Шпаргалки на экзамен по физике - файл n1.doc

Шпаргалки на экзамен по физике
скачать (786 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc786kb.20.11.2012 13:01скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
Колебания. Определение и классификация. Гармонические колебания. Скорость и ускорение. Пружинный маятник.

Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесса изменения состояний системы. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.Колебания почти всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму. Колебания различной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно взаимосвязаны c волнами. Поэтому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» преобразования энергии.

Выделение разных видов колебаний зависит от подчёркиваемых свойств колеблющихся систем (осцилляторов).

По физической природе:

Механические (звук, вибрация)

Электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые)

Смешанного типа — комбинации вышеперечисленных.

По характеру взаимодействия с окружающей средой

Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия.

Собственные (или свободные) — колебания при отсутствии внешних сил, когда система, после первоначального воздействия внешней силы, предоставляется самой себе (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие)

Автоколебания — колебания, при которых система имеет запас потенциальной энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример такой системы — механические часы).

Параметрические — колебания, при которых за счет внешнего воздействия происходит изменение какого-либо параметра колебательной системы.

Характеристики

Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы, А(м)

Период — промежуток времени, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), Т (сек)

Частота — число колебаний в единицу времени, (Гц, сек?1).

Период колебаний и частота — обратные величины;

Круговая (циклическая) частота (рад/сек, Гц, сек?1), показывающая число колебаний за 2? единиц времени (изменение фазы колебаний, выраженное в радианах, за секунду времени): Любое колебание может быть представлено как сумма гармонических колебаний. Гармоническое колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина изменяется так: или,где х—значение изменяющейся величины,t — время, А — амплитуда колебаний, ? — циклическая частота колебаний, — полная фаза колебаний, — начальная фаза колебаний.

Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия.

Вынужденные колебания совершаются под воздействием внешней периодической силы.

Пружинный маятник — механическая система, состоящая из пружины с коэффициентом упругости (жёсткостью) k , один конец которой жёстко закреплён, а на втором находится груз массы m. Когда на массивное тело действует упругая сила, возвращающая его в положение равновесия, оно совершает колебания около этого положения.Такое тело называют пружинным маятником. Колебания возникают под действием внешней силы. Колебания, которые продолжаются после того, как внешняя сила перестала действовать, называют свободными. Колебания, обусловленные действием внешней силы, называют вынужденными. При этом сама сила называется вынуждающей.

В простейшем случае пружинный маятник представляет собой движущееся по горизонтальной плоскости твердое тело, прикрепленное пружиной к стене.

Второй закон Ньютона для такой системы при условии отсутствия внешних сил и сил трения имеет вид: . Для того, чтобы свободные колебания совершались по гармоническому закону, необходимо, чтобы сила, стремящаяся возвратить тело в положение равновесия, была пропорциональна смещению тела из положения равновесия и направлена в сторону, противоположную смещению: F (t) = ma (t) = –m ?^2 x (t). В этом соотношении ? – круговая частота гармонических колебаний. Таким свойством обладает упругая сила в пределах применимости закона Гука: Fупр = –kx. Силы любой другой физической природы, удовлетворяющие этому условию, называются квазиупругими. Таким образом, груз некоторой массы m, прикрепленный к пружине жесткости k, второй конец которой закреплен неподвижно, составляют систему, способную в отсутствие трения совершать свободные гармонические колебания. Груз на пружине называют линейным гармоническим осциллятором. Круговая частота ?0 свободных колебаний груза на пружине находится из второго закона Ньютона: ma=-kx=m(w^2_0)x, откуда Частота ?0 называется собственной частотой колебательной системы.

Период T гармонических колебаний груза на пружине равенПри горизонтальном расположении системы пружина–груз сила тяжести, приложенная к грузу, компенсируется силой реакции опоры. Если же груз подвешен на пружине, то сила тяжести направлена по линии движения груза. В положении равновесия пружина растянута на величину x0, равную mg/k, и колебания совершаются около этого нового положения равновесия. Приведенные выше выражения для собственной частоты ?0 и периода колебаний T справедливы и в этом случае. Строгое описание поведения колебательной системы может быть дано, если принять во внимание математическую связь между ускорением тела a и координатой x: ускорение является второй производной координаты тела x по времени t:a(t)=x’’(t), Поэтому второй закон Ньютона для груза на пружине может быть записан в виде ma=mx’’=-kx, или где


Задача о математическом и физическом маятнике.

