Концепции современного естествознания (стр. 2 из 4)
Давление электромагнитного излучения, давление света.
Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке для объяснения поведения хвостов комет при пролете их вблизи Солнца. В 1873 г. Максвелл дал теорию давления света в рамках своей классической электродинамики. Экспериментально световое давление впервые исследовал П.Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов. Главной сложностью было выделить световое давление на фоне радиометрических и конвективных сил (сил, обусловленных разностью температуры окружающего газа с освещённой и неосвещённой стороны). Кроме того поскольку в то время не были разработаны вакуумные насосы, отличные от простых механических, Лебедев не имел возможности проводить свои опыты в условиях даже среднего, по современной классификации, вакуума.
Если на цинковую пластинку падает пучок ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0,2 мкм, то чему равна максимальная кинетическая энергия и максимальная скорость фотоэлектронов? Работа выхода для цинка равна 4 эВ.
Решение
hν=hc/λ=mυ2max/2+φ, (1)
здесь ν — частота излучения, λ — длина волны излучения; h— постоянная Планка, φ — фотоэлектронная работа выхода электронов из фотоэмиттера,vmax— максимальная скорость эмитируемых электронов.
Формулу (1) удобно применять во внесистемных единицах (электронвольтах и микронах).
Формулу ( 1 ) преобразуем для внесистемных единиц (электронвольт и микронов)
hν=hc/λ=1,24/λ, (2)
подставив постоянные в (2) получим:
1,24/λ=2,84*10-12υ2+φ, (3)
Преобразуем (3) относительно <υ> получим:
υ (м/с) = 5,93*105* (1.24/λ-φ )-1/2
подставим значения λ и φ из условия и получим
υ=5,93*105*(1,24/0,2-4)-1/2
υ=8,79*105 м/с
теперь найдем кинетическую энергию:
Eкин= 2,84*10-12υ2
Екин= 2,84*10-12*8,79*105
Екин=2,49*10-6
Ответ: υ=8,79*105 м/с Екин=2,49*10-6
5.7
Дайте представление о химической кинетике
Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.
Как можно ускорить (или замедлить) ход реакции, каково промышленное значение этого?
Увеличивают скорость
Наличие химически активных реагентов
реагентов
Повышение концентрации реагентов
Увеличение поверхности твердых и жидких реагентов
Повышение температуры
Присутствие катализатора
Уменьшают скорость
Наличие химически неактивных
Понижение концентрации реагентов
Уменьшение поверхности твердых и жидких реагентов
Понижение температуры
Присутствие ингибитора
Изменение скорости реакции очень важно для промышленного синтеза химических веществ, так как возможно затормозить «заморозить» протекание той или иной химической реакции на необходимой стадии тем самым избавиться от ненужных веществ и удешевить конечную стоимость продукта. Так же введением катализаторов можно добиться изменения условий протеканий реакции до более дешевого, а так же ускорить время наступления равновесия.
На сколько градусов надо увеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 16 раз? Температурный коэффициент реакции g = 2.
Уравнение Вант-Гоффа:
,где V2— скорость реакции при температуре T2 , V1 — скорость реакции при температуре T1 , γ— температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).Преобразуем уравнене Вант-гоффа:
V2/V1=γ(T2-T1)/10
(T2-T1)/10=log(V2/V1)
(T2-T1)=10 logγ(V2/V1)
Подставив соответствующие значения из условия (V2/V1=16, γ=2), найдем разность температур:
(T2-T1)=10log216
(T2-T1)=40
Ответ: (T2-T1)=40 0С
6.7
Почему нельзя применить классическую механику для описания поведения частиц в микромире?
Классическая механика даёт очень точные результаты в рамках повседневного опыта. Однако её применение ограничено телами, скорости которых много меньше скорости света, а размеры значительно превышают размеры атомов и молекул. Обобщением классической механики на тела, двигающиеся с произвольной скоростью, является релятивистская механика, а на тела, размеры которых сравнимы с атомными — квантовая механика. Квантовая теория поля рассматривает квантовые релятивистские эффекты.
Поясните смысл волновой функции и особенности представления о причинности в квантовой механике. Почему ограничение воздействия на микроуровне имеет смысл фундаментального закона природы?
|Ψ|-мера вероятности положения частицы в пространстве,
|Ψ|2-определяет вероятность того, что частица будет обнаружена в объеме.
Ψ-функция позволяет только предсказать вероятность обнаружения частицы в различных точках пространства. Микропроцессам свойственны не динамические, а статистические закономерности, тем самым в области микромира причинность реализуется через многообразие случайностей и характер причинной связи в микромире отличается от детерминизма классической науки. Классическая наука, стремясь к объективности законов, фактически игнорировала случайность. В ней фигурировали только средние данные, но в реальных процессах всегда происходят случайные флуктуации (отклонения от средних), которыми можно пренебречь лишь в некоторых ситуациях. Динамические теории не могут описывать явления с большими флуктуациями, связь со случайностью сглажена, огрублена. Поэтому статистические законы глубже, чем динамические, а вероятностная причинность оказывается глубже, чем динамическая.
Фундаментальные взаимодействия — качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел, ведь все тела во Вселенной созданы из элементарных частиц и их взаимодействие отражается на более крупных объектах которые состоят из них.
На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного, слабого
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия.
7.7
Какие процессы поддерживают «жизнь» звезд?
Общие условия во внутренних частях звезд известны. Оценивается, что температура в центре должна быть около 10 миллионов кельвинов. Этого достаточно для того, чтобы имели место термоядерные реакции синтеза.
В термоядерных реакциях синтеза легкие элементы превращаются в тяжелые. Окончательные продукты реакции имеют меньшую общую массу, чем исходные ядра. Эта разность масс освобождается как энергия согласно соотношению Эйнштейна E = mc2 .
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, частиц, имеющих общее название нуклоны.
Протон - протонная цепочка.
В звездах с массами порядка солнечной или меньше, энергия производится при помощи протон-протонной (pp) цепочки.
В Солнце 91% энергии производится при помощи рр- цепочки.
Углеродный цикл
При температурах ниже 20 миллионов градусов рр-цепочка является основным механизмом производства энергии. При больших температурах, соответствующим звездам с массами выше 1.5M" , углеродный
(CNO) цикл становится доминирующим, т.к. скорость его реакций очень быстро растет с ростом температуры. В CNO-цикле углерод, кислород и азот действуют как катализаторы.
Тройная α-реакция
Как результат предыдущих реакций, избыток гелия в звездных недрах возрастает. При температуре свыше 108 K гелий может превращаться в углерод в результате тройной α-реакции.
Когда «горение» гелия заканчивается, при более высоких температурах становятся возможными другие реакции, в которых синтезируются более тяжелые элементы, вплоть до железа и никеля. Примерами таких реакций являются различные α реакции, а также кислородное, углеродное и кремниевое «горение».
Альфа реакции.
В процессе гелиевого горения, некоторые из ядер углерода
вступают в реакцию с ядрами гелия, образуя кислород, который в свою очередь вступает в реакцию с ядрами гелия, образуя неон и т.д. Эти реакции достаточно редки и поэтому не играют большой роли как источники звездной энергии.
Производство элементов более тяжелых, чем железо, требует ввода энергии, и поэтому такие элементы не могут производиться термоядерными реакциями. Элементы более тяжелые, чем железо почти исключительно производятся нейтронным захватом во время финальной стадии звездной эволюции.
Все вышеперечисленные процессы являются основными процессами протекающими в недрах звезд в результате которых освобождается не только колоссальное количество энергии, но и синтезируются новые элементы.
Дайте представление об эволюции звезд. Почему существенна величина массы звезды?
Схема эволюции такова. Облако газа и пыли (газопылевой комплекс) сжимается и нагревается, возникающие неоднородности приводят его в состояние гравитационной неустойчивости, и оно распадается на части. Пока фрагмент прозрачен для инфракрасного излучения, температура его внутренних слоев не повышается, сжатие идет ускоренно. С некоторого момента сжатие переходит в адиабатическое, объект становится непрозрачным, давление и температура внутри растут, замедляя сжатие. Так возникает протозвезда.