Концепции современного естествознания 2 4 (стр. 8 из 15)
2. Электромагнитное взаимодействие обусловлено существование в природе электрических зарядов. Из-за этого взаимодействия существуют атомы и молекулы (притяжение электронов и протонов, химические связи), силы трения, упругости, поверхностного натяжения жидкости и т.д. Они действуют на любом расстоянии, но они во много раз сильнее гравитационных сил. Переносчиками являются фотоны, имеющие нулевую массу покоя и приобретающие ее при движении со скоростью света. Они фиксируются приборами, как и электромагнитные волны, причем, различаются длиной волны и частотой.
Использование электромагнитных волн в жизни человека: Электромагнитные волны являются фундаментом современной техники (электродвигатели, генераторы, нагреватели, микроволновые приборы, свет, телефон, телеграф, телевидение, лазеры, компьютеры, телескопы, микроскопы, все носители информации).
3. Сильное взаимодействие обеспечивает существование нуклонов и вообще существование атомных ядер, поэтому расстояние, на котором они проявляются, очень мало – не более 10-15 м. Переносчиком взаимодействие (склеивание кварков в нуклоны) являются глюоны, которые были открыты с появлением ускорителей. Это взаимодействие связано с ядерными силами. Сильные взаимодействия являются самыми сильными среди всех фундаментальных взаимодействий. Благодаря им ядро атома чрезвычайно устойчиво.
4. Слабое взаимодействие проявляется в процесса распада нестабильных атомных ядер (в основном – в в-распадах). Переносчиками этого взаимодействия являются вионы, обнаруженные в 1983 году. Вионы имеют массу в 100 раз больше протона и нейтрона, а радиус действия этих сил составляет примерно 10-18 м. Действуют они в центре атомного ядра. Благодаря этому взаимодействию возможны термоядерные реакции и образование атомных ядер в недрах звезд (звездный нуклеосинтез). Взаимопревращение нейтронов и протонов, переход между кварками в нуклонах.
Характеристики фундаментальных взаимодействий.
| Вид взаимодействия | Относительная энергия взаимодействия | Радиус действия | Переносчики взаимодействия |
| 1. Сильное | 1 | 10-15 м | Глюоны |
| 2. Электромагнитное | 10-2 | ∞ | Фотоны |
| 3. Слабое | 10-5 | 10-18 м | Вионы |
| 4. Гравитационное | 10-39 | ∞ | Гравитоны |
Одна из важнейших задач современной фундаментальной физики – создание единой теории всех фундаментальных взаимодействий, единой теории поля. Первая попытка создания такой теории была предпринята Теодором Колуци. Он написал письмо Эйнштейну о том, что можно в его расчетах представить не четырехмерное, а пятимерное пространство и таким образом объединить тяготение и электромагнитное взаимодействие. Сильное и слабое взаимодействие в то время еще не были известны. Но он не смог представить точных расчетов, поэтому Эйнштейн отнесся с его письму скептически. В 1970-е гг. появилась Теория Великого Объединения (ТВО), или Теория Супергравитации. В конце 60-х гг. Людвиг Бартини, советский авиаконструктор сказал, что все фундаментальные взаимодействия можно объединить при наличии шестимерного измерения. В начале 80-х гг. предложили 11 измерений, а после фундаментальные разработки включали 26 измерений. Четыре основных измерения – Эйнштейна, остальные были названы квантовыми измерениями. Попытки эти обусловлены тем, что в трех измерениях объединить все фундаментальные взаимодействия невозможно. В конце 80-х гг. российские ученые разработали теорию объединения электромагнитного и слабого взаимодействия. Электрослабое взаимодействие (электромагнитное + слабое) наблюдается в ускорителях при E=100 ГэВ и Т=1012К. Электрослабое взаимодействие проявляется при взаимодействии протонов в ускорителе при данных энергиях. В природе такие энергии возможны при сверхплотных состояниях вещества (чёрные дыры и взрывные расширения при взрывах ядер галактик). Теоретики предсказывают, что объединение электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий будет наблюдаться при энергии Е=1015 эВ, а объединение электромагнитного, слабого, сильного и гравитационного при Е=1019 эВ. Таких энергий пока не было зафиксировано нигде во Вселенной.
В момент Большого Взрыва во вселенной было одно фундаментальное взаимодействие, а четыре появилось при расширении и охлаждении вселенной. Суперсила - объединение всех четырех взаимодействий. Овладев суперсилой, мы сможем менять структуру пространства и времени. Идёт речь о перемещении в пространстве на расстояния, сравнимые с расстояниями между галактиками.
Тема № 10. Состояния
В 1932 году была предложена протонно-нейтронная модель Иваненко-Гейзенберга.
Ядра с одинаковым зарядом и разной массой называются изотопами.
75% 25% природного хлора.
Ядра с одинаковыми массовыми числами, но разными зарядами называются изобарами.
ДE=Дmc2
В ядро атома и его пространство входит около 350 частиц, которые известны на данный момент.
Шя≈10-15 м.
Все они – маленькие вращающиеся «волчки» и все имеют момент количества движения.
Элементарные частицы.
Кварк – «непонятный».
У каждой частицы есть античастица. Отличаются они зарядом или магнитным моментом.
В 1928-м году Поль Дирак предсказал античастицы.
в++e-↔2г+Q
Если взят 1 грамм электронов и позитронов, то выход энергии будет соответствовать взрыву в 10 килотонн тротила.
Характеристики микрочастиц: масса, заряд, спин, время жизни.
Время жизни стабильной частицы - ф≥1020 лет. Tполураспада протона=1032 лет.
Протон, электрон и фотон являются среднеживущими – от минут до 10-18 секунды.
Свободный нейтрон – 10-15 минут.
Кроткоживущие – от 10-18 10-24 с (резонансы, или виртуальные частицы).
В настоящее время выделено 12 фундаментальных частиц и столько же античастиц, из которых состоит весь мир. Это 6 кварков и 6 лептонов( электрон, мюон, Тау-лептон, нe, нм, нф).
Модели ядра.
1. Оболочечная
2. Оптическая
3. Капельная
1. Ядро как оболочка атома. Нуклоны находятся по оболочкам атомного ядра. Принцип Паули для нуклонов – на одной орбите не может быть двух нуклонов с одним и тем же спином. Эта модель хорошо описывает ядра легких атомов.
2. Оптическая модель подходит для описания средних и тяжелых ядер. На ядро налетают частицы, обладающие корпускулярно-волновым дуализмом, и, если длины волн равны, наблюдаются дифракция и интерференция.
3. Подходит для описания тяжелых ядер. Хорошо описывает естественную радиоактивность. Все элементы, начиная с висмута, радиоактивны. Сравнение с каплями жидкости: Плотность жидкости при одной температуре и давлении постоянна и не зависит от числа молекул. То же самое, плотность ядерного вещества постоянна и не зависит от числа нуклонов в ядре. Нуклон, находящиеся на границе ядра, испытывают силы, втягивающие их внутрь ядра, следовательно, равнодействующая сил на границе не равно нулю. Отличие: Нуклоны обладают волновыми свойствами и имеют заряд.
Тема № 11. Химические процессы, реакционная способность веществ
Законы показывают переходы теплоты в работу. Изобретение паровых машин подтолкнуло развитие термодинамики. В 1848 году Джоуль впервые рассчитал эквивалент теплоты и работы 1 кал=4,187 Дж.
Термодинамическая система – это система, состоящая из большого числа частиц, взаимодействующих между собой. Термодинамические системы могут быть:
· Изолированными (замкнутыми) – это те системы, которые не сообщаются с окружающей средой ни работой, ни теплом, ни веществом, ни информацией. Другое название – равновесные.
· Открытые – сообщающиеся с окружающей средой. Открытые системы не изучаются классической термодинамикой.
Для замкнутых систем можно было применить наиболее простые расчётные уравнения, которые в некотором приближении подходили к описанию работы двигателей и тепловых машин. Параметры термодинамической системы: объем(V), работа(A), давление(P), температура(T), теплота(Q), внутренняя энергия тела(U).
Т является производной от энергии. Запас энергии всегда положителен, так как нельзя прекратить тепловое движение молекул, даже при Т=0 К остаются колебательные и вращательные движения.
Q – одна из форм энергии, определенное количество энергии, получаемое или передаваемое системой.
А определяется силой действия на систему. А=F·S, A=PДV.
U включает в себя запас энергии атомов, молекул, электронов…
U=Uпоступ движ молек+Uядер+Ue+…
Без учёта Ек и Еп системы в целом!