Математи́ческий ма́ятник — осциллятор, представляющий собой механическую систему, состоящую из материальной точки, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в поле тяжести. Период малых колебаний математического маятника длины l в поле тяжести с ускорением свободного падения g равен T=2пи*(l/g)^1/2 и мало зависит от амплитуды и массы маятника.Плоский математический маятник со стержнем — система с одной степенью свободы. Если же стержень заменить на нерастяжимую нить, то это система с двумя степенями свободы со связью. При малых колебаниях физический маятник колеблется так же, как математический с приведённой длиной. Колебания математического маятника описываются обыкновенным дифференциальным уравнением вида где ? ― положительная константа, определяемая исключительно из параметров маятника. Неизвестная функция x(t) ― это угол отклонения маятника в момент t от нижнего положения равновесия, выраженный в радианах; , где l ― длина подвеса, g ― ускорение свободного падения. Уравнение малых колебаний маятника около нижнего положения равновесия (т. н. гармоническое уравнение) имеет вид: .

Маятник, совершающий малые колебания, движется по синусоиде. Уравнение движения является обыкновенным ДУ второго порядка, для определения закона движения маятника необходимо задать два начальных условия — координату и скорость, из которых определяются две независимых константы: где A — амплитуда колебаний маятника, фи нулевое — начальная фаза колебаний, ? — циклическая частота, которая определяется из уравнения движения. Движение, совершаемое маятником, называется гармоническими колебаниями. Физический маятник — осциллятор, представляющий собой твёрдое тело, совершающее колебания в поле каких-либо сил относительно точки, не являющейся центром масс этого тела, или неподвижной оси, перпендикулярной направлению действия сил и не проходящей через центр масс этого тела. — угол отклонения маятника от равновесия;фи нулевое— начальный угол отклонения маятника;m— масса маятника; h— расстояние от точки подвеса до центра тяжести маятника;r— радиус инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести.g — ускорение свободного падения. Момент инерции относительно оси, проходящей через точку подвеса:I=m(r^2+h^2) Пренебрегая сопротивлением среды, дифференциальное уравнение колебаний физического маятника в поле силы тяжести записывается следующим образом:,Полагая , предыдущее уравнение можно переписать в виде l* (d^2(фи)/dt^2)=-gsin(фи),это аналогично уравнению колебаний математического маятника длиной l-приведённой длиной физического маятника.Центр качания — точка, в которой надо сосредоточить всю массу физического маятника, чтобы его период колебаний не изменился. Теорема Гюйгенса:Если физический маятник подвесить за центр качания, то его период колебаний не изменится, а прежняя точка подвеса сделается новым центром качания. Если амплитуда колебаний мала, то корень в знаменателе эллиптического интеграла приближенно равен единице. Такой интеграл легко берется, и получается .

Собственные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре.

Периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электрическими (электромагнитными) колебаниями. Проще всего электромагнитные колебания изучать на примере простейшей цепи, состоящей из конденсатора, обкладки которого замкнуты друг на друга через соленоид (идеальный колебательный контур). В пренебрежении сопротивлением провода, намотанного на катушку, и соединительных проводов в такой цепи не должна происходить потеря энергии, и закономерности процесса колебаний можно изучать при помощи закона сохранения энергии. В произвольный момент времени энергия электромагнитных колебаний складывается из энергии электрического поля конденсатора и энергии магнитного поля катушки, которые вычисляются по формулам и соответственно. Тогда-полная энергия колебаний равна. и остается постоянной в процессе колебаний. В ходе колебаний непрерывно происходит процесс перехода одного вида энергии в другой. Так, в частности, если в начальный момент времени конденсатор полностью заряжен, после замыкания его обкладок через соленоид начинается процесс его разрядки. Поскольку сила тока через катушку начинает возрастать, в ней из-за явления самоиндукции возникает индукционный ток, направленный навстречу току разрядки. Вследствие этого сила тока через соленоид нарастает постепенно и достигает максимального значения в тот момент, когда конденсатор разряжается (это следует из закона сохранения энергии). После этого сила тока начинает уменьшаться, но в катушке вновь возникает индукционный ток, который по правилу Ленца будет поддерживать уменьшающийся ток через катушку и перезаряжать конденсатор. Сила тока в катушке станет равной нулю в тот момент, когда конденсатор полностью зарядится и поменяет полярность (это также следует из закона сохранения энергии). Затем описанный процесс будет периодически повторяться. Из вышесказанного следует, что энергия электромагнитных колебаний равна максимальной энергии электрического и магнитного полей .Поскольку полная энергия колебаний остается постоянной во времени, то производная энергии по времени должна равняться нулю. Используя определение силы тока и выражая все функции через заряд конденсатора, из этого условия можно получить уравнение свободных гармонических колебаний в колебательном контуре q’’+(w_0)^1/2q=0, где введена частота свободных (собственных) гармонических колебаний, которая выражается через параметры контура по формуле w_0=1/(LC)^1/2.Это уравнение по форме совпадает с уравнением свободных гармонических механических колебаний, решение этого уравнения должно иметь такой же вид, как и в механике q=q_m*cos(w_0t+фи), где q_m-амплитуда, w_0+фи-фаза колебаний,фи-начальная фаза колебаний. Для частоты и периода свободных гармонических электромагнитных колебаний по общим формулам получаем выражения и (формула Томсона). -закон изменения силы тока в колебательном контуре, где где амплитуда силы тока связана с амплитудой заряда по формуле I_m=w_0q_m=q_m/(LC)^1/2. равнивая фазы в законах изменения заряда и силы тока со временем, делаем вывод, что фаза тока опережает фазу заряда на пи/2.

