Концепции современного естествознания 2 4 (стр. 6 из 15)

b – учитывает собственный объём молекул.

a и b можно определить только экспериментально.

Межмолекулярное взаимодействие электрически нейтральных молекул любого агрегатного состояния.

Точно так же выглядит график зависимости потенциальной энергии взаимодействия от расстояния между молекулами.

При приближении молекулы действуют две силы – притяжения и отталкивания.

r=r0	Fприт=Fотт
r>r0	Fприт>Fотт
r<r0	Fприт<Fотт

Если Eкин движ>>Епотенц взаимод, то это газообразное состояние вещества.

Если Eкин движ<<Епотенц взаимод, то это твердое состояние вещества.

Если Eкин движ≈Епотенц взаимод, то это жидкое состояние вещества.

Существуют четыре агрегатных состояния вещества. При переходы из одного состояния в другое могут наблюдаться фазовые переходы двух видов.

· Фазовые переходы первого (I) рода – когда в узком интервале температур скачком изменяется давление, плотность или объем.

· Фазовый переход второго (II) рода – это изменение порядка расположения атомов и молекул в кристаллических решетках. При таком переходе резко изменяется плотность. Например, превращение белого олова в серое при -14°С, и кристаллическая решетка из тетраэдров становится кубами.

Четвертое состояние вещества – плазма. Плазма – это ионизированный квазинейтральный газ, занимающий настолько большой объем, что в нем не происходит сколько-нибудь заметного нарушения нейтральности

Атом делится на электроны и положительные ионы. В зависимости от степени Ионизации газа различают:

1. Слабо ионизированную (низкотемпературную) плазму, б составляет доли процента, температура 1000-2000°С.

2. Умеренно ионизированную, б состоавляет несколько процентов, температура 5000-7000°С.

3. Сильно ионизированную (высокотемпературную), б=100%, температура 10000°С и выше.

Ионосфера представляет собой слабо ионизированную плазму. От нее отражаются радиоволны. В космическом пространстве плазма – это наиболее распространенное состояние вещества (все звезды, в которых идут термоядерные реакции, а таких большинство). В лабораторных условиях плазма образуется в различных формах газовых разрядов.

Основное применение молекулярно-кинетической теории:

1. Для разработки криогенной и вакуумной техники.

2. В космонавтике.

3. Исследование сверхпроводимости металлов.

4. Исследование нейтронных полей в ускорителях и ядерных реакторах (термоядерный синтез).

Тема № 8. Пространство, время. Принципы относительности. Принципы симметрии. Законы сохранения

Уравнения Максвелла.

В 1873 году Джеймс Максвелл опубликовал первый трактат, в котором впервые систематизировал все фундаментальные уравнения по электричеству и магнетизму. Но он был чистым теоретиком, и никогда не участвовал в экспериментах. В своей работе он обобщил закон Кулона по электростатике, теорему Гаусса (Постоянное магнитное поле не возбуждает электрическое поле, так как магнитных зарядов не существует), закон электромагнитной индукции Фарадея (Переменное магнитное поле порождает электрическое поле), уравнение Лапласа (Проводник с током создает вокруг себя магнитное поле).

Выводы из теории Максвелла:

1.Источник электрического поля – это постоянные электрические заряды, переменные магнитные поля (изменяющиеся во времени).

2.Источником магнитного поля являются движущиеся электрические заряды и переменные электрические поля.

3.Переменное магнитное поле возбуждает электрическое, а переменное электрическое поле возбуждает магнитное.

Переменные электрические и магнитные поля – это проявление единого электромагнитного поля, которое нужно рассматривать как вид материи. Электромагнитное поле обладает импульсом, энергией, а значит, должно обладать и массой, вывод о чем был сделан Максвелл, а доказано это было гораздо позже. Электромагнитное поле способно существовать в отсутствии электрических зарядов, и изменение его состояния носит волновой характер. То есть, электромагнитное поле – это электромагнитная волна, и для нее Максвелл вывел константу – скорость света в вакууме, скорость распространения электромагнитной волны в вакууме. Был сделан вывод, что свет – это электромагнитная волна.

Позже, в 1887 году Герц доказал это экспериментально.

Исходя из уравнения Максвелла, электромагнитные волны могут распространяться в любой среде (в отличие от классической механики) – жидкой, твердой, кристаллической, газообразной, вакууме.

с – скорость света

v – скорость распространения в среде

e - диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз напряженность электрического поля в вакууме больше напряженности в данной среде.

m - магнитная проницаемость среды, показывает, во сколько раз магнитная индукция в среде больше или меньше магнитной индукции в вакууме.

- показатель преломления среды.

- уравнение, связывающее электричество, магнетизм и оптику.

Свет – это электромагнитная плоская поперечная волна. Свет проявляет следующие волновые свойства: дифракция, интерференция, дисперсия (зависимость показателя преломления от частоты света), поляризация.

Поляризация – свойство волны распределяться в изотропной среде. Если на пути поставить кристалл (например, турмалин), то идет поляризация («вырезается» часть волны, идущая в одной плоскости).

Поляризаторами являются, например, аминокислоты (левовращающие оптические изомеры), глюкозы (правовращающие). Все природные вещества оптически активны!

Усвояемость витаминов (искусственных) составляет 10-15%, и они не являются оптически активными.

Корпускулярные свойства света – свет имеет массу. Максвелл предположил, что свет имеет массу, так как есть импульс. Экспериментально это доказал в 1902 году русский учёных Лебедев, подтвердивший и обосновавший явление давления света. Он же обосновал космическое давление света (изменение направления хвостов комет под действием солнечного ветра).

Герц в 1887 году доказал, что свет имеет давление – явление фотоэффекта (вырывание электронов из атомов под действием света).

Макс Планк: E=hn- Энергия кванта связана с частотой (цветом).

h=6,62∙10-34 Дж∙с

Эйнштейн назвал квант света фотоном.

E=mc2

E= hn

mc2= hn®

- Масса фотона, движущегося со скоростью света.

p=mc – импульс фотона.

Фотон – это и частица и волна, он обладает корпускулярно-волновым дуализмом, или корпускулярно-волновой двойственностью. Фотон проявляет одновременно два основных свойства материи . Позже было доказано, что это свойство присуще всем микрочастицам (на данный момент открыто более 350).

В 1923 году Луи де Бройль высказал предположение, что электрон обладает корпускулярно-волновым дуализмом.

Для фотона:

Для электрона:

Томсон определил массу электрона: me=9,11∙10-31 кг.

Дэвис и Джермер в 1927 году доказали, что электрон обладает волновыми свойствами – свойствами интерференции и дифракции.

В 1932 году Чедвик выяснил, что протон имеет те же свойства.

Тема № 9. Взаимодействие, близкодействие, дальнодействие

Все модели исходили из того, что атом электронейтрален.

1. Томсон в 1897 году создал первую модель атома.

Ш≈10-10 м

2. Х. Нагаока в 1903 году представил себе расположение электронов в атоме подобно кольцам Сатурна.

3. Резерфорд в 1911 сформулировал планетарную модель атома. Так в центре находится маленькое, но тяжелое ядро, а легкие электроны расположены на достаточно большом расстоянии от него.

1. При вращении электрон излучает энергию и должен упасть на ядро. Вывод: атом является неустойчивым, а на самом деле в настоящее время атом является самой устойчивой из известных систем. В этом и есть первое и главное противоречие, если рассматривать атом с точки зрения классической механики.

2. Должна непрерывно меняться частота, так как вращение равномерно, но у него непрерывный спектр излучения. Такой спектр

дает вещество в твердом и жидком состоянии, на самом деле атом дает спектр

Нильс Бор в 1913 году.

Постулаты:

Электроны в атоме могут двигаться только по определенным стационарным орбитам, и при этом энергия не излучается (Боровская орбита).