Содержание
- 2. Лекция 1 Вводная Вопросы: 1. Что такое физика и что она изучает. 2. Основы кинематики 1.
- 3. Механика – это часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это
- 4. Любое движение твёрдого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. Поступательное движение – это
- 5. Мгновенная линейная скорость - физическая величина» равная пределу, к которому стремится отношение элементарного перемещения ΔS за
- 6. Лекция 2 Законы Ньютона. Законы сохранения импульса и механической энергии. Вопрос: 1. Законы Ньютона. 2. Законы
- 7. Масса тела – это физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая её инерционные (инертная
- 8. Из формулировки второго закона Ньютона (2) и определения массы (3) следует, что ускорение тела пропорционально равнодействующей
- 9. Согласно третьему закону Ньютона при взаимодействии тел возникают силы, приложенные к каждому из партнеров. При этом
- 10. 2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА. Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс
- 11. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ Первоначально в механике были введены кинетическая энергия (обусловленная движением тела) и потенциальная (обусловленная
- 12. Лекция 3 Динамика вращательного движения и механика твердого тела. Вопросы: 1. Динамика вращательного движения 2. Механика
- 13. 2. Развитие механики как науки начинается с IIIв. До н.э., когда древнегреческий учёный Архимед (287-212 до
- 14. ЗАКОН АРХИМЕДА - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая
- 15. Лекция 4 Закон всемирного тяготения, законы Кеплера. Основы молекулярной физики. Вопросы: 1. Закон всемирного тяготения 2.
- 16. 2. К началу XVII столетия большинство учёных убедилось в справедливости гелиоцентрической системы мира. И.Кеплер (1571-1630), обработав
- 17. Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы. Это утверждение
- 18. Лекция 5 Вопросы: 1. Основы кинетической теории. 2. Первое начало термодинамики. 1. КИНЕТИКА (от греческого kinetikos
- 19. Идея об атомном строении вещества высказана древнегреческим философом Демокритом (460—370 до н. э.). Атомистика возрождается вновь
- 20. 2. Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а изменяется лишь ее внутренняя энергия.
- 21. А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты считается положительным, когда оно подводится
- 22. Из формулы (1.1) следует, что в СИ количество теплоты выражается в тех же единицах, что работа
- 24. Лекция 6 Вопросы: 1. Энтропия 2. Второе начало термодинамики 3. Третье начало термодинамики 4. Свойство реальных
- 25. Аксиоматически существование действия-энтропии-информации, главные свойства этой переменной и выбор нуля отсчета для нее (суммарный эквивалент множественных
- 26. Действие-энтропию-информацию порождает процесс синтеза информации - запоминание случайного выбора, в котором критерии запоминания (устойчивости) зависят от
- 27. 2. Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не позволяет установить направление протекания термодинамических
- 28. Кроме того, отметим ещё раз, что энтропия остаётся постоянной в замкнутой системе только при обратимых процессах.
- 29. 3. Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства - величины , характеризующих способность различных
- 30. где Х - любой термодинамический параметр (аi или Аi). Предельно значение энтропии , поскольку оно одно
- 31. 4. Поведение реального газа можно описать с высокой точностью с помощью вириального уравнения (или уравнения с
- 32. Если подходить в вириальному уравнению только как к эмпирическому уравнению состояния, то оно имеет ряд недостатков.
- 33. 5. Молекулы в жидкостях находятся близко друг к другу, примерно на расстояниях равных размерам самих молекул.
- 34. Коэффициент сжимаемости c жидкости – относительное изменение объема dV при изменении давления на единицу т.е. Опыт
- 35. При расчете необходимо учитывать, что постоянные a и b на самом деле зависят от температуры. Совокупность
- 38. Лекция7 Вопросы: 1. Электростатика. 2. Потенциал электрического поля. 3. Проводники в электрическом поле. 1. В электростатике
- 39. 2. Вблизи электрических зарядов существует электрическое поле, величина которого в данной точке пространства равна, по определению,
- 40. то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит
- 41. Лекция 8 Вопросы: 1. Постоянный электрический ток. 2. Работа и мощность тока 1. Постоянный электрический ток
- 42. 2. Работа сил электрического поля (или работа электрического тока) при протекании через проводник с электрическим сопротивлением
- 43. Лекция 9 Вопросы: 1. Электрический ток в различных средах 2. Магнитное поле и его свойства 3.
- 44. Многие металлы при температуре ниже 25 К полностью теряют сопротивление – становятся сверхпроводниками. Выделения теплоты в
- 45. Термоэлектронная эмиссия – свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны. На движение электронов наряду с
- 47. 2. Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так
- 48. Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая её определённым образом.
- 49. До сих пор мы рассматривали макроскопические токи, текущие в проводниках. Однако, согласно предположению французского физика А.
- 50. 3. Закон Био-Саваpа-Лапласа в теоpии магнитного поля отвечает на аналогичный вопpос, что и закон Кулона в
- 51. Напpяженность электpического поля, создаваемого заpядом dq, обpатно пpопоp-циональна квадpату pасстояния от заpяда до данной точки поля:
- 52. Лекция 10 Вопросы: 1. Электромагнитная индукция 2. Магнитные поля в веществе 3. Электромагнитные колебания 1. «Если
- 53. и не задумываться о том, что электрическое воздействие распространяется в пространстве с конечной скоростью. Так как
- 54. 2. Доказанная теорема о циркуляции относится к любому случаю магнитного поля пpи условии, если оно создано
- 55. Втоpой член спpава пpедставляет собой связанный ток, сцепленный с контуpом. Его можно представить в виде некоторого
- 56. Здесь учтено, что M сos a dl = Mdl, и что в общем случае с контуром
- 57. Вектор намагниченности М определяется индукцией поля В в магнитике. В изотопных паpа- и диамагнетиках этот вектор
- 58. В паpа- и диамагнетиках есть величина постоянная, целиком хаpактеpизующая вещество, и этим, как и для ,
- 59. 3. взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое электромагнитное поле. Распространение Э. к.
- 60. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка
- 61. В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряженными частицами (электронами, ионами), создавая индуцированные токи.
- 62. Лекция 11 Вопросы: 1. Цепи переменного тока 2. Уравнение Максвелла 3. Электромагнитные волны их свойства 4.
- 64. Закон Ома для цепи переменного тока Любая реальная цепь переменного тока содержит одновременно активное сопротивление (нагревательные
- 65. С помощью метода векторных диаграмм можно получить, что полное сопротивление цепи Z, содержащей индуктивность L и
- 66. 2. ЛОРЕНЦА - МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ (Лоренца уравнения), фундаментальные уравнения классической электродинамики, определяющие микроскопические электрические и магнитные
- 67. г) изменяющиеся во времени электрические заряды порождают изменяющиеся во времени электрические токи, возбуждающие в окружающем пространстве
- 68. 3. Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о
- 69. Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор
- 70. (Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т.
- 71. При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды модуляции высокочастотных (несущих)
- 72. 4. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света. Закон прямолинейного распространения
- 73. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный
- 74. Лекция 12 Вопросы: 1. Интерференция и дифракция света 2. Поляризация, рассеяние, дисперсия света 3. Теория относительности
- 75. Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину,
- 76. Рисунок 2. Кольца Ньютона в зеленом и красном свете. Исторически первым интерференционным опытом, получившим объяснение на
- 77. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает
- 78. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени,
- 79. 2. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называются поляризованным. Так, если в
- 80. Сфокусировав пучок света с неоднородной поляризацией можно получить область продольно поляризованного светового поля
- 81. 3. Парадокс близнецов Теория относительности утверждает, что если что-либо (или кто-либо) движется, то время у него
- 82. Но, повторяю, это пока никакой не парадокс, а просто невероятное предсказание. Парадокс возникает дальше, если мы
- 83. Во-первых, теория относительности утверждает, что равноправны не все точки зрения, а только точки зрения так называемых
- 84. Но пока еще не все стало ясно. Действительно, парадокс оказался недоразумением, но все-таки что-то осталось непонятным.
- 86. На этом рисунке изображены точки зрения обоих братьев в системах координат. Оси Ваниной системы координат обозначены
- 87. Видите, что оси координат как бы перекошены? Этот перекос рассчитан в соответствие с формулами теории относительности.
- 88. Итоги Итак, мы выяснили следующее: парадокс близнецов - это недоразумение, происходящее из неверного предположения, что относительными
- 89. Лекция 13 Вопросы: 1. Квантовая теория излучения 2. Теория строения атома 1. Объемная плотность энергии равновесного
- 90. Здесь функция определяет объемную плотность энергии излучения, приходящуюся на единичный интервал частот вблизи частоты. Назовем ее
- 91. Рис. 13.1.
- 92. Но, если излучение с такой плотностью энергии, распространяясь со скоростью света в вакууме , падает на
- 93. В состоянии термодинамического равновесия такой же поток должен излучаться с единицы поверхности абсолютно черного тела. Но
- 94. 2. Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только
- 95. Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В
- 96. Лекция 14 Вопросы: 1. Элементы квантовой механики 2. Атом водорода в квантовой механике 1. В настоящее
- 97. Развитие компьютерной электроники неразрывно связано (определяется) с достижениями в области микроэлектроники. Основными элементами ЭВМ являются разнообразные
- 98. Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он
- 99. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав
- 100. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения
- 101. Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом в развитии знаний о строении атома. Она
- 102. Планетарная модель атома Резерфорда. Показаны круговые орбиты четырех электронов.
- 103. Квантовые постулаты Бора Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, – это попытка применения классических представлений о движении
- 104. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится только в особых стационарных или
- 105. Теория Бора не отвергла полностью законы классической физики при описании поведения атомных систем. В ней сохранились
- 106. Лекция 15 Вопросы: 1. Радиоактивность 2.Ядерные реакции 1. Радиоактивность (от лат. radio - излучаю, radius -
- 107. Первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, например a-частиц, протонов или осколков деления ядер: вторые
- 108. Все известные виды Р. можно разделить на две группы: элементарные (одноступенчатые) превращения и сложные (двухступенчатые). К
- 109. 2. Наряду с механизмом ядерной реакции, идущей через составное ядро, когда в процесс взаимодействия вовлекается все
- 111. Скачать презентацию
Лекция 1
Вводная
Вопросы: 1. Что такое физика и что она изучает.
Лекция 1
Вводная
Вопросы: 1. Что такое физика и что она изучает.
2. Основы кинематики
1. Слово «физика» произошло от греческого слова, что означает природа. Оно впервые появилось в сочинениях одного из величайших мыслителей древности – Аристотеля, жившего в IVв. до н.э. В русский язык слово «физика» было введено М.В. Ломоносовым, когда он издал в России первый учебник физии в переводе с немецкого языка.
Физика – одна из основных наук о природе.
По методам исследования физика делиться на теоретическую экспериментальную.
Физика – основа техники. Физика изучает материю.
Материя – это всё то, что существует во Вселенной независимо от нашего (небесные тела, растения, животные и т.д.).
Материя существует в виде двух категорий: в виде вещества в виде поля (электромагнитное, электрическое, биологическое, торсионное, гравитационное т.д.).
Механика – это часть физики, которая изучает закономерности механического движения и
Механика – это часть физики, которая изучает закономерности механического движения и
Механическое движение – это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.
Механика для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач использует разные физические модели. Простейшей моделью является материальная точка – это тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Понятие материальной точки – абстрактное, но его ведение облегчает решение практических задач. Например, изучая движение планет по орбитам вокруг Солнца, можно принять их за материальные точки.
Под воздействием тел друг на друга тела могут деформироваться, т.е. изменять свою форму и размеры. Поэтому в механике была введена ещё одна модель – абсолютно твёрдое тело.
Абсолютно твёрдое тело – это тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя точками (или точнее между двумя частицами) этого тела остаётся постоянным.
Любое движение твёрдого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного
Любое движение твёрдого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного
Поступательное движение – это движение, при котором любая прямая, жёстко связанная с движущимся телом, остаётся параллельной своему первоначальному положению.
Вращательное движение – это движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения.
2. Кинематика – изучает движение тел, не рассматривая причины,
которые это движение обуславливают.
Для характеристики движения материальной точки вводиться векторная величина – скорость, которая определяется как быстрота движения, так и его направление в данный момент времени.
Простейшим видом механического движения абсолютно твердого тела является поступательное движение - такое движение, при котором тело перемещается параллельно самому себе. При этом все точки описывают конгруэнтные (одинаковые) траекторий, смещенные друг относительно друга.
Поступательное движение абсолютно твердого тела может быть охарактеризовано движением какой-либо одной его точки, например, центра масс.
Для характеристики поступательного движения тела (материальной точка) вводится понятие перемещения.
Перемещением называется вектор, соединяющий начальное положение тела с его конечным положением.
Мгновенная линейная скорость - физическая величина» равная пределу, к которому стремится
Мгновенная линейная скорость - физическая величина» равная пределу, к которому стремится
Мгновенная скорость - векторная величина, имеющая тоже направление, что и касательная к траектории, т.к. вектор мгновенной скорости v совпадает с вектором достаточно малого перемещения dS за достаточно малое время dt. Мгновенная скорость численно равна первой производной от перемещения по времени.
Средняя скорость за промежуток времени Δt = t2 - t1 – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения Δz к длительности промежутка времени Δt.
Лекция 2 Законы Ньютона.
Законы сохранения импульса и механической энергии.
Вопрос: 1.
Лекция 2 Законы Ньютона.
Законы сохранения импульса и механической энергии.
Вопрос: 1.
2. Законы сохранения импульса и механической энергии.
1. Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние.
Инертность – это стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Поэтому первый закон Ньютона называют так же законом инерции.
Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчёта. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчёта, а те системы по отношению к которым он выполняется, называются инерциальными системами отсчёта. Инерциальной системой отсчёта является такая система отсчёта, относительно которой материальная очка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно. Первый закон Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчёта.
Масса тела – это физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик
Масса тела – это физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик
Второй закон Ньютона составляет основу не только классической механики, но и всей классической физики. Несмотря на простоту его математической формулировки F=ma
при объяснении его "физического смысла" возникают вполне определенные методические трудности. До сих пор в различные учебных курсах используются различные подходы к "физической" формулировке этого важнейшего закона, причем каждый из них обладает как определенными преимуществами, так и недостатками.
инертная масса тела может быть определена как коэффициент пропорциональности между силой и ускорением, остающийся постоянным для данного тела в соответствии со вторым законом:
Из формулировки второго закона Ньютона (2) и определения массы (3) следует,
Из формулировки второго закона Ньютона (2) и определения массы (3) следует,
более удобной является импульсная формулировка второго закона Ньютона:
Согласно третьему закону Ньютона при взаимодействии тел возникают силы, приложенные к
Согласно третьему закону Ньютона при взаимодействии тел возникают силы, приложенные к
Из законов Ньютона следует, что в случае взаимодействия двух тел, не взаимодействующих с другими, каждое из них должно двигаться с ускорением. Если масса одного из взаимодействующих тел существенно превосходит массу другого, то его ускорение оказывается малым.
2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА. Из законов Ньютона можно показать, что при
2. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА. Из законов Ньютона можно показать, что при
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА. Если понятие импульса в классической механике характеризует поступательное движение тел, момент импульса вводится для характеристики вращения и является следствием утверждения о том, что свойства окружающего мира не изменяются при поворотах (или повороте системы отсчета) в пространстве.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ Первоначально в механике были введены кинетическая энергия (обусловленная
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ Первоначально в механике были введены кинетическая энергия (обусловленная
Закон сохранения энергии имеет большое практическое значение, поскольку существенно ограничивает число возможных каналов эволюции системы без ее детального анализа. Так на основании этого закона оказывается возможным априорно отвергнуть любой весьма проект весьма экономически привлекательного вечного двигателя первого рода (устройства, способного совершать работу, превосходящую необходимые для его функционирования затраты энергии).
Лекция 3
Динамика вращательного движения и механика твердого тела.
Вопросы: 1. Динамика
Лекция 3
Динамика вращательного движения и механика твердого тела.
Вопросы: 1. Динамика
2. Механика твердого тела
1. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые
вызывают или изменяют это движение.
- импульс (количество движения) материальной точки (частицы), m – масса частицы, - скорость частицы.
Масса – мера инертности тела.
Закон сохранения импульса: в замкнутой системе суммарный импульс – величина постоянная. - закон сохранения импульса для замкнутой системы, где n – число частиц (или тел), входящих в систему.
2. Развитие механики как науки начинается с IIIв. До н.э., когда
2. Развитие механики как науки начинается с IIIв. До н.э., когда
Механика Галилея-Ньютона называется классической механикой. В ней изучаются законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света с в вакууме.
Механика делится на три раздела: 1) кинематику 2)динамику 3)статику
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ - общий закон природы: энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной (сохраняется). Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы. Для незамкнутой системы увеличение (уменьшение) ее энергии равно убыли (возрастанию) энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
ЗАКОН АРХИМЕДА - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в
ЗАКОН АРХИМЕДА - закон гидро- и аэростатики: на тело, погруженное в
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ, механический принцип относительности - принцип классической механики: в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одних и тех же условиях. Ср. относительности принцип.
ЗАКОН ГУКА - закон, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА - закон механики: импульс любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянным (сохраняется) и может только перераспределяться между частями системы в результате их взаимодействия.
Лекция 4 Закон всемирного тяготения,
законы Кеплера. Основы молекулярной физики.
Вопросы: 1.
Лекция 4 Закон всемирного тяготения,
законы Кеплера. Основы молекулярной физики.
Вопросы: 1.
2. Законы Кеплера
3. Основы молекулярной физики.
1. ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ - закон тяготения Ньютона: все тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: , где M и m - массы взаимодействующих тел, R - расстояние между этими телами, G - гравитационная постоянная (в СИ G=6,67.10-11 Н.м2/кг2.
Исаак Ньютон (1642- 1726) английский математик и философ, открывший закон всемирного тяготения
2. К началу XVII столетия большинство учёных убедилось в справедливости гелиоцентрической
2. К началу XVII столетия большинство учёных убедилось в справедливости гелиоцентрической
Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находиться Солнце
Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает одинаковые площади.
Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.
3. Молекулярная физика и термодинамика изучают свойства и поведение макроскопических систем, т.е. систем, состоящих из огромного числа атомов и молекул. Типичные системы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, содержат около 1025 атомов.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального
газа. Эта теория создана немецким физиком Р. Клаузисом в 1957
году для модели реального газа, которая называется идеальный газ.
Основные признаки модели:
расстояния между молекулами велики по сравнению с их размерами;
взаимодействие между молекулами на расстоянии отсутствует;
при столкновениях молекул действуют большие силы отталкивания;
время столкновения много меньше времени свободного движения между столкновениями.
Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию
Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию
Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории можно получить формулу для расчета средней квадратичной скорости молекул.
Уравнение Менделеева-Клапейрона:
Лекция 5
Вопросы: 1. Основы кинетической теории. 2. Первое начало термодинамики.
Лекция 5
Вопросы: 1. Основы кинетической теории. 2. Первое начало термодинамики.
Молекулярная физика и термодинамика — разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в телах атомов и молекул. Для исследования этих процессов применяют два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе молекулярной физики, второй — термодинамики.
Молекулярная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.
Идея об атомном строении вещества высказана древнегреческим философом Демокритом (460—370 до
Идея об атомном строении вещества высказана древнегреческим философом Демокритом (460—370 до
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т. д.). Например, температура тела определяется скоростью хаотического движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Таким образом, макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в случае большого числа молекул.
2. Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а
2. Рассмотрим термодинамическую систему, для которой механическая энергия не изменяется, а
Таким образом, можно говорить о двух формах передачи энергии от одних тел к другим: работе и теплоте. Энергия механического движения может превращаться в энергию теплового движения, и наоборот. При этих превращениях соблюдается закон сохранения и превращения энергии; применительно к термодинамическим процессам этим законом и является первое начало термодинамики, установленное в результате обобщения многовековых опытных данных.
Допустим, что некоторая система (газ, заключенный в цилиндр под поршнем),
обладая внутренней энергией U1, получила некоторое количество теплоты Q и, перейдя в новое состояние, характеризующееся внутренней энергией U2, совершила работу.
А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты
А над внешней средой, т. е. против внешних сил. Количество теплоты
ΔU=Q – A или Q=ΔU+A (1.1)
Уравнение (1.1) выражает первое начало термодинамики: теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил. Выражение (1.1) в дифференциальной форме будет иметь вид: dQ=dU+dA или в более корректной форме бQ=dU+бА (1.2)
где dU — бесконечно малое изменение внутренней энергии системы, бА — элементарная работа, бQ — бесконечно малое количество теплоты. В этом выражении dU является полным дифференциалом, а бА и бQ таковыми не являются. В дальнейшем будем использовать запись первого начала термодинамики в форме (1.2).
Из формулы (1.1) следует, что в СИ количество теплоты выражается в
Из формулы (1.1) следует, что в СИ количество теплоты выражается в
Если система периодически возвращается в первоначальное состояние, то изменение её внутренней энергии ΔU=0. Тогда, согласно первому началу термодинамики, A=Q , т.е. вечный двигатель первого рода — периодически действующий двигатель, который совершал бы большую работу, чем сообщенная ему извне энергия, — невозможен (одна из формулировок первого начала термодинамики).
Лекция 6
Вопросы: 1. Энтропия
2. Второе начало термодинамики
3. Третье начало
Лекция 6
Вопросы: 1. Энтропия
2. Второе начало термодинамики
3. Третье начало
4. Свойство реальных газов
5. Свойства жидкостей
6.Свойства твёрдых тел
1. Второе начало термодинамики является наиболее фундаментальной аксиомой в современной картине природы, определяющей свойства понятия - энтропия. Однако парадоксальным образом из существующих более двух десятков его формулировок ни одна не удовлетворяет обязательным для аксиом условиям полноты - эти формулировки описывают разные свойства энтропии как физической переменной. В существующей аксиоматике не учтено, что энтропия одновременно есть мера информации как физической переменной и её выражения в механике в виде действия.
Аксиоматически существование действия-энтропии-информации, главные свойства этой переменной и выбор нуля отсчета
Аксиоматически существование действия-энтропии-информации, главные свойства этой переменной и выбор нуля отсчета
- мера количества информации (мера фазового пространства) в пределах заданных признаков и условий для наиболее вероятного состояния системы из многих элементов (для уровня иерархии k число возможных состояний системы есть Q(k) или вероятности состояний системы - W(k) , а множитель K(k) - адиабатический инвариант данного иерархического уровня системы - единица измерения энтропии-информации с размерностью действия). Физическая система, не содержащая информации о себе самой, не может реализоваться. II. Действие-энтропия-информация есть характеристика максимума вероятности состояния системы, которая нормирована по отношению к энергии и к числу элементов системы, что определяет её как мнимую составляющую действия-энтропии-информации в виде функции комплексного переменного.
Действие-энтропию-информацию порождает процесс синтеза информации - запоминание случайного выбора, в котором
Действие-энтропию-информацию порождает процесс синтеза информации - запоминание случайного выбора, в котором
2. Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не
2. Первое начало термодинамики, выражая закон сохранения и превращения энергии, не
Появление второго начала термодинамики связано с необходимостью дать ответ на вопрос, какие процессы в природе возможны, а какие нет. Второе начало термодинамики определяет направление протекания термодинамических процессов.
Используя понятие энтропии и неравенство Клаузиуса , второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.
Можно дать более краткую формулировку второго начала термодинамики: в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает. Здесь существенно, что речь идёт о замкнутых системах, так как в незамкнутых системах энтропия может вести себя любым образом (убывать, возрастать, оставаться постоянной).
Кроме того, отметим ещё раз, что энтропия остаётся постоянной в замкнутой
Кроме того, отметим ещё раз, что энтропия остаётся постоянной в замкнутой
Формула Больцмана (S=kln W) позволяет объяснить постулируемое вторым началом термодинамики возрастание энтропии в замкнутой системе при необратимых процессах: возрастание энтропии означает переход системы из менее вероятных в более вероятные состояния. Таким образом, формула Больцмана позволяет дать статистическое толкование второго начала термодинамики. Оно, являясь статистическим законом, описывает закономерности хаотического движения большого числа частиц, составляющих замкнутую систему.
Укажем еще две формулировки второго начала термодинамики:
1) по Кельвину: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу;
2) по Клаузиусу: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому.
Можно довольно просто доказать эквивалентность формулировок Кельвина и Клаузиуса. Кроме того, показано, что если в замкнутой системе провести воображаемый процесс, противоречащий второму началу термодинамики в формулировке Клаузиуса, то он сопровождается уменьшением энтропии. Это
же доказывает эквивалентность формулировки Клаузиуса (а следовательно, и Кельвина) и статистической формулировки, согласно которой энтропия замкнутой системы может убывать.
3. Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства -
3. Открытие третьего начала термодинамики связано с нахождением химического средства -
В результате этих исследований и было сформулировано третье начало термодинамики : по мере приближения температуры к 0 К энтропия всякой равновесной системы при изотермических процессах перестает зависить от каких-либо термодинамических параметров состояния и в пределе ( Т= 0 К) принимает одну и туже для всех систем универсальную постоянную величину , которую можно принять равной нулю .
Общность этого утверждения состоит в том , что , во-первых , оно относится к любой равновесной системе и , во-вторых , что при Т стремящемуся к 0 К энтропия не зависит от значения любого параметра системы. Таким образом по третьему началу,
lin [ S (T,X2) - S (T,X1) ] = 0 (1.12) или lim [ dS/dX ]T = 0 при Т ( 0 (1.13)
где Х - любой термодинамический параметр (аi или Аi).
Предельно значение энтропии
где Х - любой термодинамический параметр (аi или Аi).
Предельно значение энтропии
4. Поведение реального газа можно описать с высокой точностью с помощью
4. Поведение реального газа можно описать с высокой точностью с помощью
по степеням 1/V:
Коэффициенты B2, B3, ... (которые зависят от температуры и природы рассматриваемого газа, но не зависят от плотности и давления) называются соответственно вторым, третьим, ... вириальными коэффициентами. Первый вириальный коэффициент равен 1. Второй вириальный коэффициент обычно более важен, чем последующие, поскольку для большинства случаев B2 /Vm >> B3 /V2m >> ... .
Уравнение состояния в виде бесконечного ряда (1.15) было предложено Тиссеном в 1885 г. Однако основное развитие вириальное уравнение получило в 1901 г. в работе Камерлинг-Оннеса, который рассмотрел несколько вариантов этого уравнения и предложил называть его коэффициенты вириальными.
Если подходить в вириальному уравнению только как к эмпирическому уравнению состояния,
Если подходить в вириальному уравнению только как к эмпирическому уравнению состояния,
Для некоторых целей вириальное уравнение удобнее записать в виде разложения по степеням p:
pVm = RT (1 + B2'p + B3'p2 + ...) (1.16)
Таким образом, вириальное уравнение является примером того, когда простое выражение (в данном случае pVm = RT) представляет собой только первый член ряда разложения по степеням переменной (в данном случае p или Vm).
5. Молекулы в жидкостях находятся близко друг к другу, примерно
5. Молекулы в жидкостях находятся близко друг к другу, примерно
Для воды, например, он равен около 11000 атм. Удельный объем жидкостей в тысячи раз меньше чем газов, следовательно, отношение
в жидкостях в миллионы раз больше, чем в газах. Поэтому можно пренебречь внешним давлением, и уравнение Ван-дер-Ваальса примет вид
Большой величиной молекулярного давления объясняется ничтожно малая сжимаемость жидкостей. Это сразу видно из уравнения кривой Ван-дер-Ваальса.
Коэффициент сжимаемости c жидкости – относительное изменение объема dV при изменении
Коэффициент сжимаемости c жидкости – относительное изменение объема dV при изменении
Опыт показывает, что коэффициент сжимаемости большинства жидкостей лежит в пределах от 10-4 до 10-5
.
Коэффициент сжимаемости жидкости зависит от давления. Он возрастает с повышением температуры. К этому результату можно прийти и опытным путем и исходя из уравнения Ван-дер-Ваальса. Поскольку это уравнение связывает температуру, объем и давление, то из него можно вычислить величину
При расчете необходимо учитывать, что постоянные a и b на самом
При расчете необходимо учитывать, что постоянные a и b на самом
где A – некоторая функция, возрастающая с температурой, p – внешнее давление и pT – давление, связанное с силами Ван-дер-Ваальса (a/V2) при температуре T. Эта формула показывает, что коэффициент сжимаемости растет с повышением температуры и уменьшается с ростом давления.
Лекция7
Вопросы: 1. Электростатика.
2. Потенциал электрического поля.
3. Проводники
Лекция7
Вопросы: 1. Электростатика.
2. Потенциал электрического поля.
3. Проводники
1. В электростатике рассматриваются явления, связанные с покоящимися электрическими зарядами. Наличие сил, действующих между такими зарядами, было отмечено еще во времена Гомера. Слово «электричество» происходит от греческого elektron (янтарь), поскольку первые описанные в истории наблюдения электризации трением связаны именно с этим материалом. В 1733 Ш.Дюфе (1698–1739) открыл, что существуют электрические заряды двух типов. Заряды одного типа образуются на сургуче, если его натирать шерстяной тканью, заряды другого типа – на стекле, если его натирать шелком. Одинаковые заряды отталкиваются, разные – притягиваются. Заряды разных типов, соединяясь, нейтрализуют друг друга.
2. Вблизи электрических зарядов существует электрическое поле, величина которого в данной
2. Вблизи электрических зарядов существует электрическое поле, величина которого в данной
с диэлектрической проницаемостью ε :
3. Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или его зарядить, то на заряды проводника будет действовать электростатическое поле, в результате чего они начнут вращаться. Перемещение зарядов (ток) продолжается до
тех пор, пока не установиться равновесие распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. В самом деле, если бы поле не было равно нулю,
то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии
то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии
Если во внешнее электростатическое поле внести нейтральный проводник, то свободные заряды (электроны, ионы) будут перемещаться: положительные – по полю, отрицательные – против поля. На одном конце проводника будут скапливаться избыток положительного заряда, на другом – избыток отрицательного. Эти заряда называются индуцированными. Процесс будет проходить до тех пор, пока напряжённость поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряжённости вне проводника – перпендикулярными его поверхности. Таким образом, нейтральный проводник, внесённый в электростатическое поле, разрывает часть линии напряженности; они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных. Индуцированные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.
Лекция 8
Вопросы: 1. Постоянный электрический ток.
2. Работа и мощность тока
1.
Лекция 8
Вопросы: 1. Постоянный электрический ток.
2. Работа и мощность тока
1.
Условия существования электрического тока:
1. Наличие заряженных частиц ( электроны в металлах, положительные и отрицательные заряженные ионы в электролитах и газах, дырки и электроны в полупроводниках).
2. Наличие электрического поля (наличие силы, действующей со стороны поля на эти заряженные частицы).
За направление тока принимается направление, обратное движению электронов: Fk = Eq0=-Ee
2. Работа сил электрического поля (или работа электрического тока) при протекании
2. Работа сил электрического поля (или работа электрического тока) при протекании
Мощность Р электрического тока равна:
Если электрический ток протекает в цепи, где энергия электрического поля превращается только во внутреннюю энергию проводника (и его температура возрастает), то на основании закона сохранения энергии:
Этот закон независимо друг от друга установили опытным путем Дж. Джоуль и X. X. Ленц. Он называется законом Джоуля-Ленца.
Лекция 9
Вопросы: 1. Электрический ток в различных средах
2. Магнитное поле
Лекция 9
Вопросы: 1. Электрический ток в различных средах
2. Магнитное поле
3. Закон Био-Савара-Лапласа
1. Хорошими проводниками, т.е веществами с большим количеством свободных заряженных частиц, являются водные растворы или расплавы электролитов и ионизованный газ – плазма. В вакуумных электронных приборах электрический ток образуют потоки электронов. Коэффициент пропорциональности называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивлению проводника при нагревании на 1 К.
У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается.
Многие металлы при температуре ниже 25 К полностью теряют сопротивление –
Многие металлы при температуре ниже 25 К полностью теряют сопротивление –
Акцепторные примеси создают дырки: образуется проводник р-типа. Свойства p-n перехода используются в полупроводниках для усиления и генерации электрических колебаний.
Термоэлектронная эмиссия – свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны.
На
Термоэлектронная эмиссия – свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны. На
2. Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические
2. Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические
Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нём электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Опыт показывает, что характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный ток.
Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее
Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее
Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным моментом, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля.
Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, выражают с помощью линии магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукции.
До сих пор мы рассматривали макроскопические токи, текущие в проводниках. Однако,
До сих пор мы рассматривали макроскопические токи, текущие в проводниках. Однако,
3. Закон Био-Саваpа-Лапласа в теоpии магнитного поля отвечает на аналогичный вопpос,
3. Закон Био-Саваpа-Лапласа в теоpии магнитного поля отвечает на аналогичный вопpос,
Напpяженность электpического поля, создаваемого заpядом dq, обpатно пpопоp-циональна квадpату pасстояния от
Напpяженность электpического поля, создаваемого заpядом dq, обpатно пpопоp-циональна квадpату pасстояния от
m0/4p коэффициент в СИ, численно pавный 10-7 гн/м.
Лекция 10
Вопросы: 1. Электромагнитная индукция
2. Магнитные поля в веществе
3.
Лекция 10
Вопросы: 1. Электромагнитная индукция
2. Магнитные поля в веществе
3.
1. «Если какой-нибудь заряд переместился из одной точки в другую, то, очевидно, силы, действующие со стороны этого заряда на другие заряды, изменятся. При непрерывном движении заряда эти силы также должны меняться непрерывно; однако, если распространение действия заряда совершается с конечной скоростью, это изменение будет отставать от перемещения заряда, что приводит к значительным усложнениям теории действия электрических сил. Чтобы учесть специфические эффекты, возникающие при наличии движущихся зарядов, вводится дополнительная характеристика, которую мы и назвали индукцией магнитного поля. Введение этой характеристики позволяет существенно упростить всю теорию электрических явлений
и не задумываться о том, что электрическое воздействие распространяется в пространстве
и не задумываться о том, что электрическое воздействие распространяется в пространстве
Т.е. в выражении для силы Лоренца (система СГС) коэффициент с - это скорость распространения изменений (смещений) электрического поля, которые в виде токов смещения сопровождают движение зарядов. Из выражения видно, что если бы изменения поля распространялись мгновенно, то никакой силы Лоренца (релятивистского эффекта) не возникало бы.
«... возникновение магнитного поля является чисто релятивистским эффектом, следствием наличия в природе предельной скорости с, равной скорости света в вакууме. Если бы эта скорость была бесконечной (соответственно и скорость распространения взаимодействий), никакого магнетизма вообще не существовало бы.»
2. Доказанная теорема о циркуляции относится к любому случаю магнитного поля
2. Доказанная теорема о циркуляции относится к любому случаю магнитного поля
Пусть пpоводник с током помещен в магнетик (pис. 3.30). Магнетик может быть неодноpодным и иметь гpаницы (мы pассматpиваем общий случай). Какова циpкуляция вектоpа индукции магнитного поля по контуpу L? Она пpопоpциональна сумме токов, сцепленных с контуpом. Кpоме тока J нужно учесть связанные токи молекул магнетика. Молекулы мы уподобляем магнитным диполям. Только часть диполей-молекул нанизаны на контуp.
Эти диполи как бы обpазуют некую
тpубку, по повеpхности котоpой течет ток.
Уpавнение для циpкуляции вектоpа
В будет иметь вид:
Втоpой член спpава пpедставляет собой связанный ток, сцепленный с контуpом. Его
Втоpой член спpава пpедставляет собой связанный ток, сцепленный с контуpом. Его
Следовательно, уравнение для циркуляции примет вид:
Здесь учтено, что M сos a dl = Mdl, и что
Здесь учтено, что M сos a dl = Mdl, и что
называется напряженностью магнитного поля. При введении такого понятия теорема о циркуляции сфоpмулиpуется в виде следующего соотношения:
Циркуляция вектора напряженности магнитного поля равна сумме свободных токов, сцепленных с контуром.
Связанные токи, благодаря введению понятия вектора напряженности магнитного поля, не входят явно в уравнение для циркуляции. В этом и следует усматривать смысл введения нового понятия -напряженности магнитного поля. Оно вводится из чисто формальных, расчетных, соображений, из соображений удобства. Никакого физического смысла понятие напряженности магнитного поля не имеет.
Вектор намагниченности М определяется индукцией поля В в магнитике. В изотопных
Вектор намагниченности М определяется индукцией поля В в магнитике. В изотопных
М = cН
(χ > 0 у паpамагнетиков и χ < 0 у диамагнетиков)
Коэффициент пpопоpциональности в этой формуле называется магнитной восприимчивостью. Для паpа- и диамагнетиков он не зависит от Н, и имеет смысл его ввести как самостоятельное понятие.
для вектора В получаем следующее выражение:
Множитель 1+c=m называется магнитной проницаемостью, и полученное соотношение между В и Н переписывается в виде
В = mm0Н (в СИ)
В паpа- и диамагнетиках есть величина постоянная, целиком хаpактеpизующая вещество, и
В паpа- и диамагнетиках есть величина постоянная, целиком хаpактеpизующая вещество, и
B = m(H)m0nJ
В этой формуле зависимость (Н) может быть определена (и не просто!) лишь эмпиpически. Но для вектора Н формула имеет простой вид:
H = nJ
Напряженность магнитного поля равна произведению числа витков, приходящихся на единицу длины соленоида, на силу тока. Таким образом, измерение Н не составляет никакого труда.
В заключение обратим внимание на то, что в электростатике нам пришлось также ввести две хаpактеpистики поля: напряженность и электpическое смещение - Е и D.
D = ee0E.
3. взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое
3. взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое
Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внешними источниками, и собственные Э. к., существующие и без них. В неограниченном пространстве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собственные Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно ограниченные консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или несколько независимых колебаний (мод). Например, между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние l, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами wn = пpс/l, где п — целое число. Собственно моды имеют вид синусоидальных стоячих волн, в которых колебания векторов Е и Н сдвинуты во времени на T/4, а пространственные распределения их амплитуд смещены на l/4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н и наоборот.
В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве,
В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве,
Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры которых значительно меньше длины волны, области, где преобладают электрические или магнитные поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отдельных элементах: Е — в ёмкостях С, Н — в индуктивностях L. Типичный пример такой системы с сосредоточенными параметрами — колебательный контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в системах с распределёнными параметрами L и С, имеющие дискретный спектр собственных частот, могут быть представлены как Э. к. в связанных колебательных контурах (электромагнитных осцилляторах), число которых равно числу мод.
В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряженными частицами
В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряженными частицами
Лекция 11
Вопросы: 1. Цепи переменного тока
2. Уравнение Максвелла
3. Электромагнитные
Лекция 11
Вопросы: 1. Цепи переменного тока
2. Уравнение Максвелла
3. Электромагнитные
4. Основы геометрической оптики
1. Если в цепи переменного тока присутствуют одновременно конденсатор и катушка, то при равенстве емкостного и индуктивного сопротивлений наступает резонанс (условие резонанса). Резонанс – резкое возрастание амплитуды силы переменного тока при совпадении собственной частоты колебаний в колебательном контуре и частоты внешнего переменного напряжения. Степень возрастания амплитуды силы тока зависит от величины активного сопротивления (R). Явление электрического резонанса используют, например, в радиоприемниках для настройки на частоту принимающей станции.
Закон Ома для цепи переменного тока
Любая реальная цепь переменного тока содержит
Закон Ома для цепи переменного тока
Любая реальная цепь переменного тока содержит
С помощью метода векторных диаграмм можно получить, что полное сопротивление цепи
С помощью метода векторных диаграмм можно получить, что полное сопротивление цепи
Z = (R2 + (XL - Xc)2)1/2.
Рассчитать Z можно также по формуле Z = U/I, причем U = Uc + UL + UR.
Мощность преобразуемой энергии переменного тока определяется по формуле:
P = U*I*cos(f).
Величину cos(f) называют коэффициентом использования мощности (коэффициентом мощности). Для уменьшения тепловых потерь необходимо найти способы уменьшения величины cos(f). Одним из способов является включение в цепь, содержащую электродвигатель, конденсаторов.
2. ЛОРЕНЦА - МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ (Лоренца уравнения), фундаментальные уравнения классической
2. ЛОРЕНЦА - МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ (Лоренца уравнения), фундаментальные уравнения классической
г) изменяющиеся во времени электрические заряды порождают изменяющиеся во времени электрические
г) изменяющиеся во времени электрические заряды порождают изменяющиеся во времени электрические
3. Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея
3. Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея
Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме. Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав
(Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.)
(Когерентные волны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.)
Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле — сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым
Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных колебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.
При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют
При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют
4. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической
4. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что законпрямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Таким образом, геометрическая оптика, опирающаяся на представление о световых лучах, есть предельный случай волновой оптики при λ → 0.
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом (1621 г.).
Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.
Лекция 12
Вопросы: 1. Интерференция и дифракция света
2. Поляризация, рассеяние, дисперсия
Лекция 12
Вопросы: 1. Интерференция и дифракция света
2. Поляризация, рассеяние, дисперсия
3. Теория относительности
1. Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.
Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И.
Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И.
Рисунок 1
Наблюдение колец Ньютона. Интерференция возникает при сложении волн, отразившихся от двух сторон воздушной прослойки. «Лучи» 1 и 2 – направления распространения волн; h – толщина воздушного зазора
Рисунок 2.
Кольца Ньютона в зеленом и красном свете.
Исторически первым
Рисунок 2.
Кольца Ньютона в зеленом и красном свете.
Исторически первым
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при
Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн.
Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых
Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых
и
– нормали
2. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены,
2. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены,
Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны, называется плоскостью поляризации. Плоскополяризованный свет является предельным случем эллиптически поляризованного света – света, для которого вектор Е (вектор Н) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается в прямую (при разности фаз ϕ, равной нулю илиπ), то имеем дело с плоскополяризованным светом, если в окружность (при ϕ=±π/2 и равенстве амплитуд складываемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кругу) светом.
Степенью поляризации
называется величина:
Сфокусировав пучок света с неоднородной поляризацией можно получить область продольно поляризованного
Сфокусировав пучок света с неоднородной поляризацией можно получить область продольно поляризованного
3. Парадокс близнецов
Теория относительности утверждает, что если что-либо (или кто-либо)
3. Парадокс близнецов
Теория относительности утверждает, что если что-либо (или кто-либо)
Это означает, что мы можем взять двух братьев-близнецов - Ваню и Васю.
Одного (Ваню) оставить на Земле.
Другого (Васю) отослать в межзвездное путешествие на космическом корабле с околосветовой скоростью.
И если, по возвращении Васи, посмотреть на братьев вдвоем, то мы увидим, что Вася младше Вани, так как время у первого на корабле текло медленнее.
Хоть описываемые события и весьма необычны и многие люди перестают верить в них уже на этом месте, тем не менее пока парадокса нет. Действительно, теория относительности утверждает именно такой результат, более того, фактически подобные эксперименты проводились, правда не с людьми, а элементарными частицами, и все случалось именно так, как предсказывает теория.
Но, повторяю, это пока никакой не парадокс, а просто невероятное предсказание.
Парадокс
Но, повторяю, это пока никакой не парадокс, а просто невероятное предсказание.
Парадокс
Решение парадокса
Парадокс настоящий. Он действительно говорит об ошибках в теории, по крайней мере, в той ее версии, которую я вкратце изложил в этой статье.
На самом деле, теория относительности не утверждает, что "все относительно". Во-вторых, она не утверждает, что в движущемся космическом корабле время течет медленнее.
Как же так? А вот так! Теория относительности утверждает кое-что похожее на это, но не в точности то же самое.
Во-первых, теория относительности утверждает, что равноправны не все точки зрения, а
Во-первых, теория относительности утверждает, что равноправны не все точки зрения, а
Когда движение становится неравномерным, появляются повороты или ускорения - равноправие исчезает. Действительно, если находясь за рулем нажать газ, то прижмет к спинке только тех, кто внутри машины, а те, кто снаружи ничего такого не заметят.
Итак, равномерное движение относительно. Неравномерное движение - не относительно.
Поэтому точки зрения двух братьев не равноправны, ведь Вася обязан развернуться, чтобы встретится с Ваней, и логическая цепочка в изложении парадокса оказывается не правомочной. То есть, если все правильно рассмотреть, то парадокс перестает быть парадоксом, а становится обычным недоразумением.
Но пока еще не все стало ясно. Действительно, парадокс оказался недоразумением,
Но пока еще не все стало ясно. Действительно, парадокс оказался недоразумением,
Поэтому переходим к "во-вторых". Во-вторых, теория относительности не утверждает, что в движущемся корабле время течет медленнее. Она утверждает, что с точки зрения инерциальной системы отсчета, собственное время движущегося объекта течет медленнее.
Инерциальной системой отсчета является Ваня. А движущимся объектом - Вася. Теория относительности утверждает, что с Ваниной точки зрения Вася состарится меньше. Поэтому вывод о том, что Вася будет младше - соответствует теории.
Что же будет с точки зрения Васи? Васина система отсчета инерциальной не является, так как Вася движется с ускорением и разворачивается, чтобы вернуться на Землю. Законы природы с точки зрения Васи непривычны, среди них есть такие, как, например, силы инерции, придавливающие его к сиденью во время разворота.
Законы природы в присутствии сил инерции описываются отдельной частью теории относительности, называемой общей теорией относительности. Эта теория описывает также и гравитацию.
На этом рисунке изображены точки зрения обоих братьев в системах координат.
На этом рисунке изображены точки зрения обоих братьев в системах координат.
Оси Ваниной системы координат обозначены черным цветом. B - точка разворота Васи. Мировая линия Вани - AC, мировая линия Васи - ABC, они обе обозначены серым цветом. "Тикание" часов обозначено делениями на серых линиях. Видно, что делений на Васиной линии меньше, что означает, что он в конечном итоге оказывается младше.
Чтобы лучше понять смысл изображенных вещей, посмотрите на них в движении.
Наше "сейчас" - это всего-лишь срез четырехмерного пространства-времени. Он изображен белой линией. По мере того, как течет время, график движется вниз, но каждый из братьев остается на своей мировой линии. Получается, что Ваня (левый циферблат) стоит на месте, а Вася (правый циферблат) летает туда и обратно.
Эта анимация сделана с точки зрения Вани и видно, что правый циферблат катится всегда медленнее.
Теперь снова вернемся к неподвижному рисунку.
На нем изображена и точка зрения Васи.
Его оси координат меняются, в зависимости от того, туда или обратно он летит. Изменение происходит в точке разворота. Когда Вася летит туда, его точка зрения описывается зелеными осями координат, а когда обратно - красными.
Видите, что оси координат как бы перекошены? Этот перекос рассчитан в
Видите, что оси координат как бы перекошены? Этот перекос рассчитан в
Эти процессы изображены на следующей анимации. Обратите внимание, что мгновенный разворот невозможен, поэтому его не стоило рисовать. Однако проще нарисовать именно мгновенный разворот. Поэтому я нарисовал мгновенный разворот, но растянул для зрителя происходящие при нем эффекты.
На этой анимации видно, что перекошенные оси координат с точки зрения Васи перекошенными не являются - ведь это его собственные оси, они ему кажутся нормальными.
Кроме того видно, что пока Вася движется равномерно, он видит, что медленнее идут Ванины (!) часы, а его - быстрее. То есть, на участках равномерного движения мы имеем полную относительность: с Васиной точки зрения отстают Ванины часы, а с Ваниной - Васины.
В момент же разворота происходит "чудо": Ванины часы намного нагоняют отставание и это приводит к тому, что при встрече братьев результат (Ваня старше Васи) становится одинаков с обоих точек зрения!
Итоги
Итак, мы выяснили следующее:
парадокс близнецов - это недоразумение, происходящее из неверного
Итоги
Итак, мы выяснили следующее:
парадокс близнецов - это недоразумение, происходящее из неверного
используя простое утверждение, что в движении время течет медленнее, можно получить правильный результат только с Ваниной точки зрения;
результат с Васиной точки зрения описывается более сложным разделом теории относительности - общей теорией относительности;
было наглядно показано, что наиболее интересный момент с точки зрения Васи происходит в момент разворота, когда его часы шли медленнее Ваниных (вообще стояли).
Лекция 13
Вопросы: 1. Квантовая теория излучения
2. Теория строения атома
1. Объемная
Лекция 13
Вопросы: 1. Квантовая теория излучения
2. Теория строения атома
1. Объемная
Здесь функция определяет объемную плотность энергии излучения, приходящуюся на единичный интервал
Здесь функция определяет объемную плотность энергии излучения, приходящуюся на единичный интервал
Очевидно, что спектральная плотность энергии теплового излучения связана с испускательной способностью абсолютно черного тела, находящегося в равновесии с этим излучением. Эту связь можно установить, рассмотрев излучение вблизи элементарной площадки , выделенной на поверхности абсолютно черного тела (рис. 13.1).
Тепловое излучение в любой точке пространства вблизи выделенной площадки равномерно распределено по всевозможным направлениям в пределах телесного угла . Поэтому плотность энергии излучения, приходящегося на телесный угол , то есть падающего на площадку под углом к ее нормали, можно записать в виде
Рис. 13.1.
Рис. 13.1.
Но, если излучение с такой плотностью энергии, распространяясь со скоростью света
Но, если излучение с такой плотностью энергии, распространяясь со скоростью света
Суммируя энергии излучения, падающего под всевозможными углами, находим полный поток энергии излучения, падающего на единицу поверхности в единицу времени:
В состоянии термодинамического равновесия такой же поток должен излучаться с единицы
В состоянии термодинамического равновесия такой же поток должен излучаться с единицы
Проведенные выше выкладки справедливы и для каждой спектральной составляющей излучения на частоте . Поэтому аналогичным соотношением связаны спектральная испускательная способность абсолютно черного тела и спектральная объемная плотность энергии равновесного теплового излучения :
2. Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще
2. Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще
На основании исследований Фарадея можно было сделать вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов.
Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.
Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к
Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к
В 1896 году А. БеккерельВ 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью. В последующие годы явление радиоактивности изучалось многими учеными (М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, Э. Резерфорд и др.). Было обнаружено, что атомы радиоактивных веществ испускают три вида излучений различной физической природы (альфа-, бета- и гамма-лучи). Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия. Бета-лучи – потоком электронов, а гамма-лучи – потоком квантов жесткого рентгеновского излучения.
В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.
Таким образом, на основании всех известных к началу XX века экспериментальных фактов можно было сделать вывод о том, что атомы вещества имеют сложное внутреннее строение. Они представляют собой электронейтральные системы, причем носителями отрицательного заряда атомов являются легкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов. Основная часть массы атомов связана с положительным зарядом.
Лекция 14
Вопросы: 1. Элементы квантовой механики
2. Атом водорода в квантовой
Лекция 14
Вопросы: 1. Элементы квантовой механики
2. Атом водорода в квантовой
1.
В настоящее время развитие вычислительной техники проходит, в основном, в двух направлениях:
1. развитие и усовершенствование схематических решений средств ВТ
2. усовершенствование архитектурных решений ВТ
Одним из основных показателей качества средств ВТ является производительность (быстродействие) вычислительной системы. Необходимо отметить, что основной резерв повышения производительности в настоящее время следует искать в развитии второго направления, однако, это нисколько не означает, что первое направление, как утверждают некоторые авторы, себя исчерпало.
Развитие компьютерной электроники неразрывно связано (определяется) с достижениями в области микроэлектроники.
Развитие компьютерной электроники неразрывно связано (определяется) с достижениями в области микроэлектроники.
Основным компонентом ИС являются полупроводниковые приборы, параметры которых в основном определяют параметры ИС и, следовательно, при одинаковых архитектурных решениях ЭВМ и её параметры (в том числе и производительность).
Физические процессы, протекающие в полупроводниковых приборах невозможно объяснить не прибегая к основным положениям квантовой механики и физики твёрдого тела. Из курса физики известна двойственная природа света (волновая и корпускулярная).
Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит
Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит
Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.
Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. РезерфордомПервые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности.
Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и
Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и
От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.
Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад.
Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает
Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает
Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на α-частицу по закону Кулона, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром.
Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10–14–10–15 м. Это ядро занимает только 10–12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать колоссальную плотность порядка ρ ≈ 1015 г/см3. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева.
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом в развитии
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом в развитии
Планетарная модель атома Резерфорда. Показаны круговые орбиты четырех электронов.
Планетарная модель атома Резерфорда. Показаны круговые орбиты четырех электронов.
Квантовые постулаты Бора
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, – это попытка
Квантовые постулаты Бора
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, – это попытка
Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома сделал в 1913 году выдающийся датский физик Н. Бор. Проанализировав всю совокупность опытных фактов, Бор пришел к выводу, что при описании поведения атомных систем следует отказаться от многих представлений классической физики. Он сформулировал постулаты, которым должна удовлетворять новая теория о строении атомов.
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится
Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится
Второй постулат Бора (правило частот) формулируется следующим образом: при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:
где h – постоянная Планка. Отсюда можно выразить частоту излучения:
Теория Бора не отвергла полностью законы классической физики при описании поведения
Теория Бора не отвергла полностью законы классической физики при описании поведения
Энергетические уровни атома и условное изображение процессов поглощения и испускания фотонов.
Лекция 15
Вопросы: 1. Радиоактивность
2.Ядерные реакции
1. Радиоактивность (от лат. radio
Лекция 15
Вопросы: 1. Радиоактивность
2.Ядерные реакции
1. Радиоактивность (от лат. radio
Первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, например a-частиц, протонов
Первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, например a-частиц, протонов
Р. следует отличать от превращений составных ядер, образующихся в процессе ядерных реакций в результате поглощения ядром-мишенью падающей на него ядерной частицы. Время жизни такого ядра значительно превышает время пролёта падающей частицей расстояния порядка ядерных размеров (10-21-10-22 сек) и может достигать 10-13-10-14 сек. Поэтому условно нижней границей продолжительности жизни радиоактивных ядер считается время порядка 10-12 сек.
Типы радиоактивных превращений.
Все известные виды Р. можно разделить на две группы: элементарные (одноступенчатые)
Все известные виды Р. можно разделить на две группы: элементарные (одноступенчатые)
К двухступенчатым радиоактивным превращениям относят процессы испускания т. н. запаздывающих частиц: протонов, нейтронов, a-частиц, ядер трития и 3He, а также запаздывающее спонтанное деление. Запаздывающие процессы включают в себя b-распад как предварительную стадию, обеспечивающую задержку последующего, мгновенного испускания ядерных частиц. Т. о., в случае двухступенчатых процессов критерий Р. относительно времени жизни удовлетворяется только для первой стадии, благодаря её осуществлению за счёт слабых взаимодействий.
2. Наряду с механизмом ядерной реакции, идущей через составное ядро, когда
2. Наряду с механизмом ядерной реакции, идущей через составное ядро, когда