Энергия гармонического осциллятора (механические колебания).

Гармонический осциллятор— это система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы F, пропорциональной смещению (согласно закону Гука): F=-kx, где k — положительная константа, описывающая жёсткость системы.Если F— единственная сила, действующая на систему, то систему называют простым или консервативным гармоническим осциллятором. Свободные колебания такой системы представляют собой периодическое движение около положения равновесия (гармонические колебания). Частота и амплитуда при этом постоянны, причём частота не зависит от амплитуды. Если осциллятор предоставлен сам себе, то говорят, что он совершает свободные колебания. Если же присутствует внешняя сила (зависящая от времени), то говорят, что осциллятор испытывает вынужденные колебания. Механическими примерами гармонического осциллятора являются математический маятник (с малыми углами смещения), груз на пружине. В качестве модели консервативного гармонического осциллятора возьмём груз массы , закреплённый на пружине жёсткостью k. Пусть x — это смещение груза относительно положения равновесия. Тогда, согласно закону Гука, на него будет действовать возвращающая сила: F=-kx. Используя второй закон Ньютона, запишем a=-(k/m)*x. Обозначая (w0)^2 и заменяя ускорение на вторую производную от координаты по времени , напишем: x’’+w0^2x=0. Это дифференциальное уравнение описывает поведение консервативного гармонического осциллятора. Коэффициент ?0 называют циклической частотой осциллятора. (Здесь имеется в виду круговая частота, измеряющаяся в радианах в секунду. Чтобы перевести её в частоту, выражающуюся в Герцах, надо разделить круговую частоту на 2?). Общее решение уравнения записывается в виде: x(t)=Asin(w0t+фи), где амплитуда A и начальная фаза фи — произвольные постоянные. Эта запись исчерпывает все решения дифференциального уравнения, так как позволяет удовлетворить любым начальным условиям (начальному положению груза и его начальной скорости).Кинетическая энергия , - потенциальная, полная Полная энергия гармонического осциллятора пропорциональна квадрату амплитуды колебаний и не зависит от времени – E=1/2kA^2. Логарифмический декремент затухания - логарифм отношения двух последовательных максимальных отклонений в одну сторону. . Величина, обратная d, есть количество колебаний, которое пройдёт за время затухания ?.


Энергия гармонического осциллятора (электромагнитные кллебания).

Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряженности Е и индукции В.Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи. Колебательный контур — осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.Резонансная частота контура определяется так называемой формулой Томсона и равна (в Герцах): . Пусть конденсатор ёмкостью Cзаряжен до напряжения U0. Энергия, запасённая в конденсаторе составляет . При соединении конденсатора с катушкой индуктивности, в цепи потечёт ток I, что вызовет в катушке электродвижущую силу (ЭДС) самоиндукции, направленную на уменьшение тока в цепи. Ток, вызванный этой ЭДС (при отсутствии потерь в индуктивности) в начальный момент будет равен току разряда конденсатора, то есть результирующий ток будет равен нулю. Магнитная энергия катушки в этот (начальный) момент равна нулю.Затем результирующий ток в цепи будет возрастать, а энергия из конденсатора будет переходить в катушку до полного разряда конденсатора. В этот момент электрическая энергия конденсатора E_C = 0. Магнитная же энергия, сосредоточенная в катушке, напротив, максимальна и равна , где L — индуктивность катушки, I_0 — максимальное значение тока. После этого начнётся перезарядка конденсатора, то есть заряд конденсатора напряжением другой полярности. Перезарядка будет проходить до тех пор, пока магнитная энергия катушки не перейдёт в электрическую энергию конденсатора. Конденсатор, в этом случае, снова будет заряжен до напряжения ? U_0.В результате в цепи возникают колебания, длительность которых будет обратно пропорциональна потерям энергии в контуре.В общем, описанные выше процессы в параллельном колебательном контуре называются резонанс токов. Эти большие токи не покидают пределов контура, так как они противофазны и сами себя компенсируют. Сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности (в отличие от последовательного колебательного контура, сопротивление которого на резонансной частоте стремится к нулю), а это делает его незаменимым фильтром. Уравнение гармонического осциллятора , где Ia — некая постоянная, называемая амплитудой колебаний, фи — также некоторая постоянная, называемая начальной фазой. И, например, при начальных условиях фи=0 решение сведётся к i(t)=Iasin(wt), где w=1/(LC)^1/2 - круговая частота - собственной частотой гармонического осциллятора.
Альфа и бета распады. Радиоактивность.

