj vid od receptorite za boja, ~ovekot ne gi razlikuva boite na telata. Retko se sre}ava polna slepost za boi. Naj~esto se sre}avaat lu e koi ne ja razlikuvaat crvenata i zelenata boja. Tie boi gi vospriemaat kako sivi. Takviot nedostatok na gledawe se narekuva daltonizam - spored angliskiot nau~nik X. Dalton koj samiot stradal od ovoj nedostatok i prv go opi{al vo 1793 godina. 138

150 Aditivno i suptraktivno me{awe na boite Aditivno me{awe na boite podrazbira me{awe na svetlina so razli~i boi na svetlinskite izvori. Zna~i, ako nekoj naso~i oboeni svetlosni snopovi vrz ekran, me{aweto e aditivno. Ako imame tri svetlosni izvora so svetlina koja im pripa a na trite osnovni boi: crvena (R od angliskoto red), zelena (G od angliskoto green) i sina (B od angliskoto blue) kako rezultat na ednakvi soodnosi na site boi se dobiva bela boja (sl. 5). Ednakvi soodnosi na crvena i zelena osnovna boja davat òlta boja, ednakvi soodnosi na sina i zelena davat cijan sina boja, dodeka ednakvi soodnosi na svetlina od crven i sin izvor davaat magenta boja. Kaj suptraktivnoto me{awe na boite se me{aat dve razli~no oboeni mesta. Toa obi~no se koristi pri pe~ateweto. Osnovni boi se: òltata, magenta i cijan sinata, koi izme{ani vo ednakvi soodnosi davat crna boja (sl. 6). Kaj suptraktivnoto me{awe se pravi me{awe na boite, mastilata, pri {to poradi odzemawe (odnosno apsorpcija) na odredeni branovi dolìni na svetlina i reflektirawe na drugi se dobiva soodvetna boja. Kako {to se gleda od slikata 6, suptraktivno me{awe na òltata, cijan sinata i magentata, dava crna boja, dodeka ednakvi osnosi na cijan sina i magenta, davat sina; cijan-sina i òlta davat zelena, a crvenata se dobiva od magentata i òltata. Slikata 7 pokaùva deka sekundarnite boi na edniot (aditivniot) sistem na me{awe na boite se, vsu{nost, primarni boi na drugiot (suptraktivniot) i, obratno. crveno òlto magenta belo zeleno cijan sino sino Sl. 5. Aditivno me{awe na boi Sl. 6. Suptraktivno me{awe na boi. Sl. 7. Komparacija na aditivno ( me{awe na svetlini) i suptraktivno ( me{awe na boi.). Vo ovaa lekcija nau~ivte Bojata na edno telo zavisi od branovata dolìna na svetlinata {to teloto ja reflektira ili, ako e proyirno, ja propu{ta. Vo na{eto oko, vo negovata mre`nica postojat nervni zavr{etoci, fotorepceptori za svetlinski intenzitet i za bojata na upadnata svetlina. êp~iwa se fotoreceptori za boja, gi ima tri vida ~ii maksimumi na osetlivost se na osnovnite tri boi: crvenata, zelenata i sinata. Vtorite receptori koi se mnogu po~uvstvitelni se vikaat stap~iwa i se aktiviraat pri pomali svetlosni intenziteti, no}no gledawe. Me{aweto na boite moè da bide aditivno (me{awe na svetlini) i suptraktivno (me{awe na boi ili mastila). 139

151 136

152 5.1. GRADBA NA MATERIJATA Telata {to ne opkruùvaat se del od materijalniot svet. Materijata e sostavena od molekuli. materija Molekulite se sostaveni od atomi. Ovie, pak, ne se najmalite sostavni delovi na materijata, tuku i tie imaat svoja sopstvena gradba {to gi pravi razli~ni eden od drug. Poradi tie razliki, tie popolnuvaat razli~ni mesta vo ~udesniot perioden sistem na elementite. Atomite se sostojat od jadro (nukleus) i elektroni. Elektronite se nositeli na negativen elektri~en polne` (-). Tie se rasporedeni vo elektronskata obvivka okolu jadroto. nukleoni molekul jadro elektronska obvivka neutron proton elektron atom Atomskite jadra se sostaveni od protoni (pozitivni ~estici) i neutroni (neutralni ~estici). Protonite i neutronite so zaedni~ko ime se narekuvaat nukleoni. Koli~estvoto elektri~estvo {to go nosat elektronite e ednakvo, no sprotivno spored znakot, so koli~estvoto elektri~estvo {to go nosat protonite. Taka, atomot vo celina e neutralen, bidej}i brojot na elektronite od elektronskata obvivka e ednakov so brojot na protonite od jadroto. Iako ovie ~estici se isti spored goleminata na polneòt, sepak se razlikuvaat spored masata. Protonot e so 1840 pati pogolema masa od masata na elektronot. Delivosta na materijata kako da nema kraj. Duri i onie za koi se mislelo deka se nedelivi (protonite i neutronite), i tie se sostaveni od u{te pomali delovi koi se narekuvaat kvarkovi. Kvarkovi ima pove}e vidovi i nim im bile dadeni mnogu interesni imiwa: goren kvark, dolen kvark, {armanten kvark, ~uden kvark itn. Nau~nicite kako da ne moàt da se soprat vo sitneweto na materijata. Duri i malite kvarkovi se misli deka se sostaveni od u{te positni ~estici koi se narekuvaat stringovi

153 [ Elektronite od elektronskata obvivka se dràt vo zaednica so jadroto so pomo{ na e- lektri~nite privle~ni sili pome u sprotivnite polneì. Pome u protonite vo jadroto, pak, vladeat odbivni elektrostatski sili kako pome u istoimeno naelekrizirani telca, pa tie bi pobegnale eden od drug i bi go rasturile jadroto. No, pome u nukleonite vo jadroto (protonite i neutronite) vladeat silni privle~ni nuklearni sili {to go dràt jadroto vo celina, koi se daleku posilni od odbivnite elektrostati~ki sili pome u protonite vo jadroto. Bidej}i elektronot e so okolu 1840 pati pomala masa od eden nukleon (proton ili neutron), toga{ moè da se kaè deka celata masa na atomot doa a od atomskoto jadro. 1 proton 1840 elektroni Atomskoto jadro, pak, e mnogu malo vo odnos na dimenziite na celiot atom. Za ilustracija bi moèle da ja dademe slednava sporedba: ako atomot be{e golem kolku Univerzalnata sala vo Skopje, toga{ jadroto na toj atom bi bilo golemo kolku edno zrno gra{ok. Elementite i nivniot red Materijata e izgradena od atomi od razli~ni hemiski elementi. Elementite se razlikuvaat pome u sebe spored brojot na protonite vo jadroto. Toa e atomskiot broj koj{to go odreduva negovoto mesto (redniot broj) vo periodniot sistem na elementite. Od toj broj zavisat hemiskite svojstva na atomite. Taka, atomot {to ima tri protoni vo jadroto, ima reden broj tri vo periodniot sistem, a atomot so 92 protona go zafa}a mestoto so reden broj 92 vo periodniot sistem. Perioden sistem na elementite Element Oznaka Reden broj vodorod H 1 helium He 2 litium Li 3 jaglerod C 6 azot N 7 kislorod O 8 radium Ra 88 uranium U 92 Lantanidi Aktinidi

154 Izotopi Dva atoma so ist reden broj vo periodniot sistem (broj protoni) moàt da se razlikuvaat spored brojot na neutronite vo jadroto. Takvite varijanti od isti atomi, koi sodràt ednakov broj protoni no razli~en broj neutroni, se narekuvaat izotopi. Elementite vo prirodata sekoga{ se smesa od dva ili pove}e izotopi. Na primer, metalot litium e smesa od dva izotopa, i toa litium-6 i litium-7. Vkupniot broj nukleoni (protoni i neutroni zaedno) go dava maseniot broj. Taka dva izotopa od ist hemiski element imaat ednakvi redni broevi (broj protoni), a razli~ni maseni broevi (vkupen broj nukleoni). masen masin broj-- 4 atomski broj --2 He vodorod-1 vodorod-2 1 1H - vodorod - protoni=1 neutroni=0 elektroni=1 2 1H -deuterium - Izotopite na hemiskite elementi se ozna~uvaat taka {to pokraj hemiskiot znak na elementot, stoi i atomskiot broj (dolu - levo) i maseniot broj (gorelevo). Taka, na primer, nekoi od izotopite na uraniumot gi nosat slednive oznaki: U , 92 U i 92 U. Voobi~aeno e isto taka izotopite da se beleàt i na sledniov na~in: uranium-235, pri {to se smeta za poznato deka atomskiot broj na uraniumot e redniot broj na elementot vo periodniot sistem (92), a maseniot broj na ovoj izotop e 235. Za vodorodot (H) se poznati negovite tri izotopi koi imaat i razli~ni imiwa (sliki desno). vodorod-3 protoni=1 neutroni=1 elektroni=1 3 1H -tricium - protoni=1 neutroni=2 elektroni=1 Vo ovaa lekcija nau~ivte Materijata e gradena od molekuli, molekulite od atomi, atomite od jadro i elektronska obvivka. Vo jadroto se nao aat protoni i neutroni (zaedno se vikaat nukleoni). Elektronite i protonite nosat ednakvo koli~estvo elektri~estvo, no sprotivno spored znakot. Protonite se pozitivni, elektronite negativni ~estici. Neutroni se neutralni ~estici. Atomot kako celina e neutralen. Nukleonite se gradeni od positni ~estici, kvarkovi. Protonite i neutronite imaat pribli`no ednakva masa. Masata na elektronite e okolu 1840 pati pomala od masata na nukleonite. Elektronite od obvivkata i jadroto se dràt so pomo{ na elektri~ni sili. Nukleonite vo jadroto gi dràt jadreni sili koi se mnogu posilni od elektrostati~kite. Elementite se razlikuvaat pome u sebe spored brojot na protonite vo jadroto. Toj broj e nare~en atomski broj i e ednakov na redniot broj vo periodniot sistem na elementite. Izotopi se atomi koi imaat ist reden broj (broj protoni) no razli~en broj neutroni. Sekoj element e smesa od dva ili pove}e izotopa. Vodorodot ima

155 5.2. RADIOAKTIVNOST I ZA[TITA Nekoi atomski jadra se nestabilni i se raspa aat so emisija na eden elektron (beta- ~estica), dodeka, pak, nekoi se raspa aat so ispu{tawe na edno jadro na helium-4 (alfa-~estica). Vo sekoj slu~aj, ispu{taweto alfa ili beta-~estici sekoga{ e prosledeno i so emisija na gama-zraci. Alfa-radioaktivnost (α) Alfa-radioaktivnosta pretstavuva emisija na alfa-~estici koi, pak, pretstavuvaat atomski jadra od helium-4. Alfa-~esticata e sostavena od dva protona i dva neutrona {to go napu- {taat atomskoto jadro, i nosat polne` 2 (od dvata protona). Alfa-~esticite go napu{taat jadroto so golema brzina no sepak nivnata prodornost e mala, bidej}i se golemi za da moàt dlaboko da prodrat vo materijata (sl. 3). Jonizira~kata sposobnost na alfa- ~esticite e mnogu golema, pa tie na svojot pat pri minuvawe niz ìvata materija ostavaat mnogu joni i mnogu o{tetuvawa. ZA[TITA Nadvore{nata kontaminacija so alfa-radoaktivni materii za ~ovekot ne e tolku stra{na, bidej}i za za{tita e dovolna oblekata. Me utoa, opasna e vnatre{nata kontaminacija so alfa-radioaktivni materii koi bile vneseni vo organizmot preku ishranata i di{eweto. Toga{ izvorite na radioaktivnost se doneseni vo organizmot, pa direktno go vr{at {tetnoto jonizira~ko dejstvo. Alfa-radioaktivnite materii obi~no se te{ki elementi koi organizmot te{ko gi izla~uva, pa ostanuvaat da zra~at vo teloto podolgo vreme. Atomsko jadro Alfa-~estica Sl.1. Alfa-radioaktiven raspa awe. Ako pri alfa-raspa aweto (sl. 1) se zeme deka od pojdovniot hemiski element se osloboduva edno heliumovo jadro (alfa ~estica), toga{ rezultatot od raspa aweto e novo jadro od nekoj drug hemiski element. Sleduva deka novite atomi imaat dva protona pomalku vo jadroto od pojdovniot element, pa zatoa maseniot broj im se namaluva za 4 edinici, a redniot broj se namaluva za 2 edinici. Se dobiva element koj vo periodnata tabela e za dve mesta ponazad. Primer za ALFA-raspa awe: Od raspa aweto na radiumot-226 se dobiva radon-222. Radonot (Rn) e gas {to moè da se najde vo zatvoreni prostorii bidejki se osloboduva od grade`nite materijali (betonite). Reakcijata na alfa raspa aweto moè da se napi{e na sledniov na~in: Ra Rn He. Od primerov moè da se zabeleì deka brojot na protonite pred i po raspa aweto e ednakov (88 = 86 2). Isto taka, i vkupniot broj na nukleoni, t.e. zbirot od masenite broevi pred i po raspa aweto, ostanuva nepromenet (226 = 222 4)

156 Beta-raspa awe (β) Kaj beta-radioaktivnosta doa a do otkinuvawe na eden elektron od atomskoto jadro. ]e se zapra{ate, od kade elektron koga vo jadroto nema elektroni, tuku samo protoni i neutroni? Se pokaàlo deka eden neutron moè da se raspa awene na proton i elektron. Ako pri beta-raspa aweto doa a do oddeluvawe na eden elektron od jadroto (sl. 2). Toga{ vo jadroto }e se pojavi vi{ok od eden proton na smetka na raspadnatiot neutron. Bidej}i brojot na protonite e onoj {to go opredeluva hemiskiot element, toga{ noviot hemiski element ima eden proton pove}e od pojdovniot, pa }e se nao a za edno mesto ponapred vo periodnata tablica. Elektronot pri beta-raspa aweto go napu{ta atomot so golema brzina vo forma na beta radioaktivna ~estica. Sposobnosta na beta-~esticite da joniziraat na svojot pat ne e tolku izrazena kako kaj alfa- ~esticite. Primer za BETA raspa awe Pri beta-raspa aweto na aluminiumot-28 se izdvojuva eden elektron (beta ~estica) i se dobiva jadro od silicium-28. Reakcijata na raspa aweto moè da se zapi{e na sledniov na~in: Al 14Si e Od reakcijata moè da se zabeleì deka vkupniot broj na nukleoni pred i po raspa aweto, kako i vkupniot polne` pred i posle raspa aweto na jadroto ostanuva nepromenet 13 e = 14e - 1e. neutron ZA[TITA: aluminiumska plo~a so debelina od nekolku milimetri e dovolna za{tita od beta-radioaktivnite materijali. Gama-zraci (γ) proton jadro - elektron (beta-~estica) Gama-zracite se elektromagnetni branovi sli~ni na rendgenskite (ili H-zracite). Tie imaat sosema druga priroda od alfa i betazracite. Ne nosat polne` i se dviàt so brzina na svetlinata. Efektot na jonizacija e mnogu slab bidej}i tie se elektromagnetni branovi, no zatoa, pak, se mnogu prodorni. ZA[TITA: gama zracite moàt da pominat niz ~ove~koto telo, a re~isi sosema da se apsorbiraat so betonski sloj od okolu eden metar (sl. 3). Betonskata za{tita se koristi kaj nuklearnite centrali. Moè da se kaè deka gama-zracite nikoga{ celosno ne moàt da se apsorbiraat. Moàt da se prepolovat so olovna plo~a od dvaesetina milimetri i so toa da se namali nivnoto {tetno dejstvo. Sl. 2. Beta raspa awe. Eden neutron osloboduva elektron i i stanuva proton. γ β α 1 m beton Сл. 3. Продорност нa γ, β и α zracite

157 - silno elektri~no pole α γ Na slikata 4 e prikaàno otklonuvaweto na alfa, beta i gama-zracite vo elektri~no pole. Bidej}i se raboti za lesnite elektroni, toga{ i skr{nuvawata vo elektri~nite i magnetnite poliwa se golemi (vidi slika 4). Alfa-~esticite skr{nuvaat na obratnata strana. β Bidej}i se nenaelektrizirani, GAMA-zracite ne skr{nuvaat nitu vo elektri~ni nitu vo magnetni poliwa. Sl. 4. Otklonuvawe na α, β i γ zraci vo elektri~no pole. Gama- zracite sekoga{ se pridru`no zra~ewe na alfa i na beta-radioaktivnosta. Period na poluraspa awe (vreme na poluìvot) Koga atomite se raspa aat, tie preminuvat vo drugi atomi. Taka, so tekot na vremeto, ima sè pomalku neraspa awenati atomi. Interesno e toa {to radioaktivnoto raspa awe na sekoj radioaktiven element se karakterizira so takanare~eniot period (vreme) na poluraspa awe. Toa e, vsu{nost, vremeto za koe }e se raspa awenat polovinata od prisutnite radioaktivni atomi. Taka, na primer, ako periodot na poluraspa awe na nekoj radioaktiven element e 10 minuti, a na po~etokot imalo 1200 atomi, toga{ brojot na neraspa awenatite atomi }e se prepolovuva na sekoi deset minuti. Toa moè da se vidi od slednava tabela: 0 minuti 10 minuti 20 minuti 30 minuti 40 minuti 50 minuti 1200 atomi 600 atomi 300 atomi 150 atomi 75 atomi 37 atomi Ako so vrednostite od tabelata napravite grafik, toga{ radioaktivnoto raspa awe so tekot na vremeto }e izgleda kako na sl. 5. Nekoi od radioaktivnite elementi imaat sosem kratki periodi na poluraspa awe (nekolku sekundi). Drugi, pak, ìveat milijardi godini (vidi tabela). Radioaktiven element radon-222 jod -131 stroncium-90 jaglerod-14 plutonium-239 uranium-235 Period na poluraspa awe 4 dena 7 dena 28 godini 5770 godini godini god. N Radioaktivno raspa awe Vreme vo minuti Сл. 5. Радиоактивно распаѓање. Бројот на атоми (N) што не се распаднале се намалува со времето

158 Pra{awa,zada~i, aktivnosti 1. Koj e noviot izotop H, {to }e se dobie pri alfa-raspa aweto na uraniumot-238? Najnapred opredelete gi redniot broj (z) i maseniot broj A na noviot element, pa potoa poglednete ja periodnata tablica za da go najdete imeto na noviot element {to se dobil pri alfa-raspa aweto na uraniumot Vedna{ po havarijata vo ^ernobil, vo 1986 godina, vo atmosferata se oslobodile golemi koli~estva radioaktiven jod-131 i cezium-137. Jodot-131 se raspa a so karakteristi~en period na poluraspa awe od okolu 7 dena, a ceziumot-137, 33 godini. Po kolku vreme sekoj od ovie radioaktivni izotopi }e bide 16 pati pomalku radioaktiven otkolku na po~etokot. Odberete od ponudenite odgovori? (1140 godini, 132 godini, 116 dena, 60 dena, 146 godini, 28 dena) J-131 Cs Popolnete gi praznite mesta izbiraj}i gi soodvetnite odgovori. Vid zra~ewe alfa beta gama Elektri~en polne`=? a) 0 b) -1e v)2e Jonizaciona sposobnost=? a) mnogu golema b)golema v) mala Otklonuvawe vo elektri~no pole? a) kon pozitivna elektroda ( ) b) kon negativnata( -) v) ne se otklonuva Probivnost a) mnogu golema b)golema v) mala U A z X 4 2 He Vo ovaa lekcija nau~ivte Postojat tri vida radioaktivno zra~ewa: alfa ( α ), beta ( β ) i gama (γ). Radioaktivnite elementi se pretvoraat vo drugi elementi. Alfa-~esticata e heliumovo jadro od dva protona i dva neutrona. Pri alfa-raspa aweto radioaktivniot element gubi dva protona i dva neutrona, zna~i se pretvora vo drug element koj ima dva protona pomalku. Elementot {to se dobiva e za dve mesta ponazad vo periodnata tablica na elementite i ima masen broj pomal za 4. Beta ~esticata e elektron. Pri beta raspa awe doa a do pretvorawe na eden neutron vo proton i elektron. Taka, pri beta raspa aweto, radioaktivniot element koj se raspa a se pretvora vo drug element koj ima eden proton pove}e, a toa zna~i element koj e za edinica ponapred vo periodnata tablica na elementite, a bidej}i masata na elektronot e zanemarliva, maseniot broj ne se menuva. Gama-radioaktivnosta e zra~ewe od elektromagnetna priroda, ista kakao svetlinata, H-zra~eweto i dr., no so golema energija. Alfa i beta zracite se otklonuvaat vo elektri~no i magnetno pole. Gama-zracite ne se otklonuvaat nitu vo elektri~no nitu vo magnetno pole. Vremeto potrebno za brojot na neraspadnati atomi da se namali na edna polovina e period na poluraspa awe

159 5.3. BIOLO[KO DEJSTVO NA RADIOAKTIVNOSTA I PRIMENA Prirodna radioaktivnost Lu eto se pla{at za zdravjeto koga }e go vidat ovoj znak ili koga }e se spomne radioaktivnoto zra~ewe. Opasnosta e dotolku pogolema {to radioaktivnite zraci ne se gledaat, ne se slu{aat, a nemaat ni miris, ni vkus. Od druga strana, pak, posledicite {to gi ostavaat pri minuvawe niz ìvata materija se vidlivi i mnogu izrazeni. No, nivnoto штетно dejstvo врз билошкиот материјал e исkoristено vo medicinata za tretirawe na te{ki zaboluvawa. Рadioaktivnite zraci imaat sposobnost da vr{at jonizacija vo sredinata niz koja minuvaat, pa zatoa se narekuvaat u{te i jonizira~ki zra~ewa. Зemjinata kora i atmosferata si imaat svoja prirodna radioaktivnost, koja se narekuva radioaktiven fon, a na koja ~ovekot i ìvite organizmi vo tekot na evolucijata se naviknale. Duri i ìvite organizmi sodràt radioaktivni izotopi, bidej}i hemiskite elementi vo prirodata se smesi od pove}e razli~ni izotopi. Na primer, jaglerodot vo prirodata se nao a kako smesa od tri negovi izotopi. So nekoi drugi prirodni radioaktivni materijali ~ovekot slu~ajno ili namerno doa a vo neposreden kontakt. PRIMERI: Jaglerodot (C) vo prirodata se sostoi od tri izotopi i toa: jaglerod-12, jaglerod-13 i jaglerod-14, od koi posledniot (S-14) e nestabilen i radioaktiven. Prirodniot uranium (U) isto taka se sostoi od tri radioaktivni izotopi: uranium-232, uranium-235 i uranium-238. Ve{ta~ka radioaktivnost U{te mnogu odamna alhemi~arite tragale po recept za pretvorawe na olovoto vo zlato. So napredokot na nuklearnata fizika toa stana sosem vozmo`no. Pri nuklearni reakcii, so bombardirawe na edni atomi so alfa ~estici ili neutroni moè da se dobijat sosema drugi, i toa radioaktivni atomi. Vakvata pojava se narekuva ve{ta~ka radioaktivnost. Ruskite nau~nici od nuklearniot centar, vo blizinata na Bajkalsko ezero vo Sibir, eden den zabeleàle deka olovnata za{tita na reaktorot napraven od olovo-82 se pretvorila vo zlato Biolo{ko dejstvo na radioaktivnite zraci Radioaktivnite zra~ewa si zaemnodejstvuvaat so materijata niz koja pominuvaat. Minuvaj}i niz ìvite organizmi, tie moàt da dovedat do {tetni posledici. Biolo{kite posledici {to proizleguvaat od minuvaweto na radioaktivnite zra~ewa niz ìvite organizmi moàt da bidat najrazli~ni. Sepak, site posledici se dolàt na toa {to radioaktivnite zra~ewa imaat golema energija i vo sudir so ìvite kletki tie moàt da ja prenesat svojata energija i da gi o{tetat.

160 radioaktivno zra~ewe Сл. 1а. Kleto~en materijal pred zra~eweto. radioaktivno zra~ewe Сл.1б. Jonizacija na kleto~niot materijal. - Сл. 1в. Joniziran kleto~en materijal koj lesno moè da se vidoizmeni. - - Na slikata 1a se prikaàni neozra~eni kletki. So zra~ewe moè da dojde do jonizacija na molekulite od kletkite (sl. 1b i 1v) i hemiski promeni {to doveduvaat do vidoizmenuvawe na genetskiot, DNA materijal. Ova moè da predizvika golemi naru{uvawa vo kletkata, a na krajot i nejzino izumirawe. No, moè da se slu~i, isto taka, na mestoto na o{tetuvaweto da se vrze nekoja sosema razli~na grupa joni i da napravi degeneracija. I taka, so delbata na vakvite o{teteni kletki od radioaktivnite zra~ewa nema da se dobijat zdravi kletki, tuku degenerirani kletki, od koi se razvivaat vidoizmeneti tkiva i opasni zaboluvawa: razni kanceri i leukemii. [tetnite zra~ewata moàt da bidat nadvore{ni ili vnatre{ni. Nadvore{ni se onie zra~ewata koi poteknuvaat od radioaktivni elementi vo po~vata, vodata i vozduhot. Tie se pretvoraat vo vnatre{ni, otkako radioaktivnite elementi odnadvor }e navlezat vo organizmite preku ishranata ili di{eweto. Lu eto {to rabotat so radioaktivni materii i zra~ewa moraat da imaat poseben odnos kon rabotata i higienata za da ne dojde do radioaktivno zagaduvawe (kontaminacija). Za vreme na rabotata e potrebno da nosat personalen dozimetar, t.e. bex so par~e osetliv film (sli~en kako onoj za fotografirawe). Po razvivaweto na filmot moè da se vidi kolku bil eksponiran rabotnikot. Radioterapija Uni{tuva~koto dejstvo na jonizira~kite zra~ewa vrz ìvite kletki bilo iskoristeno vo medicinata kaj radioterapijata. Vo aparatite za zabrzuvawe na elektroni (akceleratori) se zabrzuvaat elektronite dodeka ne dobijat golema kineti~ka energija. Vakvite brzi elektroni (BETA-zraci) se naso~uvaat na pacientot na mestoto zaboleno od kancer. Zra~eweto predizvikuva smrt na kletkite koi se izloèni na nego. Soznanieto deka kletkite zafateni so rak polesno umiraat otkolku zdravite kletki e iskoristeno za tretirawe na rakot so radioterapija. Сл. 3. Зрачење на пациент со БЕТА зраци од акцелератор. Зраците се naso~eni кон заболениот орган од рак во стомачната шуплина. Канцер-клетки поbrzo страдаат отколку здрави ткива

161 Dijagnostika so radioizotopi Edna granka od nuklearnata medicina se zanimava so dijagnosticirawe na funkcijata na nekoi organi od ~ovekovoto telo za da otkrie nekoe poremetuvawe ili bolest. Taka, na primer, tiroideata, bubrezite, koskite, srceto, crniot drob i drugite organi moàt da stanat pojasno vidlivi, i poremetuvawata da stanat voo~livi ako vo krvotokot se vbrizga radioaktiven preparat so kus ìvot. Naj~esto koristenи izotopи vo dijagnostikata se: jodot-131, tehniciumot-99, jaglerodot-13 i drugi. Сл. 4. РЕТ скен на здрав мозок и мозок на пациент заболен од Паркинсонова болест. Позитроните од вбризганата гликоза со С-11 и електроните од атомите во мозокот создаваат ГАМА-зраци. Овие се детектираат и даваат слика за исхранетоста на мозокот со гликозата. Vo RET (ПЕТ) dijadnostikata (pozitron emisionata tomografija naj~esto se upotrebuva jaglerodot S-13 vmetnat vo glukozata za da se pokaè dali sekoj del od mozokot e pravilno ishranet so glikozata. Na slikata 4. e daden RET sken na mozok od pacient bolen od parkinsonova bolest i zdrav mozok. Pra{awa, zada~i, aktivnosti 1. Pronajdete gi na internet stranicite You Tube.com Nuclear Physics 8: Properties of Becquerel Rays i You Tube.com Nuclear Physics 8.1: Natural Transmutations i komentirajte gi klipovite. 2. Ako znaete da ~itate dobro angliski pogledajte ja internet stranicata Radiation poisoning - Wikipedia, the free encyclopediawhen radioactive compounds enter the human body, the effects are different... The human body contains many types of cells and a human can be killed by the... za da si go pro{irite znaeweto. Vo ovaa lekcija nau~ivte Radioaktivnite zraci predizvikuvaat jonizacija zatoa se vikaat i jonizira~kи zra~ewа. Nivnata golema energija i jonizaciona mo} se pri~ina zo{to tie predizvikuvaat o{tetuvawa na kletkite na ìvite organizmi. Pokraj prirodnata radioaktivnost postoi i ve{ta~ka. Do pretvorba od eden atom vo drug doa a so bombardirawe na atomite so nekoja ~estica, naj~esto neutronи. Radioaktivnite zraci polesno gi razgraduvaat bolnite kletki na organizmot pa taka se postignuva le~ewe od razni vidovi kancer i leukemija. Razni radioizotopi so kratko vreme na poluraspa awe sluàt vo medicinata za dijagnosti~ki celi, за otkrivawe na razni zaboluvawa

162 5.4. DETEKTIRAWE NA RADIOAKTIVNOST Radioaktivnite zraci se nevidlivi, ne se slu{aat, nemaat nitu vkus nitu miris, i voop{to ne gi draznat setilata. Za da se za{titite od nivnoto {tetno dejstvo potrebni se instrumenti koi }e go vidat nivnoto prisustvo. Za da se detektiraat radioaktivnite zra- ~ewa, bile iskoristeni nekoi od nivnite svojstva: elektri~niot polne` {to go imaat alfa i beta-zracite im ovozmoùva da skr{nuvaat vo elektri~nite i magnetnite poliwa. radioaktivnite zra~ewa vr{at jonizacija vo sredinata niz koja minuvaat. бип бип бип Ovie svojstva bile iskoristeni pri konstrukcijata na nekolku instrumenti za detekcija na radioaktivni zra~ewa, takanare~eni detektori. Najpoznati se: Gajger-Milerovata cevka, maglena komora i пolusprovodni~kite detektori so PN-polusprovodni~ki kontakt. Gajger-Milerova cevka (G-M broja~) Gajger-Milerovata cevka (sl. 1 и 2) e cilinri~na dioda, kade {to anodata (A) e smestena po dolìnata na oskata na cilindarot, a katodata (K) e negovata obvivka. Pome u anodata i katodata e donesen napon od okolu 400 V. Cevkata e ispolneta so gas koj lesno se jonizira. Na edniot bazis na cilindarot e napraven mnogu tenok prozorec, za da moè niz nego da vleguvaat radioaktivnite zra~ewa. Koga G-M cevka ne e vo blizina na radioaktivni zra~ewa, toga{ pome u anodata i katodata ne protekuva struja. No, koga vo cevkata }e navlezat radioaktivnite zra~ewa, toga{ tie na pominuvawe niz gasot vr{at jonizacija. Koga gasot na nekoi mesta e dovolno joniziran, toga{ protekuva kratkotrajna struja (impuls). Сл. 1. Гајгер Mилеров бројач. Кога ќе детектира ГАМА зраци, бројачот почнува да бипка. Што почести се бипкањата толку е посилно зрачењето. Gajger- Milerova cevka K radioaktiven izvor broja~ Сл.2. Гајгер-Mилеров бројач. БЕТА зраците го јонизираат гасот во ГМ цевката. Високиот напон ги забрзува јоните и електроните на спротивните електроди. Бројачот ја засилува таа струја и звучникот бипка а стрелката покажува отклон. A Koga namesto izolirani bipkawa }e slu{nete kontinuirano svirewe (биииии), toga{ se nao ate na radioaktivno kontaminirano mesto od koe treba vedna{ da se zasolnite

163 Мaglena komora Komorata se sostoi od cilindar koj e ispolnet so gas-vozduh i zasiteni parei od voda ili smesa od voda i alkohol. Koga jonizira~kata ~estica }e pomine niz komorata, taa na svojot pat vr{i jonizacija. Jonite, pak, pretstavuvaat centri na kondenzacija. Na niv se kondenziraat kapkite od pareata. Taka, po dolìnata na patekata na ~esticite se kondenziraat sitni kapki i ja pravat nivnata traektorija vidliva. Tie moàt da se fotografiraat za da se prou~uvaat. Na sl. 3 e dadena maglenata komora vo Fermilab, SAD. Ako komorata se smesti vo silno magnetno pole koe e normalno na pravecot na zra~eweto, toga{ patekite od naelektriziranite ~estici }e stanat delovi od kru`nica ili celi kru`nici (sl. 4). Spored radiusite na vrtewe se sudi za goleminata na nivniot elektri~en polne` i masa. Spored nasokata na vrtewe (vo nasoka ili sprotivno na nasokata na ~asovniot) se sudi za toa dali e polneòt pozitiven ili negativen. Ako ~esticite ne kruàt vo magnetnoto pole, tuku ostavaat pravoliniski tragovi (sl. 4), toga{ tie se neutralni (neutroni, neutrina). Polusprovodni~ki detektori Polusprovodni~kite detektori se sostojat oд PN- dioda. Se koristat za detekcija na gama zra~ewa. Na mestoto na PN kontaktot od silicium se formira barieren sloj koj gi popre- ~uva elektronite i {uplinite da minuvaat i da davaat struja. Sekoga{ koga vo PN-slojot upa a gama-zrak, poradi jonizira~kata sposobnost }e se proizvedat elektroni i {uplini (sl. 5). Nivnoto prisustvo }e ja zgolemi sprovodlivosta na PN-kontaktot i }e moè da pote~e struja. Strujata se registrira, a so dopolnitelna elektronika se pokaùva goleminata na zra~eweto. Сл. 3. Маглена комора во Фермилаб, САД. Sl. 4. Fotografija na jonizira~ko zra~ewe vo maglena komora vo magnetno pole. gama zrak N P Sl. 5. Uprostena {ema na PN polusprovodni~ki detektor. A Vo ovaa lekcija nau~ivte Pri detekcijata na radioaktivnite zraci se koristat tri vida detektori: Gajger-Milerov broja~, maglena komora i polusprovodni~ki detektor. Pri detekcijata na radioaktivnite zraci se koristi nivnata jonizaciona mo}. Kaj Gajger-Mileroviot broja~ izvorot na zra~eweto poradi svojata jonizaciona mo} predizvikuva struen impuls, koj, obi~no, se registrira so zvuk (bip, bip!). Vo maglenata komora e iskoristeno svojstvoto na jonite od zra~ewata da stanat centri na kondenzacija. Kondenziranite kapki ja ocrtuvaat patekata na zrakot. Kaj polusprovodni~kite detektori jonite predizvikuvaat zgolemuvawe na brojot na elektroni i {uplini na PN- kontaktot, pa potekuva struja.

164 5. 5. PRIMENA NA NUKLEARNATA ENERGIJA Fisija- veri`na reakcija Cepeweto na atomite najlesno se pravi so bavni neutroni. Za taa cel neutronite se zabavaat so prethodno pu{tawe niz supstancija (moderator). Koga neutron }e navleze vo jadroto na atomot, vo nego nastanuva takvo naru{uvawe, {to toa se cepi na dva dela. Na slikata 1 e prika`ano cepeweto na jadroto na uraniumot-235 na pomalite jadra A i V. Ovoj proces se narekuva nuklearna reakcija na cepewe ili fisija. Pri takvoto cepewe se osloboduvaat 2-3 novi neutroni i radioaktivni zraci. Novite tri neutroni navleguvaat vo novi tri jadra i gi cepat. Taka, kako lavina nastanuva i se {iri veri`nata nuklearna reakcija. Reakcijata e tolku brza, {to site atomi vo eden kilogram uranium se rascepeni za samo milioniti del od sekunda. Pri vakvite reakcii se osloboduvaat ogromni koli~estva energija. Za da imate pretstava za kolkavi energii stanuva zbor, poglednete ja slikata 2. Ako protonite kako pozitivni polne`i samo se odbivaa, toga{ atomskoto jadro bi se raspa awenalo a protonite bi izbegale No, postojat privle~ni nuklearni sili {to gi nadvladuvaat odbivnite. Da se sovlada nuklearnata sila i da se rascepi edno atomsko jadro e mo`no so pomo{ na bombardirawe so nekoja nuklearna ~estica so golema energija (proton ili neutron). Neutronite kako neutralni se popogodni za bombardirawe bidej}i se neutralni, i na niv ne dejstvuva elektri~nata sila od jadroto. n U-235 A B n n n U-235 U-235 U-235 n n n n n n n n n U-235 U-235 U-235 U-235 U-235 U-235 U-235 U-235 U-235 Sl. 1. Uprosten prikaz na veri`na reakcija. Od sekoe rascepeno jadro se sozdavaat po 2 do 3 novi. Produktite od cepeweto na uraniumot se novi polesni jadra, A i V, koi ne u~estvuvaat vo veri`nata reakcija. 3М kg ЈАГЛЕН 1 kg УРАНИУМ Сл. 2. Energijata dobiena od samo eden kilogram uranium odgovara na energijata {to se dobiva so sogoruvawe na 3 milioni kilogrami visokokvaliteten jaglen

165 Nuklearna energija Hiperbrzoto osloboduvawe na energija vo vid na toplina od nekontrolirana veri`na reakcija doveduva do eksplozija od ne~ueni razmeri. Za àl, naukata treba da se zasrami so faktot {to fisijata bila najprvo upotrebena za uni{tuva~ki celi, t.e. za konstrukcija na atomskata bomba, koja za prv pat bila frlena na Japonija vo Vtorata svetska vojna, vo 1945 godina. Podocna, od strana na Enriko Fermi bil najden na~in veri`nata reakcija da moè da se zabavi i da se drì pod kontrola pa bil konstruiran nuklearniot reaktor (sl.2). Napraven e od aluminiumski rezervoar koj odnatre e obloèn so grafit. Odnadvor reaktorot e obloèn so betonski za{titen yid so debelina od dva metra. te{ka voda aluminiumski rezervoar pra~ki od kadmium za kontrolirawe na reakcijata izleguva topla voda uraniumovi pra~ki (nuklearno gorivo) grafitni oblogi kako reflektori na neutroni vleguva ladna voda biolo{ka za{tita od beton Sl. 2. Princip na nuklearen reaktor. Reakcijata se kontrolira so spu{tawe ili podigawe na pra~kite od kadmium. Koga pra~kite se spu{teni reakcijata se gasne. Reakcijata zapo~nuva so toa {to uraniumot sam po sebe se raspa a, pa sekoga{ postojat neutroni koi samo treba da se zabavat pa da zapo~ne nuklearnata reakcija. Zabavuvaweto se slu~uva vo moderatorot so te{ka voda (namesto vodorod-1 taa sodrì deuterium ili vodorod-2). Koga brzinata na neutronite e dovolno mala, toga{ zapo~nuva efikasno da se odviva nuklearnata fisija kako kontrolirana veri`na reakcija. Vo tekot na reakcijata se osloboduva toplina koja se prenesuva na voda. Toplata voda moè da se koristi za razni nameni, od koi najva`na e proizvodstvo na elektri~na energija (sl.3). Sl.3. Nuklearnite reaktori (nuklearkite) se fabriki vo koi od nuklearnata se proizveduva elektri~na energija. Vo svetot postojat mnogu zemji vo koi do 70% od vkupnite potrebi za energija se zadovoluvaat od nuklearkite (Francija, Belgija). No, postojat zemji koi nemaat nuklearni centrali, kako {to se Makedonija, Srbija, Albanija, Avstrija i dr. Vo ovaa lekcija nau~ivte Eden od procesite na ve{ta~ka transmutacija na jadro e procesot fisija, pri koj edno jadro na uran-235 se bombardira so zabaveni neutroni, pri {to nastanuvaat dve jadra na elementi od sredinata na periodniot sistem se osloboduvaat 2 do 3 neutroni, i se osloboduva energija. Procesot prodolùva taka {to mnogu brzo se razmnoùvaat neutronite i nastanuva veri`na reakcija, prosledena so osloboduvawe na ogromni energii (eksplozija). Toa e i principot na atomskata bomba. Ako so pra~ki na kadmium se kontrolira brojot na nastanatite neutroni, procesot e kontroliran i iskoristen kaj nuklernite reaktori vo atomskite centrali

166 5.6. RADIOAKTIVNI ZAGADUVAWA I ZA[TITA Otkrivaweto na radioaktivnosta moè da se smeta kako me~ so dve se~ila. Od edna strana, od otkritieto proizlegoa dobrite strani: primenite vo medicinata za dijagnostika i lekuvawe i кoristeweto na nuklearnata energija za proizvodstvo na energija. Но, оd druga strana, nuklearnata fisija be{e iskoristena za voeni i uni{tuva~ki celi. Hiro{ima i Nagasaki bea uni{teni na krajot od Vtorata svetska vojna (avgust 1945) i pritoa stotici iljadi луѓе беа unesre}eni. Nuklearni probi U{te od vremeto koga bilo za prv pat napraveno atomskoto oru`je pa se do dendene{en, nuklearnite probi se izveduvaat za da se testira negovata razoruva~ka sposobnost. Tie se izveduvaat nadzemno, podzemno i podvodno. Vo sekoj slu~aj, vo sredinata vo koja tie se pravat se slu~uva komletno uni{tuvawe na ìvotnata sredina za narednite iljadnici godini. Taka, vo pustinata blizu Las Vegas vo dràvata Nevada, vo SAD, bile izveduvani podzemni probi koi napravile zagaduvawe so radiaoaktivni izotopi. Toj region e tolku zagaden {to sè u{te no}e sveti, a posetitelite ne smeat da prestojuvaat podolgo od polovina ~as. Nuklearni probi se izveduvaat i vo ju`nite vodi na Tihiot okean, od koi posledicite vrz ìvotnata sredina se по~uvstvuvaa vo regionot na Avstralija i Nov Zeland. Havarii na nuklearni elektrani Сл. 1. Нуклеарни проби за испитување на разорувачката моќ на нуклеарните експлозии. Kolku i da se za{titeni so betonska za{tita i kontrolirani so brzi kompjuteri, nuklearnite elektri~ni centrali ne se sosem bezbedni, {to go pokaà i istorijata. Taka, vo 1986 godina se slu~i havarija vo nuklearna centrala vo mestoto êrnobil, vo Ukraina. Posledicite od havarijata se nebroeni, no moàt da se navedat samo najglavnite. Sl. 2. Havarijata vo nuklearkata kaj êrnobil, Ukraina

167 Posledici od havarijata kaj êrnobil ôve~ki zagubi: ~ove~ki `rtvi od vrabotenite; lu eto od okolinata bea ozra~eni na samoto mesto, a mnogu od vrabotenite i ìtelite od okolinata vo prvite meseci zabolea od leukemija; seta hrana {to bila proizvedena taa godina napravila vnatre{na kontaminacija na stotici iljadi lu e. Kako posledica na nadvore{na i vnatre{na kontaminacija vo narednite godini, zabolea od leukemija i rak desetici iljadi lu e, a najmnogu deca. Ekonomski posledici: be{e napravena {teta na zgradata na nuklearnata centrala; nastana prestanuvawe na rabota na energetskiot pogon; nastana nuklearna kontaminacija i na okolnoto zemji{te do nivo na neupotreblivost za zemjodelstvo i sto~arstvo; iljadnici lu e ostanaa bez rabota i moraa da migriraat. Ekolo{ki posledici: nuklearnite produkti na fisijata se rasprostranija do nevideni razmeri, {irum Zemjinata topka; kontaminacijata se ra{iri vo radius od okolu 100 kilometri i so istite biolo{ki posledici se odrazi i na ìvotinskiot i rastitelniot svet. Inaku, êrnobil ne smee da se zaboravi za{to, za nesre}a, toj ja izigra ulogata na najgolemata realna laboratorija za ispituvawe na vlijanieto na radijacijata vrz ~ove~kiot organizam. Treba da se ima predvid deka radioaktivnosta i havariite ne gi priznavaat granicite {to gi postavil ~ovekot, tuku gi minuvaat nepre~eno. Taka, problemite so nuklearnite havarii se smetaat kako globalni svetski problemi, a ne kako izolirani ekonomski problemi na dràvite. Sepak, ona {to preostanuva e kolku e mo`no pove}e da se nau~i za vistinskite fakti i posledicite za da moè sekoj gra anin soodvetno da reagira vo slu~aj na eventualna havarija. Dokolku ne{to sli~no povtorno se slu~i treba da se imaat na um slednive nekolku raboti: da se izbegnuva prestoj na otvoren prostor vo prvite dve sedmici od nastanot, bidej}i najgolem del od radioaktivniot materijal, {to vo slu~ajot na êrnobil dojde od taa dale~ina, se sostoe{e od jod-131, so period na poluraspa awe od okolu 7 dena; da se zema hrana bogata so jod (jodirana sol) za da se zadovolat potrebite so jod koj ne e radioaktiven, za da se izbegne vrzuvaweto na jodot-131 vo metabolizmot; da se konsumira voda i hrana {to ne e kontaminirana. Prevrivaweto na vodata moè delumno da pomogne, za{to zaedno so talogot od CaCO 3 }e padne i del od radioaktivnite elementi. Vo ovaa lekcija nau~ivte êrnobil be{e globalen problem Otkritieto na radioaktivnosta odigralo golema uloga vo napredokot na naukata denes: vo primenata na radioaktivnite izotopi vo medicinskata dijagnostika i terapija. Istovremeno se otvorile pati{tata kon razvojot na nuklearnata energetika. Me utoa, taa pojava otvorila pat i kon mnogu negativni pojavi vo dene{nata civilizacija: eksplozija na atomski bombi, nuklearni probi i nuklearni havarii, koi uni{tile celi oblasti na na{ata planeta so trajna kontaminicija.

168 Каде подземно минуваат акцелераторите на evropskiot nuklearen centar, CERN под Женева? (Големиот круг е познатиот LHC -Large Hadron Collider во кој се судираат материјата и антиматеријата). Republika Makedonija vo 2009 godina stana ~len na CERN. Внатрешноста на LHC (Golemiot hadronski kolajder). Тунелот е долг 27 km

Δείτε περισσότερα