Радиоакти́вность— свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов.Это - называется радиоакти́вным распа́дом. Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом;бета-частиц, бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино).Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро.

?-распад-самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и ?-частицу (ядро атома 4He).?-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А?140. Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные ?-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся ?-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно ?-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для ?-распада: - В результате ?-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Беккерель доказал, что ?-лучи являются потоком электронов. ?-распад — это проявление слабого взаимодействия, радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.?-распад является внутринуклонным процессом, происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино.

Правило смещения Содди для ? ? -распада: .После ? ? -распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается электронным захватом: ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 10^19 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Кинетический закон радиоактивного распада.

При реакциях самопроизвольного радиоактивного распада, также как и при искусственных ядерных реакциях выполняются следующие законы сохранения:сохранение зарядового числа,сохранение массового числа,сохранение энергии. В любом образце радиоактивного вещества содержится огромное число радиоактивных атомов. Так как радиоактивный распад имеет случайный характер и не зависит от внешних условий, то закон убывания количества N(t) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер может служить важной статистической характеристикой процесса радиоактивного распада.Пусть за малый промежуток времени ?t количество нераспавшихся ядер N(t) изменилось на ?N < 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени ?t: ?N = –?N(t)?t. Коэффициент пропорциональности ? – это вероятность распада ядра за время ?t = 1 с. Эта формула означает, что скорость dn/dt изменения функции N(t) прямо пропорциональна самой функции: dn/dt=–?N. Подобная зависимость возникает во многих физических задачах (например, при разряде конденсатора через резистор). Решение этого уравнения приводит к экспоненциальному закону: N(t) = N_0*e^–?t, где где N0 – начальное число радиоактивных ядер при t = 0. За время ? = 1 / ? количество нераспавшихся ядер уменьшится в e ? 2,7 раза. Величину ? называют средним временем жизни радиоактивного ядра.

Для практического использования закон радиоактивного распада удобно записать в другом виде, используя в качестве основания число 2, а не e: N(t) = N_0 · 2^–t/T. Величина T называется периодом полураспада. Период полураспада – основная величина, характеризующая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем интенсивнее протекает распад. За время T распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер. Величины T и ? связаны соотношением




Основные свойства ядерных сил. Радиоактивность.

Основные свойства ядерных сил:

зарядовая независимость;

короткодействующий характер (ядерные силы действуют на расстояниях, не превышающих 2·10-15 м);

насыщаемость (ядерные силы удерживают друг возле друга не больше определенного числа нуклонов)

Ядерные силы относятся к так называемым сильным взаимодействиям и существенно отличаются по своим свойствам от электромагнитных и гравитационных. В полной мере природа ядерных сил до настоящего времени не выяснена. Даже для простейшей системы из двух нуклонов неизвестна зависимость ядерных сил от расстояния между нуклонами. Короткодействие ядерных сил и свойство насыщения, многообразие свойств ядерных сил не позволяют создать законченную теорию, подобную квантовой электродинамики для расчета свойств атомов.Подробнее свойства:

1. Огромная энергия связи нуклонов в ядре свидетельствует о том, что между нуклонами действуют силы притяжения, что подтверждается существованием стабильных ядер. Эти силы самые интенсивные в природе

2. Уже первые опыты Резерфорда показали, что ядерные силы – короткодействующие. Это свойство ядерных сил подтверждается многочисленными данными по измерению размеров атомных ядер. Ядерные силы удерживают нуклоны на расстояниях ~ (1,2 ч 1,4) ·10^-13см. При расстояниях между нуклонами, превышающих 2·10^-13см действие ядерных сил не обнаруживается, тогда как на расстояниях меньших 1·10^-13см, притяжение нуклонов заменяется отталкиванием.

3. На расстояниях, где между протонами действуют ядерные силы притяжения, они превосходят кулоновские силы отталкивания приблизительно в 100 раз, действие которых на этих расстояниях также очень велико. Короткодействие ядерных сил приводит к резкому разграничению областей, где действуют только дальнодействующие кулоновские силы, или только ядерные, которые подавляют кулоновские силы на малых расстояниях. На расстоянии от ядра, где начинает проявляться действие ядерных силы притяжения, потенциальная энергия круто падает на расстояниях ~ 10^-13см, что соответствует большой интенсивности ядерных сил (сила пропорциональна антиградиенту потенциальной энергии dU/dr). Внутри ядра потенциальная энергия отрицательна и представлена некоторой средней величиной (дно потенциальной ямы). Таким образом, заряженная частица для сближения с ядром или при вылете из ядра должна преодолеть кулоновский барьер.

4.Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов и от взаимной ориентации орбитального и спинового моментов каждого из нуклонов. Это означает, что внутри ядра следует учитывать спин-орбитальное взаимодействие нуклонов. Если нуклоны одноименные, то наибольшее притяжение между ними наблюдается в случае антипараллельной ориентации их спинов. Как раз этой особенностью объясняется эффект спаривания нуклонов.

5. Интенсивность ядерного взаимодействия не зависит от электрического заряда нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами (р – р), протоном и нейтроном (р – n) и двумя нейтронами (n – n), находящихся в одинаковых пространственных и спиновых состояниях, одинаковы по величине. Это свойство называется зарядовой независимостью ядерных сил. Другими словами, протон и нейтрон оказываются равноправными относительно ядерного взаимодействия.

6. Постоянство средней энергии связи на нуклон указывает на свойство насыщения ядерных сил. Это означает, что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом соседних нуклонов.

7. Ядерные силы имеют нецентральный характер. Центральными называются силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Центральные силы могут зависеть от относительной ориентации спинов частиц, но не должны зависеть от ориентации спинов относительно линии, соединяющей частицы.

8. Ядерные силы имеют обменный характер. Это означает, что они обусловлены (по крайней мере, частично) обменом третьей частицей, пи-мезоном. Взаимодействие между зарядами осуществляется через электромагнитное поле, которое может быть представлено как совокупность квантов энергии – фотонов. Каждый заряд создает вокруг себя поле, непрерывно испуская и поглощая фотоны.

Радиоакти́вность— свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов.Это - называется радиоакти́вным распа́дом. Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом;бета-частиц, бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино).Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро.

Физика ядра.Дефект массы. Энергия связи атомного ядра.

Энергия, которую надо затратить, чтобы, преодолев ядерные силы, расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи атомного ядра. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра M_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: M_я < Zm_p + Nm_n. Разность масс ?M = Zm_p + Nm_n – M_я.

Из закона взаимосвязи массы и энергии следует, что

Есв=Dm·c^2, где Dm-дефект массы ядра.

Что такое дефект массы? Рассчитаем суммарную массу покоя нуклонов, входящих в ядро какого-либо элемента: (Z·m_p+(A-Z)·m_n ). Сравним получившееся число с массой ядра M_я. Оказалось, что для всех элементов таблицы Менделеева масса ядра меньше суммарной массы частиц, входящих в состав ядра. Разница этих значений и называется дефектом массы: Dm=Z·m_p+(A-Z)·m_n-M_я

Итак, формула, по которой можно вычислить энергию связи, имеет вид: Есв=(Z·m_p+(A-Z)·m_n-M_я)·c^2

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, называется удельной энергией связи: dЕ=DЕ/А. Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения ?-квантов.

Удельная энергия связи равна энергии, которую необходимо затратить. чтобы удалить из ядра 1 нуклон. Вычисление dЕ проведены для всех химических элементов

у ядер с массовым числом 40<А<100 удельная энергия связи максимальна;

у ядер с массовыми числами А>100 удельная энергия связи с ростом А плавно убывает;

у ядер с массовыми числами А<40 с уменьшением А удельная энергия связи скачкообразно убывает.

На основании этого анализа сделан вывод о том, что практически можно осуществить два способа высвобождения внутриядерной энергии:

деление тяжелых ядер (цепная реакция)

синтез легких ядер (термоядерная реакция).


  1   2   3   4   5


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации