Bir elektronun dinlenme enerjisi eV'dir. Bir elektronun foton enerjisi nedir?

Temel parçacıklar ve temel etkileşimler

Mikro dünyanın fiziğinde tüm parçacıklar iki sınıfa ayrılır: fermiyonlar ve bozonlar. Fermiyonlar yarım tamsayı spin değerine sahip parçacıklardır, bozonlar ise tamsayı spin değerine sahip parçacıklardır. Spin, bir parçacığın sahip olabileceği minimum açısal momentum değeridir. Spinler ve diğer açısal momentum birimleriyle ölçülür. Sıfır olmayan kütleye sahip parçacıklar için spin, parçacığın kendisiyle ilişkili koordinat sistemindeki açısal momentumuna eşittir. Tablolarda belirtilen parçacık dönüşü J değeri: maksimum değer açısal momentum vektörünün seçilen eksene izdüşümü, bölü .
Temel parçacıklar, modern kavramlara göre sahip olmayan parçacıklardır. iç yapı. Doğada, Tablo 1'de listelenen 12 temel fermiyon (birim cinsinden 1/2 spinli) vardır. Tablo 1'in son sütunu elektrik ücretleri Elektron yükü birimleri cinsinden temel fermiyonlar e.

12 temel fermiyon, 12 antifermiyona karşılık gelir.
Parçacıkların etkileşimi 4 tür etkileşim nedeniyle gerçekleştirilir: güçlü , elektromanyetik , zayıf Ve yerçekimi . Karşılık gelen alanların kuantaları temel bozonlar : gluonlar; gama kuantumu; W + , W - , Z - bozonları ve graviton .

Güçlü etkileşim miktarı nötr kütlesizdir gluonlar. Aralarında güçlü etkileşimin meydana geldiği temel fermiyonlar (kuarklar), 3 değer alabilen bir kuantum sayısı “renk” ile karakterize edilir. Gluonların 8 çeşit “renkli” yükü vardır.
Elektromanyetik etkileşimin kuantumu öyle gama ışınları . γ kuantumun dinlenme kütlesi sıfırdır. İÇİNDE elektromanyetik etkileşimler Tablo 1'deki son üç satırı işgal eden temel parçacıklar söz konusudur; yüklü leptonlar ve kuarklar. Serbest durumdaki kuarklar gözlemlenmediğinden ve hadronların bir parçası olduğundan, yani. baryonlar ve mezonlar, tüm hadronlar ve güçlü etkileşimler, aynı zamanda elektromanyetik etkileşimlere de katılırlar.
Kuantum zayıf etkileşim Tüm leptonların ve tüm kuarkların yer aldığı W ve Z bozonları. Hem pozitif W + bozonları hem de negatif W - bozonları vardır; Z bozonları elektriksel olarak nötrdür. W ve Z bozonlarının kütleleri büyüktür; 80 GeV/s2'den fazladır. Büyük kitlelerin bir sonucu ara bozonlar zayıf etkileşim küçüktür - elektromanyetik sabitle karşılaştırıldığında - zayıf etkileşim sabiti. Nötrinolar yalnızca zayıf etkileşimlere katılır.
Gluonlar, γ-kuantum, W ve Z bozonları temel bozonlar . Tüm temel bozonların spinleri 1'e eşittir.
Yerçekimi etkileşimleri pratikte parçacık fiziğinde görünmez. örneğin, iki protonun yerçekimsel etkileşiminin yoğunluğu, elektromanyetik etkileşimlerinin yoğunluğunun ~10-38'idir.
Tablo bölümü başına 1 nesillerÇevremizdeki dünyanın neredeyse tamamen sözde parçacıklardan oluştuğu gerçeğiyle haklı. birinci nesil (en az kütleli). İkinci ve özellikle üçüncü nesillerin parçacıkları yalnızca yüksek etkileşim enerjilerinde tespit edilebilir. Örneğin, t-kuark, FNAL hızlandırıcı-çarpıştırıcısında, 1000 GeV enerjili protonların ve antiprotonların çarpışmasıyla keşfedildi.
Tablo 5.1'deki ilk iki satır: leptonlar - Güçlü etkileşimlere katılmayan fermiyonlar. Leptonlar elektriksel olarak nötrinolardır (ve antinötrinolardır) üç tiptir; kütleleri elektronun kütlesinden çok daha küçük olan parçacıklardır. Nötrinolar yalnızca zayıf etkileşimlerİkinci sıra, hem zayıf hem de elektromanyetik etkileşimlere katılan elektron, müon ve taon yüklü yapısız parçacıklar tarafından işgal edilmiştir.
Üçüncü ve dördüncü satırlarda 6 tane var kuarklar(Q) - kesirli elektrik yükü değerlerine sahip yapısız parçacıklar. Serbest durumda bu parçacıklar gözlemlenmez; bunlar, gözlemlenen parçacıkların bir parçasıdır. hadronlar .
Parçacık enerjilerinde kendini gösteren doğa olayları<100 МэВ, могут быть практически полностью объяснены взаимодействием фундаментальных частиц 1-го поколения. 2-е поколение фундаментальных частиц проявляется при энергиях порядка сотен МэВ. Для исследования 3-го поколения фундаментальных частиц строят ускорители yüksek enerjiler(E > 100 GeV).

Dalga boyları ve parçacık enerjileri

Nükleer ve parçacık fiziği (“atom altı fizik”) tarafından incelenen nesneler, atomlardan ve moleküllerden çok daha küçük karakteristik boyutlara sahiptir. (Bu gerçek aynı zamanda atomaltı fizikteki nesnelerin yapısının güçlü etkileşimlerle belirlenmesinin de bir sonucudur.)
Herhangi bir cismin yapısını incelemek, dalga boyları incelenen nesnenin boyutundan daha kısa olan "mikroskoplar" gerektirir.
Hem elektromanyetik radyasyonun hem de herhangi bir parçacığın dalga boyu, momentumla bilinen bir ilişkiyle ilişkilidir (de Broglie tarafından ortaya atılan sıfır olmayan dinlenme kütlesine sahip parçacıklar için):

p parçacığın momentumu, h ise Planck sabitidir.
Atomaltı fiziğin "en büyük" nesnelerinin (çok sayıda A nükleonlu atom çekirdeği) bile karakteristik doğrusal boyutları yaklaşık 10-12 cm civarındadır. Deneysel çalışma Bu boyutlara sahip nesneler, yüksek enerjili parçacıklardan oluşan ışınların oluşturulmasını gerektirir.
Bu seminerin amaçlarından biri, çekirdeklerin ve nükleonların yapısını incelemek için kullanılabilecek hızlandırılmış parçacıkların enerjilerini hesaplamaktır. Bu tür hesaplamalara geçmeden önce, daha sonraki hesaplamalarda sıklıkla kullanılacak temel sabitlerin yanı sıra atom altı fizikte kabul edilen fiziksel büyüklüklerin ölçüm birimlerine aşina olmak gerekir.

Atomaltı Fiziği Üniteleri

Enerji - 1 MeV = 1 MeV = 10 6 eV = 10 -3 GeV = 1,6. 10-13 J.
Kütle - 1 MeV/c 2 ve 1 sen= (12C)/12 = 1,66'da M. 10 -24 yıl
Uzunluk - 1 fm = 1 fm = 10 -13 cm = 10 -15 m.

Önemli Formüller göreli fizik

Atom altı fizikte, özellikle yüksek enerji fiziğinde, birimler sistemi ( Heaviside sistemi ) ћ = 1 ve с = 1'dir. Bu sistemde göreceli fizik formülleri daha basit ve daha kullanışlı bir forma sahiptir.

Elektronun öz-enerji sorunu yeni değil: klasik fizik. Elektronun yarıçaplı bir top olduğunu ve tüm yükünün yüzeyde bulunduğunu varsayarsak, toplam elektrostatik enerji eşittir. Elektronun kütlesinin bu enerjiye karşılık gelmesi mümkündür. Bununla birlikte, elektron v hızıyla hareket ederken alanın momentumunu hesaplarsanız (topun Lorentz büzülmesini hesaba katarak), . Bu değer kütleli bir parçacığa karşılık gelir. Poincaré, bazı kuvvetlerin topun bazı kısımlarını tutması gerektiğini ve bu kuvvetlerin enerji eklemesi gerektiğini öne sürdü. Ancak bu tür kuvvetlerin güvenilir bir teorisi yoktur.

Bu öz-enerji, yükü "toplamak" için gereken enerjiden gelir. Bunun, elektron yükünün bir kısmının diğeriyle etkileşiminin enerjisi olduğunu varsayabiliriz.

Bu tür etkilerden kurtulmanın olası bir yolu, elektronun kendisini etkilemesini önlemek, yani elektronların yalnızca birbirlerine etki ettiğini varsaymak gibi görünmektedir. (Elektron o zaman bir nokta yük olabilir.) Ancak elektronun kendi üzerindeki hareketinin açıklanması gerekir. gerçek fenomen, radyasyon sürtünme fenomeni. Hızlanan yük enerji kaybederek yayılır, dolayısıyla hızlanan kuvvetin iş üretmesi gerekir. Hangi güçlere karşı? Klasik fiziğe göre - yükün bir kısmının diğerine etkisinin yarattığı kuvvete karşı.

İlk terim, alan momentumundan hesaplanan kütle ile tutarlıdır. İkinci terim ise elektronun yaydığı ışınımın reaksiyon kuvvetidir ve bağlı değildir. Ancak a'yı sıfıra yönlendirmek tutarsız olacaktır. Dağıtılmış ücret hiçbir zaman tam olarak analiz edilmemiştir. İç hareketler vb. ile ilgili sorular ortaya çıkıyor.

Aslında bu sorular klasik fizikte çözülmüştü. çeşitli şekillerde, ancak hiçbiri kuantum mekaniğine başarıyla aktarılmadı (referanslar için Feynman'ın çalışmasına bakın).

Kütlenin yeniden normalleştirilmesi.

Bir elektronun X'ten Y'ye hareket ederken sanal bir foton yayması ve absorbe etmesi de mümkündür. Bu durumda

değer nerede

formun değişmez bir fonksiyonudur. Fiziksel anlamı nedir? C'nin küçük olduğunu varsayalım. O zaman ilk iki terim şu şekilde yazılabilir:

gerçeği sayesinde

(Son formül, daha genel operatör ilişkisinin özel bir durumudur

Eğer C bir sayı olsaydı bunu kütleye yönelik bir düzeltme olarak düşünebilirdik. Bu serinin birinci ve ikinci terimleri sırasıyla bir sanal fotonsuz ve sanal fotonlu elektron hareketinin genlikleridir.

Üçüncü terimin iki foton katkısına karşılık gelip gelmediğini kontrol etmek kolaydır

dördüncü terim üç fotonun vb. katkısıdır. Bununla birlikte, bu tür diyagramlar yalnızca her birinde yer alan süreçleri içerir. şu anda birden fazla foton içermez.

İki sanal fotonlu başka türden diyagramların örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 28-1. Bu tür diyagramları şimdi dikkate almayacağız, çünkü X ve Y arasındaki elektron yayılımının toplam genliğini formda yazdığımızda C'ye sıra terimlerini ekliyorlar.

burada A ve B'nin fonksiyonlarıdır. Bu yayıcının kutbu, serbest parçacığın enerjisi ve momentumu arasındaki ilişkiyi verir ve dolayısıyla deneysel olarak gözlemlenen kütleyi belirler.

Paydadaki matrislerden kurtulmak

direğin konumunun denklemin çözülmesiyle belirlendiğini buluyoruz

Burada ikinci bir kutbun varlığının başka bir parçacığın (muhtemelen bir mezon) varlığı olarak yorumlanabileceğini belirtelim. Bunu varsayarsak ve koyabiliriz. Daha sonra

Böylece, yayıcının bir kutbu vardır ve için, yakınında, bir sabit (kutuptaki kalıntı) ile çarpılmış gibi davranır. Artıkları by ile gösterelim. Artık yayıcıyı şu şekilde yeniden yazabiliriz:

(noktada A, B ve bunların türevleri cinsinden ifade edilebilir. Alışılagelmiş formdan sapma, foton bağlanma sabitinde bir düzeltme olarak yorumlanabilir (çünkü yayıcıdaki faktör, her bir foton tepe noktasının çarpılmasıyla elde edilebilir) by). Bir sonraki adım A ve B fonksiyonlarını hesaplamaktır. Bu amaçla integralin hesaplanması gerekir.

İlişkileri kullanma

kurtulmak. Hesaplarken koyarız, sonra elde ederiz

Bu integral ıraksar. Şu tarihte: büyük değerler ilk payda ile değiştirilebilir. Daha sonra , içeren terim simetri hususlarından dolayı kaybolur. Gerisi integrand büyük değerler için olduğu gibi davranır ve bu nedenle integral logaritmik olarak ıraksar. Kuantum elektrodinamiği hızla işe yaradı!

Bethe, bu sonsuzluğun elektrodinamikteki tek önemli sonsuzluk olduğunu (daha sonra tartışacağımız bir diğeri hariç) kaydetti. Bu integrali "geçici olarak" yakınsak hale getirmenin bir yolunu bulduğumuzu varsayalım. Örneğin yayıcının her zaman yakınsamayı sağlayan göreceli olarak değişmez bir faktörle çarpılması gerektiğini varsayalım.

Eğer koyarsan

(bu, büyük değerler için integrali kısaltır), o zaman integral hesaplanabilir. Alırız (hesaplama yöntemleri için bağlantıya bakın)

ile birlikte kaybolan terimleri ihmal ediyoruz.

Herhangi bir süreci daha yüksek düzeyde hesaplamak zorunda kalırsanız, orantılı bir terimle karşılaşırsınız (yalnızca fotonlarla etkileşime giren spin - elektronlu parçacıklar için logaritmik sapmalardan daha kötü bir şeyle karşılaşmazsınız). Daha sonra, m'yi gördüğünüz her yerde onun yerine koyun ve 'nin ilk kuvvetine kadar genişletin. Mucize, toplam katsayının sıfıra gitmesidir. Geriye kalan terimlerin de belirli bir sınırı vardır. Başka bir deyişle, cevabı her zaman deneysel kütle cinsinden ifade edersek ve sabit bir noktaya yönlendirirsek, kesme parametresinin değeri son ifadede görünmez.

Bethe, benzer fikirleri kullanarak, bağlı elektronun öz enerjisinden dolayı hidrojen atomundaki enerji seviyelerindeki değişimi hesaplamaya çalıştı. Mikrodalga teknolojisini kullanarak hidrojende seviyeler arasında yaklaşık 1000 MHz'lik bir bölünme keşfeden Rutherford ve Lamb'in deneyi ivme kazandırdı. Radyasyon alanıyla etkileşimi ihmal edersek bu seviyelerin tamamen dejenere olması gerekir. Bethe, göreceli olmayan bir yaklaşım kullanarak eksik bir hesaplama yaptı. 1948-1949'da kuantum elektrodinamiğinin hızlı gelişimi. Kendisinin ve Weisskopf'un fikirlerini göreceli olarak değişmez biçimde formüle etme ve hesaplamalarını tamamlama çabalarının bir sonucu olarak takip edildi.

Yani, dahil edilmesi gereken bir kural daha bulduk kuantum elektrodinamiği: (1) keyfi bir kesme faktörü girin

VE . Kütleler farklıdır, ancak hesaplamalar ikinci dereceden farklılıklara yol açmaktadır. Bu tür hesaplamalar yapılırken parçacıkların noktasal olduğu kabul edilir. Gerçekte nükleon çifti bulutunun hesaba katılması gerekir ve bazıları böyle bir hesabın çözünebilirliğin ortadan kaldırılmasına yol açacağına inanır. Ancak bu tür iddialar hiçbir zaman kanıtlanamadı.

1. Bir elektronun kinetik enerjisi 1,02 MeV'dir. Bu elektronun de Broglie dalga boyunu hesaplayın.

Verilen: E k = 1,02 MeV = 16,2 10 -14 J, E 0 = 0,51 MeV = 8,1 10 -14 J.

Bulmak λ.

Çözüm. De Broglie dalga boyu aşağıdaki formülle belirlenir: (1) burada λ, momentumlu bir parçacığa karşılık gelen dalga boyudur; - Planck sabiti. Problemin koşullarına göre bir elektronun kinetik enerjisi dinlenme enerjisinden daha büyüktür: E k = 2E 0, (2) dolayısıyla hareket eden bir elektron göreli bir parçacıktır. Göreli parçacıkların momentumu aşağıdaki formülle belirlenir:

veya (2) ilişkisi dikkate alınarak,

(4)'ü (1)'de yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

.

Hesaplamalar yaparak şunu elde ederiz

Cevap: λ = .

2. Heisenberg belirsizlik ilişkisini kullanarak atom çekirdeğinin elektron içeremeyeceğini gösterin. Çekirdeğin yarıçapının 10~18 cm olduğunu düşünün.

Verilen: R, = 10 -15 m, = 6,62·10 -34 J·s.

Çözüm. Heisenberg belirsizlik ilişkisi şu formülle ifade edilir:

koordinatın belirsizliği nerede; - dürtü belirsizliği; -Planck sabiti. Koordinatların belirsizliği alınırsa yarıçapa eşitçekirdek, yani elektron momentumunun belirsizliği şu şekilde ifade edilebilir: . O zamandan beri Ve . Elektron hızının belirsizliğini hesaplayalım:

Elde edilen değeri ışığın boşluktaki hızı c = 3·10 8 m/s ile karşılaştırdığımızda bunun mümkün olmadığını, dolayısıyla çekirdeklerin elektron içeremeyeceğini görüyoruz.

3. Elektron, uyarılmış durumda, 1 nm genişliğinde sonsuz derin, tek boyutlu bir potansiyel kuyusundadır. Elektron enerjisinin minimum değerini ve saniye aralığında bir elektron bulma olasılığını belirleyin enerji seviyesi.

Verilen: .

Bulmak: , .

Kuantum mekaniğinde parçacıkların hareketi hakkındaki bilgiler, parçacıkların veya sistemlerin kuantum durumları arasındaki dağılımını yansıtan dalga fonksiyonundan (T-fonksiyonu) elde edilir. Bu parçacıklar karakterize edilir ayrık değerler enerji, dürtü, açısal momentum; yani - fonksiyon, mikrokozmostaki parçacıkların durumunun bir fonksiyonudur. Schrödinger denklemini çözerek, söz konusu durum için özfonksiyonun şu şekilde olduğunu görüyoruz:

, (1)

burada = 1, 2, 3, ...; - parçacık koordinatı; - çukurun genişliği. Grafikler özfonksiyonlarŞekil 2'de gösterilmektedir. 17. De Broglie ilişkisine göre, iki düzlem monokromatik de Broglie dalgası, zıt yönler eksen boyunca. Girişimlerinin bir sonucu olarak, salınım genliği ekseni boyunca sabit bir dağılımla karakterize edilen duran de Broglie dalgaları ortaya çıkar. Bu genlik dalga fonksiyonu(x), karesi elektronun koordinatlı noktada bulunma olasılık yoğunluğunu belirler. Şekil 2'den görülebileceği gibi. 17, değer =1 için, uzunluğun yarısı çukurun genişliği boyunca döşenir duran dalga de Broglie, =2 için - duran de Broglie dalgasının tamsayı uzunluğu, vb., yani potansiyel kuyusunda yalnızca uzunluğu koşulu karşılayan de Broglie dalgaları olabilir

Bu nedenle, çukurun genişliği boyunca tam sayıda yarım dalga sığmalıdır: . (2)

Toplam Enerji Potansiyel kuyudaki parçacıklar genişliğine bağlıdır ve formülle belirlenir. , (3) parçacık kütlesi nerede; - 1, 2, 3... . Elektronun minimum enerji değeri vardır. minimum değer, yani =1'de. Buradan,

Sayısal değerleri değiştirerek şunu elde ederiz:

ile arasındaki aralıkta bir elektronun tespit edilme olasılığı şuna eşittir: . İstenilen olasılığı 0'dan şuna kadar olan aralıkta entegrasyonla buluruz:

İlişkiyi kullanarak elektronun ikinci enerji seviyesinde olması koşuluyla integrali hesaplıyoruz:

4. Sınır dalga boyu K α - karakteristik serisi x-ışını radyasyonu bazı elementler için 0,0205 nm'dir. Bu öğeyi tanımlayın.

Verilen: .

Bulmak Z.

Çözüm. Moseley formülünden

,

burada λ, karakteristik radyasyonun dalga boyudur, eşittir (c, ışığın hızıdır, v, λ dalga boyuna karşılık gelen frekanstır); R - Rydberg sabiti; Z, elektrotun yapıldığı elemanın seri numarasıdır; - ekranlama sabiti; - elektronun hareket ettiği enerji seviyesinin sayısı; - elektronun hareket ettiği enerji seviyesinin sayısı (K α serisi için =1, =2, =1), Z'yi buluruz:

Seri numarası 78'in platin var.

Cevap: Z = 78 (platin).

5. Dalga boyu 0,775 pm olan dar, monokromatik bir γ-ışınları ışını suyun yüzeyine düşüyor. Hangi derinlikte γ ışınlarının yoğunluğu 100 kat azalacak!

Verilen: λ = 0,775 pm = 7,75·10 -13 m, =100.

Bulmak

Çözüm. γ-ışınlarının yoğunluğunun zayıflaması, (1) formülünden belirlenir; , gelen γ-ışınları ışınının yoğunluğu nerede; - derinlikteki yoğunlukları; - doğrusal zayıflama katsayısı. Denklem (1)'i çözerek şunu buluruz:

Bunu belirlemek için γ-kuantanın enerjisini hesaplıyoruz Planck sabiti nerede; c ışığın boşluktaki hızıdır. Sayısal değerleri değiştirerek şunu elde ederiz:

Bağımlılık grafiğine göre doğrusal katsayıγ-ışınlarının enerjilerinden dolayı zayıflaması (Şekil 18) = 0,06 cm-1'i buluyoruz. Bu q değerini formül (2)'de yerine koyarsak, şunu buluruz:

.

6. 1 g'da kaç tane çekirdek olduğunu belirleyin radyoaktif bozunma bir yıl süreyle geçerlidir.

Verilen:

Bulmak

Çözüm. 1 g'da bulunan atom sayısını belirlemek için şu ilişkiyi kullanırız:

Avogadro sabiti nerede; - kütlenin içerdiği mol sayısı bu elementin; M izotopun molar kütlesidir. Bir izotopun molar kütlesi ile bağıl atom kütlesi arasında bir ilişki vardır: M = 10 -3 A kg/mol. (2) Herhangi bir izotop için bağıl atom kütlesi kütle numarası A'ya çok yakındır, yani bu durum için M = 10 -3 ·90 kg/mol = 9·10 -2 kg/mol.

Radyoaktif bozunma yasasını kullanma

şu anda çürümemiş çekirdeklerin başlangıç ​​sayısı nerede; N şu anda bozulmamış çekirdeklerin sayısıdır; λ radyoaktif bozunma sabitidir; 1 yıl içinde bozunan çekirdeklerin sayısını belirleriz:

Radyoaktif bozunma sabitinin yarı ömürle λ = 1n 2/T ilişkisiyle ilişkili olduğunu göz önünde bulundurarak şunu elde ederiz:

(2)'yi hesaba katarak (1)'i (5) ifadesinde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

Formül (6)'yı kullanarak hesaplamalar yaptıktan sonra şunu buluyoruz:

Cevap:

7. Nükleer reaksiyonun enerjisini megaelektron-volt cinsinden hesaplayın:

Bu reaksiyon sırasında enerji açığa mı çıkıyor yoksa emiliyor mu?

Çözüm. Nükleer reaksiyon enerjisi, (1), burada reaksiyon kütle kusuru; c ışığın boşluktaki hızıdır. Eğer amu cinsinden ifade edilirse formül (1) şu şekli alacaktır. Kütle kusuru eşittir

Reaksiyon öncesi ve sonrası elektron sayısı korunduğu için çekirdek kütlelerinin değerleri yerine referans tablolarında verilen nötr atom kütlelerinin değerlerini kullanacağız:

; ; ;

Tepki geliyor>0 olduğundan enerjinin serbest bırakılmasıyla:

Cevap: =7,66 MeV.

8. Bakırın yüzey merkezli kübik kafesi vardır. En yakın bakır atomları arasındaki mesafe 0,255 nm'dir. Bakır yoğunluğunu ve kafes parametresini belirleyin.

Verilen: d = 0,255 nm = 2,55·10 -10 m, =4, M = 63,54·10 -3 kg/mol.

Bulmak: r, a.

Çözüm. Bir bakır kristalinin yoğunluğunu aşağıdaki formülü kullanarak buluyoruz: (1) burada M, bakırın molar kütlesidir; - molar hacim. Bir birim hücrenin hacminin, bir mol kristalde bulunan birim hücre sayısıyla çarpımına eşittir: . (2)

Aynı atomlardan oluşan bir kristalin bir molünde bulunan temel hücre sayısını, Avogadro sabitini temel hücre başına atom sayısına bölerek buluruz: . (3) Kübik yüz merkezli kafes için = 4. (3)'ü (2)'ye değiştirerek şunu elde ederiz:

(4)'ü (1)'de yerine koyarsak, sonunda şunu elde ederiz:

.

En yakın komşu atomlar arasındaki mesafe, basit bir geometrik ilişkiyle kafes parametresi a ile ilişkilidir (Şekil 19):

Sayısal değerleri yerine koyma hesaplama formülleri, buluyoruz

Cevap: ; .

9. 10 g ağırlığındaki kristal alüminyum 10 K'den 20 K'ye ısıtılıyor. Debye teorisini kullanarak ısıtma için gereken ısı miktarını belirleyin. Alüminyum için karakteristik Debye sıcaklığı 418 K'dır. T koşulunun karşılandığını varsayalım.

Verilen: = 0,01 kg, = 10 K, = 20 K, =418 K, = 27·10 -3 kg/mol.

Çözüm. Alüminyumu belirli bir sıcaklıktan °C'ye ısıtmak için gereken ısı miktarını aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayacağız:

alüminyum kütlesi nerede; c, molar ısı kapasitesi ile ilişki ile ilişkili olan spesifik ısı kapasitesidir. Bunu dikkate alarak formül (1)'i forma yazıyoruz.

(2)

Debye teorisine göre T koşulu sağlanırsa molar ısı kapasitesi belirlenir. nihai yasa

,

burada R = 8,31 J/(mol K) molar gaz sabitidir; - Debye karakteristik sıcaklığı; T - termodinamik sıcaklık. (3)'ü (2)'ye koyarak ve integral alarak şunu elde ederiz:

Sayısal değerleri değiştirerek şunu buluruz:

Cevap: = 0,36 J.

KAĞIT NO. 6'YI KONTROL EDİN (5)

1. De Broglie dalga boyları 0,06 nm olan bir proton ve elektronun kinetik enerjisini belirleyin.

2. Bir protonun kinetik enerjisi dinlenme enerjisine eşittir. Böyle bir proton için de Broglie dalga boyunu hesaplayın.

3. 400 V'luk aynı hızlanma potansiyeli farkından geçen bir elektron ve bir protonun de Broglie dalga boylarını belirleyin.

4. Protonun kinetik enerjisi dinlenme enerjisine eşittir. Kinetik enerjisi iki katına çıkarsa protonun de Broglie dalga boyu kaç kez değişir?

5. Bir elektronun kinetik enerjisi dinlenme enerjisine eşittir. Böyle bir elektronun de Broglie dalga boyunu hesaplayın.

6. Hareket eden bir elektronun kütlesi, kalan kütlenin 2 katıdır. Böyle bir elektronun de Broglie dalga boyunu belirleyin.

7. Bohr önermesini kullanarak de Broglie dalga boyu ile dairesel elektron yörüngesinin uzunluğu arasındaki ilişkiyi bulun.

8. Elektronun de Broglie dalga boyunun Compton dalga boyuna eşit olması için elektronun hangi kinetik enerjiye sahip olması gerekir?

9. 1000 V potansiyel farkından geçen bir elektronun, 27°C sıcaklıkta ortalama hızın kareköküne eşit hızla hareket eden bir hidrojen atomunun ve 1 g ağırlığında bir topun de Broglie dalga boylarını karşılaştırın. 0,1 m/s hız.

10. Protonun de Broglie dalga boyunun Compton dalga boyuna eşit olması için protonun hangi kinetik enerjiye sahip olması gerekir?

11. Bir π° mezonunun ortalama ömrü 1,9·10 -16 saniyedir. π° mezonunu tespit etmek için kullanılabilecek bir cihazın enerji çözünürlüğü ne olmalıdır?

12. Bulut odası kullanılarak elde edilen fotoğrafta elektron izinin genişliği 0,8·10 -3 m'dir. Hızını bulmadaki belirsizliği bulun.

13. Uyarılmamış bir hidrojen atomundaki bir elektronun ortalama kinetik enerjisi 13,6 eV'dir. Belirsizlik ilişkisini kullanarak atomdaki elektronun koordinatını hesaplayabileceğiniz en küçük hatayı bulun.

14. 8·10 6 m/s hızla hareket eden bir elektron kabarcık odası. Belirsizlik ilişkisini kullanarak, haznede oluşan kabarcığın çapı 1 µm ise elektron hızının ölçülmesindeki hatayı bulun.

15. Koordinat belirsizliği (λ de Broglie dalga boyudur) olan bir parçacığın hızının belirsizliğinin büyüklük sırasına göre parçacığın hızına eşit olduğunu gösterin.

16. Bir π+ mezonunun ortalama ömrü 2,5·10 -8 saniyedir. π+ mezonunu tespit etmek için kullanılabilecek bir cihazın enerji çözünürlüğü ne olmalıdır?

17. Belirsizlik ilişkisine dayanarak, çekirdekteki bir nükleonun minimum enerjisinin 8 MeV olduğunu varsayarak atom çekirdeğinin büyüklüğünü tahmin edin.

18. Belirsizlik ilişkisini kullanarak hidrojen atomunda ilk hırsızın yörüngesinde yer alan elektronun enerjisini tahmin ediniz.

19. Belirsizlik ilişkisini kullanarak elektronların çekirdekte olamayacağını gösterin. Çekirdeğin doğrusal boyutlarını 5,8·10 -15 m olarak alın. Spesifik bağlanma enerjisinin ortalama 8 MeV/nükleon olduğunu dikkate alın.

20. Bir atom, dalga boyu 0,550 mikron olan bir foton yayar. Radyasyonun süresi 10 ns'dir. Radyasyon dalga boyunun ölçülebileceği en büyük hatayı belirleyin.

21. Geniş bir potansiyel kuyusunda bulunan bir parçacık uyarılmış durumdadır. 0 aralığında bir parçacık bulma olasılığını belirleyin< < на третьем энергетическом уровне.

22. Genişliği 0 aralığında olan tek boyutlu bir potansiyel kuyusunun birinci ve ikinci enerji seviyelerinde elektron bulma olasılıklarının oranını hesaplayın.< < .

23. Tek boyutlu bir potansiyel kuyusunun hangi genişliğinde elektron enerjisinin ayrıklığının 300 K sıcaklıktaki termal hareket enerjisiyle karşılaştırılabilir hale geldiğini belirleyin.

24. Bir elektron, genişliği 0,1 nm olan, sonsuz yükseklikte duvarlara sahip, tek boyutlu bir potansiyel kuyusunda temel durumdadır. Elektronun momentumunu belirleyin.

25. Bir elektron, genişliği 0,1 nm olan, sonsuz yükseklikte duvarlara sahip, tek boyutlu bir potansiyel kuyusunda temel durumdadır. Tanımlamak ortalama güç Elektronun kuyu duvarlarına uyguladığı basınç.

26. Bir elektron, genişliği 1,4·10 -9 m olan sonsuz yükseklikte duvarlara sahip tek boyutlu bir potansiyel kuyusundadır. Bir elektronun üçüncü enerji düzeyinden ikinci enerji düzeyine geçişi sırasında yayılan enerjiyi belirleyin.

27. Bir elektron, genişliği 1 nm olan, sonsuz yükseklikte duvarlara sahip, tek boyutlu bir potansiyel kuyusundadır. Elektron enerji seviyelerindeki en küçük farkı belirleyin.

28. Genişliği 2·10-9 m olan tek boyutlu bir potansiyel kuyusunda bulunan bir elektronun ayrık enerjisinin hangi sıcaklıkta termal hareket enerjisiyle karşılaştırılabilir hale geldiğini belirleyin.

29. Geniş bir potansiyel kuyusunda bulunan bir parçacık uyarılmış durumdadır. 0 aralığında bir parçacık bulma olasılığını belirleyin< < на втором энергетическом уровне

30. Bir elektronun üçüncü enerji seviyesinden ikinci enerji seviyesine geçişi sırasında 1 eV'lik bir enerji yayılırsa, sonsuz yükseklikte duvarlara sahip tek boyutlu bir potansiyel kuyusunun genişliğini belirleyin?

31. Belirli bir elementin karakteristik X-ışını radyasyonunun K serisi dalga boyunun sınır değeri 0,174 nm'dir. Bu öğeyi tanımlayın.

32. Platin antikatottan gelen K serisi X-ışını radyasyonunun kesme dalga boyunu bulun.

33. En düşük voltaj ne durumda? röntgen tüpü K α serisinin çizgileri demir antikatotla mı görünüyor?

34. Tungsten antikatotlu bir X-ışını tüpüne, tüm K serisi çizgilerin tungsten emisyon spektrumunda görünmesi için uygulanması gereken en küçük potansiyel fark nedir?

35. Belirli bir elementin K serisi karakteristik X-ışını radyasyonunun kesme dalga boyu 0,1284 nm'dir. Bu öğeyi tanımlayın.

36. X-ışını tüpüne 30 kV'luk bir voltaj uygulanırsa, Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun minimum dalga boyunu belirleyin; 75 kV,

37. 15 kV voltajda çalışan bir tüpten elde edilen bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun en kısa dalga boyu 0,0825 nm'dir. Bu verilerden Planck sabitini hesaplayın.

38. Bakır atomundaki bir elektron M katmanından L katmanına geçtiğinde dalga boyu 12·10 -10 m olan ışınlar yayılır. Moseley formülüne göre perdeleme sabitini hesaplayın.

39. Karakteristik X-ışını radyasyonunun K serisi en uzun dalga boyu 1,94·10 -10 m'dir. Antikot hangi malzemeden yapılmıştır?

40. Tıpta teşhis amacıyla kullanılan bir X-ışını tüpüne 45.000 V voltaj uygulanıyor. Sürekli X-ışını spektrumunun sınırını bulun.

41. Radyoaktif argonun yarı ömrü 110 dakikadır. %25'in bozunduğu süreyi belirleyin başlangıç ​​miktarı atomlar.

42. 1,2 MeV enerjili dar monokromatik γ-ışınları demetinin içinden geçtiği yarı soğurmalı kurşun tabakasının kalınlığını hesaplayın.

43. İzotopun yarı ömrü yaklaşık 5,3 yıldır. Bozunum sabitini belirleyin ve ortalama süre Bu izotopun atomlarının ömrü.

44. Dalga boyu 0,124·10-2 nm olan dar, monokromatik bir γ-ışınları demeti demir bir ekranın üzerine düşüyor. Yarım demir emme tabakasının kalınlığını bulun.

45. 5 cm kalınlığındaki bir alüminyum tabakasından geçerken radyasyon yoğunluğu 3 kat azalırsa γ ışınlarının enerjisi nedir?

46. ​​​​Yarılanma ömrü 5,3 yıldır. Bu izotopun başlangıçtaki çekirdek sayısının ne kadarının 5 yıl sonra bozulduğunu belirleyin,

48. Bir yıl boyunca başlangıçtaki bazı radyoaktif elementlerin %60'ı bozundu. Bu elementin yarı ömrünü belirleyin.

49. 3 MeV enerjiye sahip dar bir γ-ışını demeti, iki plakadan oluşan bir ekrandan geçer: 2 cm kalınlığında kurşun ve 5 cm kalınlığında demir. Bu ekrandan geçerken γ-ışınlarının yoğunluğunun kaç kez değişeceğini belirleyin.

50. Radonun başlangıç ​​kütlesi 10 g ise, bozunma sabitini ve gün içinde bozunan radon atomlarının sayısını belirleyin.

51. Kütle kusurunu, nükleer bağlanma enerjisini ve özgül enerjiöğe için bağlantılar.

52. Termonükleer reaksiyonun enerjisini hesaplayın

53. Üç α bozunması ve iki β dönüşümünden sonra hangi elemente dönüşür?

54. Trityumun β bozunması sırasında β parçacıklarının maksimum enerjisini belirleyin. Bozunma denklemini yazın.

55. Bir nötronun β-bozunması sırasında yayılan bir elektronun maksimum kinetik enerjisini belirleyin. Bozunma denklemini yazın.

56. Elementin kütle kusurunu, bağlanma enerjisini ve spesifik bağlanma enerjisini hesaplayın.

57. 92 proton ve 143 nötrondan oluşan bir çekirdek, bir alfa parçacığını fırlattı. α bozunması sonucu hangi çekirdek oluşmuştur? Ortaya çıkan çekirdeğin kütle kusurunu ve bağlanma enerjisini belirleyin.

58. İki döteronun termonükleer etkileşimi sırasında iki tür oluşum mümkündür: 1) ve 2). Tanımlamak termal etkiler bu reaksiyonlar.

59. Bir proton ve iki nötron birleştiğinde ne kadar enerji açığa çıkar? atom çekirdeği?

60. Nükleer reaksiyonun enerjisini hesaplayın

61. Molibdenin vücut merkezli kübik yapısı vardır kristal kafes. En yakın komşu atomlar arasındaki mesafe 0,272 nm'dir. Molibdenin yoğunluğunu belirleyin.

62. Debye teorisini kullanarak hesaplayın spesifik ısı kapasitesi 12 K sıcaklıktaki demir. Demir için karakteristik Debye sıcaklığının 467 K olduğunu varsayalım. T koşulunun karşılandığını varsayalım.

63. Altının yüz merkezli kübik kristal kafesi vardır. Kafes parametresi 0,407 nm ise altının yoğunluğunu ve en yakın atomlar arasındaki mesafeyi bulun.

64. 5·10 · 22 m -3 konsantrasyonlu indiyum ve 2 ·10 · 21 m -3 konsantrasyonlu antimon içeren germanyumun safsızlık elektrik iletkenliğini belirleyin. Germanyum için elektron ve delik hareketlilikleri sırasıyla 0,38 ve 0,18 m2/(V-s)'dir.

65. Oda sıcaklığında rubidyumun yoğunluğu 1,53 g/cm3'tür. Vücut merkezli kübik kristal kafese sahiptir. En yakın komşu rubidyum atomları arasındaki mesafeyi belirleyin.

66. 500 g ağırlığındaki bir altın külçe 5 K'den 15 K'ye ısıtılıyor. Debye teorisini kullanarak ısıtma için gereken ısı miktarını belirleyin. Altın için karakteristik Debye sıcaklığı 165 K'dır. T koşulunun karşılandığını varsayalım.

67. 2·10 · 22 m -3 konsantrasyonunda bor ve 5 ·10 · 21 m -3 konsantrasyonunda arsenik içeren germanyumun safsızlık elektrik iletkenliğini belirleyin. Germanyum için elektron ve delik hareketlilikleri sırasıyla 0,38 ve 0,18 m2 /(V s)'dir.

68. Yüzey merkezli kübik kristal kafese sahip olan gümüşün kafes parametresini ve en yakın komşu atomları arasındaki mesafeyi bulun. Oda sıcaklığında gümüşün yoğunluğu 10,49 g/cm3'tür.

69. Debye teorisini kullanarak, 14 K sıcaklıkta çinkonun molar ısı kapasitesini bulun. Çinko için karakteristik Debye sıcaklığı 308 K'dir. T koşulunun karşılandığını varsayalım.

70. 5·10 22 m -3 konsantrasyonunda bor ve 5·10 21 m -3 konsantrasyonunda antimon içeren silikonun safsızlık elektrik iletkenliğini belirleyin. Silisyum için elektron ve delik hareketlilikleri sırasıyla 0,16 ve 0,04 m2/(Vs)'dir.

936. Bir elektronun foton enerjisi nedir? Bir elektronun foton enerjisi, kütlesi elektronun kütlesine eşit olan bir fotonun enerjisidir. 511000eV'ye eşittir (Şekil 78, formül 6).

^ 937. Bir elektronun foton enerjisi ile hidrojen benzeri Fermium atomunun bir elektronunun yayacağı E=136000eV fotonun enerjisi arasındaki fark nedir? 511000-136000=375000eV'ye eşittir. Böylece hidrojen benzeri bir Fermiyum atomu oluştuğunda elektron, kütlesinin ve enerjisinin yaklaşık %25'ini kaybedecektir. Elektronun kütlesindeki azalmanın bir sınırı olduğundan, açıklanan olayın meydana gelmemesi oldukça doğaldır, bundan sonra stabilitesini kaybetmesi ve eterde çözünmesi gerekir.

^ 938. Yapılan analizden ne sonuç çıkıyor? Isı ile tanımladığımız mümkün olan maksimum sıcaklık, ultraviyole veya erken X-ışını aralığındaki fotonlar tarafından oluşturulmaktadır, ancak bu fotonların kesin parametrelerini henüz bilmiyoruz.

^ 939. Makro ve mikro dünyanın termodinamiği arasındaki farkın özü nedir? Buhar kazanları gibi kapalı sistemlerde ve Dünya gezegeninin hava sahası gibi açık sistemlerde basıncın ortaya çıkma nedenlerinin yorumlanması.

^ 940. Mikrokozmosun termodinamiği buhar kazanındaki basıncı nasıl yorumluyor? Bir tanesi önemli kavramlar Makrokozmosun termodinamiği, molekülleri ve kümeleri tarafından oluşturulan gaz basıncı kavramıdır. Yaygın olarak kullanılır matematiksel modellerÇeşitli termodinamik süreçleri hesaplamanıza olanak tanıyan makrokozmosun termodinamiği. Makrokozmosun termodinamiği, bir buhar kazanında basınç oluşumunda diğer katılımcıları, örneğin moleküllerin elektronları ve su kümeleri tarafından yayılan fotonları görmez.

^ 941. Makrokozmosun termodinamiği, fırtına sırasında güçlü gök gürültüsüne neden olan hava basıncındaki artışı nasıl yorumluyor? Mümkün değil. Bu olgunun makrokozmosun Termodinamiğinin yetki alanına girmediğine inanılmaktadır.

^ 942. Mikrodünyanın Termodinamiği fırtınadaki gök gürültüsünü nasıl yorumluyor?

Çalışırken çatırtı sesinin oluşmasına dikkat edin. elektrik kıvılcımı. Fırtına sırasındaki gök gürültüsünün sesi, elektrik kıvılcımının çatırtı sesinden kat kat daha güçlüdür. Soru hemen ardından geliyor:

^ 943. Yıldırım bölgesindeki basıncı oluşturan ve gök gürültüsü şeklinde güçlü seslerin oluşmasına neden olan şey nedir? Yıldırımın doğum anında hava basıncındaki artışın özü nedir? Cevap basit. Elektronların ve fotonların yarıçapları, boyutlarının ana parametreleridir. Elektron yarıçapı formül (7)'de sunulur ve ortalama yarıçap ışık foton eşittir, yani 100.000 kat daha fazladır. Fırtınadaki gök gürültüsünün, boyutları onları yayan elektronların boyutlarından 100.000 kat daha büyük olan ışık fotonlarının artan basıncının bir sonucu olduğu açık değil mi? Fırtına sırasında hava basıncının artmasının ve güçlü gök gürültüsünün ana nedeni budur.

^ 944. Peki kısaca makro dünyanın Termodinamiği ile mikro dünyanın Termodinamiği arasındaki farkların özü nedir? Gazlar, makrokozmosun termodinamiği kavramıdır ve elektronlar ve fotonlar, mikrokozmosun temsilcileri olan basınç oluşumundaki ana katılımcılardır. Gizli olan budur temel fark Mikro dünyanın termodinamiğinden makro dünyanın termodinamiği. Makrokozmosun nesneleri olan gazların basıncı sıcaklıklarıyla orantılıdır ve fotonların oluşturduğu basınç sıcaklıkla ters orantılıdır. Fırtına sırasında, atmosferde buhar kazanındaki buharın sıcaklığına benzer bir sıcaklık yoktur ve fotonların ürettiği basınç, kazandaki ısıtılmış su buharının basıncından kat kat daha yüksektir ve gök gürültüsünün gücü bunu doğrular. Bu. Mermilerin ve mermilerin uçuşunu sağlayan basınç oluşumu süreçlerinde mikro dünyanın termodinamik yasalarının büyük bir rol oynaması ve mikro dünyanın termodinamik yasalarının daha küçük bir rol oynaması oldukça doğaldır. Onların işbirliği Kapalı sistemlerde basınç oluşumu henüz kimse tarafından incelenmemiştir. Burada iyi bilinen nedenlerden dolayı makro ve mikro dünyanın Termodinamiğini karşılaştırma sürecini durduruyoruz.

^ 945. Kısaca mikro dünyanın Termodinamiğinin özü hakkında? Evren fotonlarla doludur ve fotonik bir ortamda bulunur. Fotonik ortamı oluşturan fotonların dalga boyları 0,05 m ile 0,05 m arasında değişmektedir. Evrenin herhangi bir bölgesindeki sıcaklık, bu bölgede yoğunluğu maksimum olan fotonlar tarafından oluşturulur. Minimum sıcaklık dalga boyu yaklaşık 0,05 m olan bir dizi foton oluşturur. Maksimum sıcaklığı oluşturan fotonların dalga boyu henüz belirlenememiştir. Evrenin sıcaklık dengesi, sıcaklık dengesi yasasına tabidir. Şöyle diyor: Evrenin herhangi iki noktasında onları oluşturan fotonların sıcaklıkları ve dalga boylarının çarpımı sabit ve eşit bir değerdir (formül 8, Şekil 78). Makrokozmosun termodinamiğinin birinci yasası sınırlı alan eylemler. Makrokozmosun termodinamiğinin ikinci yasası güvenilirdir ve mikrokozmos hakkındaki yeni bilimsel bilgilere dayanarak daha da geliştirilmeyi hak etmektedir.

^ 11. MİKRO VE MAKRO DÜNYANIN ELEKTRODİNAMİĞİ

946. Mikro dünya hakkındaki yeni bilgiler açısından deneysel fizikçilerin Elektrodinamik alanındaki başarıları nasıl değerlendirilebilir? Mikro dünya hakkındaki yeni bilgiler açısından elektrodinamik alanındaki deneycilerin başarıları fantastik görünüyor.

^ 947. Teorik fizikçilerin elektrodinamik alanındaki başarıları mikro dünya hakkındaki yeni bilgiler açısından nasıl değerlendirilebilir? Ne kadar derinden yanlış. Mikro dünya hakkındaki yeni bilgiler açısından bakıldığında, elektrodinamiğin teorik alanı, güvenilir gerçeklerin bulunduğu küçük adacıklardan oluşan bir çöldür.

^ 948. Maxwell'in elektrodinamik dersi dünyanın tüm üniversitelerinde okutulduğunda böyle bir ifadenin güvenilir olduğunu kabul etmek mümkün müdür? Mevcut teorik elektrodinamiğin yanlışlığının anlaşılmaması, stereotipin gücünün bir sonucudur. teorik düşünme Yirminci yüzyılda esas olarak doğal arzuları matematik aygıtının gücünü göstermek olan ama fiziksel öz, olayları ve süreçleri anlattı.

949. Şu ana kadar asılsız olan bu açıklamanın güvenilirliğini burada sunulan soru ve cevapların dikkatle okunması sürecinde doğrulamak mümkün müdür? Yeni bilgiye susamış olanlar bu fırsatı yakalar.

950. Deneysel elektrodinamiğin başlangıcı yaklaşık 200 yıl önce Faraday tarafından atıldı. Teorik temeli yaklaşık 150 yıl önce Maxwell tarafından atıldı. İnsanlığın tüm elektrodinamik başarıları Faraday ve Maxwell'in fikirlerine dayanmaktadır. Mevcut elektrodinamiği sorgulamak mümkün mü?

Elektrodinamiğin gelişimi çok sayıda deneysel ve teorik çelişkinin göz ardı edilmesi yolunu izledi. Artık o kadar çok var ki, elektrodinamiğin daha da gelişmesinde güçlü bir fren haline geldiler. 951.Modern teorik fizik kapalı ve tutarlı bir bilim olarak kabul edilir. Kapatılan ana bağlantı fiziksel bilgi Maxwell denklemlerinin Lorentz dönüşümlerine göre değişmezliğidir. Bütün bunları sorgulamak mümkün mü? Lorentz dönüşümlerinin teorik bir virüs olduğunu zaten kanıtlamıştık, bu nedenle belirtilen değişmezliğin gerçeklikle hiçbir ilgisi yoktur. Önemli olan, deneysel olarak kolayca doğrulanabilen fiziksel değişmezliktir. Biz gösterdik tam yokluk fiziksel değişmezlik

Maxwell denklemleri. Matematiksel değişmezlik ise Doğa Bilimlerinin temel aksiyomu olan Birlik aksiyomunun yargısal işlevlerinin göz ardı edilmesi sonucu ortaya çıkmıştır. 952. Dinamik kavramı uzun zaman önce, geliştirme sırasında doğdu. bilimsel temeller mekanik. Hareketlerin anlatıldığı bölümdür maddi organlar

^ kendilerine uygulanan kuvvetlerin etkisi altındadır. Daha sonra elektrodinamik, hidrodinamik ve aerodinamik kavramları ortaya çıktı ve orijinal “Dinamik” kavramının doğasında var olan anlamı somutlaştırma ihtiyacı ortaya çıktı. Maddi cisimlerin mekanik hareketlerini tanımlayan dinamiği, dinamik sözcüğünü içeren diğer kavramlardan ayırmak için “Mekanodinamik” kavramı ortaya atılmıştır. Bu bağlamda şu soru ortaya çıkıyor: Bu kavramla ilişkili süreçleri ve olayları daha doğru bir şekilde tanımlamak için "Elektrodinamik" kavramının bilimsel içeriğini belirtmeye ihtiyaç var mı? Evet, böyle bir ihtiyaç çoktan olgunlaştı ve ayrıntılı açıklamaları için süreç ve olay yelpazesini daraltmak amacıyla elektrodinamik kavramına ek kelimeler eklemek zorunda kalıyoruz. Tüm elektrodinamik olay ve süreçlerin temelini inceleyen bir bölümün olması gerektiğine inanıyoruz: tüm elektrodinamik süreçleri ve olayları oluşturan ve gelişimlerini kontrol eden mikro dünya sakinlerinin yapıları ve davranışları. Biz buna daha önce “Mikro dünyanın elektrodinamiği” adını vermiştik. “Elektrodinamik” kavramı başlangıçta elektrikli cihazların çalışmasını tanımlamak için ortaya atıldığından, “Elektrik mühendisliğinin elektrodinamiği” kavramının da tanıtılmasına ihtiyaç duyulmuştur. Dahası, alandaki fantastik deneysel başarılar göz önüne alındığında bilgi elektroniği“Elektroniğin elektrodinamiği” kavramı tanıtılmalıdır.

^ 954. “Mikrodünyanın Elektrodinamiği”nin teorik başarılarının düzeyini yaklaşık olarak tahmin etmek mümkün müdür? Yaklaşık olarak mümkündür. Mikro dünyanın elektrodinamiği, tüm elektrodinamik süreç ve olayların ana katılımcıları olan elektronların ve fotonların yapıları biçiminde zaten güçlü bir teorik temele sahiptir. Ancak bu temele ilişkin teorik bilginin tam olarak geliştirilmesi hala ileridedir.

^ 955. “Elektrik Mühendisliğinin Elektrodinamiği” alanındaki teorik kazanımlar hakkında ne söylenebilir? Mekanodinamikteki başarılarla yaklaşık olarak aynı konumdadırlar. Mekanodinamikte hayatta kaldı ve konumunu güçlendirdi ana kanun eski dinamikler - Newton'un ikinci yasası. Ancak Newton'un birinci yasasının yanlışlığı, yeni ifade Maddi cisimlerin hareketlerinin tanımına katılımı Newton'un önceki dinamiklerinde hatalı bir şekilde sunulan atalet kuvvetleri de dahil olmak üzere, kendilerine uygulanan kuvvetlerin etkisi altında maddi cisimlerin hareketini tanımlayan yasalar. Elektrik mühendisliğinin elektrodinamiği de benzer bir konumdadır. Ana kanunu olan Ohm kanunu konumunu güçlendirirken, Kirchhoff kanunları zemin kaybediyor ve formülasyonlarında ayarlamalar yapılmasını gerektiriyor.

^ 956. Elektroniğin Elektrodinamiği teorisinin konumu nedir? En kötü haliyle. Burada, Maxwell'in elektrodinamiği ile birlikte neredeyse tüm eski teorik kavramlar çöktü ve elektronik elektrodinamiğinin teorik alanı, elektron ve fotonun yapısı dışında neredeyse terk edildi; Elektronik olguları ve süreçleri. Bilginin oluşumu ve aktarımı alanındaki fantastik deneysel başarıların hepsinin bu parçacıkların yapılarına dayandığı söylenebilir. Tüm bu başarılar deneme yanılma yoluyla elde edildi ve bu başarıların tek bir yazarı bile onların fiziksel özünü anlamıyor.

^ 957. Yeni pratik bilgiler elde etmek için elektrodinamiğin belirtilen bölümlerindeki bilgiyi diğer dinamiklerden gelen bilgilerle birleştirmek mümkün müdür? bilimsel başarılar? Böyle bir işbirliği sadece mümkün değil, aynı zamanda son derece gerekli ve bunun uygulanmasının örnekleri zaten mevcut.

^ 958. Bu ihtiyacın hayata geçirilmesine dair en az bir örnek vermek mümkün müdür? Olabilmek. Eski Newton dinamiği yasalarının ve Kirchhoff yasalarının düzeltilmesi, halihazırda kendi kendine dönen bir jeneratörün yaratılmasına yol açmıştır. elektriksel darbeler daha önce imkansız olduğu düşünülen bir şeydi.

^ 959. Bu kurumsal bilimsel başarıların özü nedir? Yeni mekandinamik yasalarını ve darbeli elektrik mühendisliğinin yeni yasalarını birleştirirsek, atalet kuvvetleri elektrik gücünü katlayacak teknik bir cihaz geliştirmenin mümkün olduğu ortaya çıktı.

^ 960. Elektrik gücünün eylemsizlik çarpımı yasasının uygulanmasının sonuçlarını neyle karşılaştırabiliriz? Geleceğin enerji sektörü açısından taşıdığı önem bakımından hiçbir rakibi yoktur.

961. Sonuçlar ne zaman yayınlanacak? deneysel kanıt elektrik gücünün eylemsizlik çarpımı yasasının güvenilirliği ve bu deneylerin bir video filmi? Bu sorunun cevabı bu buluşun yazarlarına bağlı değildir.

^ 962. Elektrodinamiğin tüm dallarının dayanacağı temelleri sunmaya başlamak mümkün mü? Öğrenme sürecinin, bilimsel başarıların sonuçlarını ticarileştirme sürecinden daha güvenli olmasını umuyoruz, bu nedenle bu masal dünyasında kaldığımız süre boyunca bu çalışmayı ana misyonumuz olarak değerlendireceğiz. Mikrokozmosun elektrodinamiğinin temellerinin sunumuyla başlayalım.

^ 963. Mikro dünyanın elektrodinamiği geleneksel elektrodinamikten nasıl farklıdır? Eski elektrodinamikte elektronlar kendi başlarına, manyetik ve elektrik alanlar ise aralarında gözle görülür bir bağlantı olmaksızın kendi başlarına mevcuttu. Mikro dünyanın elektrodinamiğinde, manyetik ve elektrik alanları elektronları ve protonları oluşturur ve manyetik ve elektrik alanlarındaki değişiklikler, elektronların yönelimindeki değişikliklerin bir sonucudur.

^ 964. Mikrokozmosun elektrodinamiği neye dayanıyor? Mikrokozmosun elektrodinamiğinin temeli fotonlar, elektronlar ve protonlardır.

965. Bu parçacıklardan hangisi elektrik mühendisliği yasalarını oluşturur? Elektrik mühendisliğinin tüm yasaları foton ve elektronun yapısına ve davranışına dayanmaktadır.

966. Protonun elektrik mühendisliğinde oynadığı rol nedir? Kablolu elektrik mühendisliği olarak adlandırılan alanda proton herhangi bir rol oynamaz çünkü yoktur ve olamaz. serbest protonlar.

^ 967. Proton elektrik mühendisliğinin hangi bölümünde yer alıyor? Elektrik mühendisliğinin bu bölümünde çalışan elektriksel süreçlerçözümlerde. Orada proton, elektronla birlikte elektriksel süreçlere meşru bir katılımcıdır.

968. O zaman pozitif bir yük (proton) ve negatif yük (elektron) ile ilişkili olan elektriğin negatif ve pozitif işaretleriyle ne yapmalı? Negatif ve pozitif yükler yalnızca çözeltilerde bulunur, ancak tellerde mevcut değildir.

^ 969. Mikro dünyanın elektrodinamiği bilgisine hakim olmak için elektron hakkında bilmeniz gerekenler nelerdir? Aşağıdaki adreste yayınlanan ve yoğun bir şekilde kopyalanan “Principles of Physical Chemistry Microworld” monografisindeki “Elektron, proton, nötron” bölümünü okumalısınız:

970. Soru ve cevaplarla elektron hakkında bilgi vermek mümkün müdür? Burada zaten sunulmuş ve yayınlanmıştır. Bunlar hayır. 305-380.

Soruların ve cevapların daha iyi anlaşılmasını kolaylaştırmak için elektron modelinin bir diyagramını sunalım (Şekil 79) ve elektronun iki manyetik kutbu olduğunu hatırlayalım: kuzey ve güney. Ayrıca elektron yapısının oluşumu ve davranışı 23 sabit tarafından kontrol edilmektedir. Serbest bir elektronun tüm parametreleri kesinlikle sabittir; yalnızca elektron başka bir elektronla, bir protonla veya manyetik ve elektrik alanlarıyla etkileşime girdiğinde değişmeye başlar.

^ 971. O zaman tellerin uçlarını pozitif ve pozitif olarak nasıl anlayabilirim? olumsuz işaretler elektrik? Bu sorunun doğru cevabını bulmak için deneye dönelim. Şek. Şekil 79, b) bir plazma-elektrolitik reaktörün laboratuvar modelini göstermektedir. Bu reaktörün katot alanı 30-50 katıdır daha az alan anot. Sonuç olarak, PP bölgesindeki katot kafasında plazma belirir (Şekil 79, b) atomik hidrojen. Pozitif yüke sahip olan hidrojen atomlarının protonları, su moleküllerinden ve iyonlardan ayrılır ve negatif elektroda - katoda doğru koşar. Ondan elektronlar alırlar ve yalnızca 2700C ila 10000C arasındaki sıcaklıklarda plazma halinde bulunan hidrojen atomları oluştururlar. İyonlar çözelti içinde anoda doğru hareket eder, ona bir elektron verir ve teller boyunca protonlarla buluştukları katoda doğru hareket ederler. Bundan açıkça şu sonuç çıkıyor:

1-tellerde yalnızca elektronlar hareket eder; 2 – elektronlar tellerde anottan (artı) katoda (eksi) doğru hareket eder. Eski elektrodinamikte bunun tersi doğrudur: Protonlar ve elektronlar kablolarda bir arada bulunabilir ve elektronlar eksiden artıya doğru hareket eder. Bu yanlış kanıyı bir kenara bırakalım ve az önce anlatılan deneyin sonuçlarına göre hareket edelim. Serbest protonlar yalnızca çözeltilerde bulunabilir ve tellerde bulunamaz. Kablolarda artıdan eksiye yalnızca elektronlar hareket eder.

^ 972. Eski elektrodinamikte artı ve eksilerin yerini ne alıyor? Bu sorunun cevabını ararken elektronların bir tel içerisinde hareket ederken spinlerini ve dolayısıyla manyetik kutuplarını, kuzey manyetik kutuplarının da hareket yönünde yönlendirildiğini düşünelim (Şekil 79, c, d). ). Daha sonra, daha önce artı işaretiyle gösterilen telin başlangıcında, güney manyetik kutbu S olacak ve elektronun hareket ettiği telin ucunda, kuzey manyetik kutbu N olacaktır. Buradan, telin artı işareti ile gösterdiğimiz ucunun aslında elektrik işareti olmayıp, güney manyetik kutbu olduğu ve telin olarak işaret ettiğimiz ucunun olduğu açıkça anlaşılmaktadır. bir eksi, kuzey manyetik kutbu vardır. Böylece artıyı güney manyetik kutbuyla, eksiyi de kuzeyle değiştirdik. Bütün bilgelik budur.

973. Tellerin çevresinde akımın oluşturduğu manyetik alan çizgilerinin yönleri, teller boyunca hareket eden elektronların manyetik alanlarının yönleriyle çakışıyor mu (Şekil 79, c ve d)? Tamamen örtüşüyorlar ve mikrokozmosun tüm elektrodinamiği buna dayanıyor. ana nokta yeni elektrodinamik, o zaman güvenilirliğini deneysel olarak daha dikkatli bir şekilde kontrol edeceğiz.

974. Mikrokozmosun elektrodinamiğinde elektronların teller boyunca hareketinin önemi nedir? Hayati.

^ 975. Elektronların teller boyunca hareket yönünü belirlemenin hangi yönteminin en güvenilir olduğu ortaya çıktı? Bu soruyu cevaplamadan önce, sağ ve sol el kuralları olarak adlandırılan eski yöntemin tamamen yanlış olduğunu belirtelim. Bu yöntemin anakronizmi, Rusya'nın önde gelen elektrik mühendislerinden biri tarafından çok yerinde bir şekilde yansıtılmış ve buna sol el ve sağ ayak kuralı adı verilmiştir.

^ 976. Bulundu mu? yeni yöntem teller boyunca elektron hareketinin yönünü belirlemek? Bulundu, şaşırtıcı derecede basit olduğu ortaya çıktı.

977. Tellerdeki elektronların hareket yönünü belirlemek için hangi cihaz kullanılır? En eskisi pusuladır.

^ 978. Bu özel cihaz neden elektronların teller boyunca hareket yönünü doğru bir şekilde belirlemeyi mümkün kıldı? Çünkü bir tel boyunca hareket eden elektronlar, onun etrafında kesin olarak yönlendirilmiş bir manyetik alan oluşturur ve bu alana yerleştirilen pusulanın iğnesi, onun görünümüne aktif olarak tepki verir.

979. Tellerin etrafındaki akımın oluşturduğu manyetik alanların, uygulanan voltajın etkisi altında tel içinde yönlendirilen elektronların toplanmasının manyetik alanlarının yönleriyle çakışmasının, toplam yönlendirilmiş manyetik alanlarının olması için deneysel olarak nasıl doğrulanır? iletkenin etrafındaki manyetik alan?

^ Formüle edilmiş ifadeyi test etmek için yapılan deney son derece basittir. Diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 80, a. 980. Pusula ibresinin uçlarındaki hangi manyetik kutup kuzeye dönüktür ve neden?

Kuzey, çünkü güney manyetik kutbu Dünya'nın kuzeyindedir. 981. Pusula kullanarak elektronların tel boyunca hareket yönünü belirlemek nasıl mümkün oldu? Çok basit. Bunu yapmak için masanın üzerine düz bir tel parçası yerleştirildi ve yönü güney G'den kuzey N'ye yönlendirildi. Daha sonra telin güney ucu akünün pozitif (+) terminaline bağlandı. Birinci pusula (A) telin üstüne, ikincisi (B) telin altına yerleştirildi ve devrenin kapatıldığı anda pusula iğnelerinin sapması gözlemlendi (Şekil 80, a). Elektronlar telde artıdan eksiye doğru hareket ettiğinden ve hareket yönünde kuzey manyetik kutuplarına göre yönlendirildiklerinden, hareketlerinin yönünü ve dönme yönünü karakterize eden elektronların manyetik momentleri pusulaya etki etmelidir. iğneler ve devre kapatıldığı anda onları saptırır. Manyetik moment vektörü, elektronun dönüş vektörünün (Planck sabiti) yönü ile çakışır ve dönme ekseni boyunca yönlendirilir, böylece vektörün ucundan bakıldığında dönmenin saat yönünün tersine yönlendirilmesi gerekir. Manyetik alan çizgileri de aynı yönde yönlendirilmelidir. manyetik alan

^ telin etrafındaki elektronlar tarafından oluşturulur. Daha sonra telin üzerine yerleştirilen pusula iğnesi (A) sağa, telin altına yerleştirilen pusula iğnesi (B) sola sapmalıdır. Pusulalar ideal olarak bu teorik tahminin güvenilirliğini doğrular (Şekil 80, a). 982. Tel ters yöne yönlendirilirse pusula iğnelerinin sapmaları nasıl değişecektir (Şekil 80 ve sağda?

^ Pusula iğneleri, telin artısının güney ucunda ve eksisinin kuzey ucunda olduğu durumdaki sapmalara (Şekil 80, sol tel) kıyasla zıt yönlerde sapar (Şekil 80, sağ tel). . Şek. 80 ve solda elektronlar yukarı doğru hareket eder ve telin etrafında saat yönünün tersine yönlendirilmiş, yani bir elektronun manyetik alanıyla tamamen aynı olan bir manyetik alan oluşturur. Bu, telin pozitif (+) ucunun güney manyetik kutbuna (S), negatif (-) ucunun da kuzey (N) kutbuna eşdeğer olduğu anlamına gelir. Bu deneyden ayrıca, elektronun böyle bir yönelime sahip olduğu telin etrafındaki manyetik alanın saat yönünün tersine büküldüğü ve manyetik bir momente sahip olduğu sonucu çıkar.

^ 984. Mikrokozmosun elektrodinamiğindeki bu merkezi deneyin sonuçlarını bir kez daha genelleştirmek mümkün müdür? Önemi o kadar büyüktür ki mutlaka yapılmalıdır. Şek. 80 gösterildi elektrik şeması tellerin yönleri pozitif uçları güneye (S) ve negatif uçları kuzeye (N) olacak şekilde yönlendirilmiştir. Telde akım olmadığında A, B, C ve D pusula iğnelerinin yönü sağ ve sol tellerin kuzey N yönüne denk gelir. Akım açıldığında telin etrafında manyetik bir alan oluşur. ve pusula iğneleri saptırılır. Elektronlar bir tel boyunca güneyden (S) kuzeye (N) doğru hareket ettiğinde (Şekil 80, sol tel), telin üzerinde bulunan A pusulasının iğnesi sağa doğru sapar ve B pusulasının iğnesi telin altında bulunan sola doğru sapar ( tablo şekil 80). Bu sonuçlardan, telin etrafındaki manyetik alanın saat yönünün tersine büküldüğü ve manyetik bir momente sahip olduğu anlaşılmaktadır. Bir elektron modelinin mevcudiyeti tanınmış destinasyon Manyetik momentinin vektörü, telin etrafındaki manyetik alanın, tel boyunca yönlendirilmiş bir dizi elektronun manyetik alanı tarafından, her bir elektronun manyetik moment vektörünün yönü ile çakışacak şekilde oluşturulduğuna inanmamız için neden verir. telin etrafında oluşan alanın manyetik moment vektörünün yönü (Şekil 80). Sağ tel boyunca kuzeyden (N) güneye (S) doğru hareket eden aynı elektronlar, çevresinde zıt yönlü bir manyetik alan oluşturur ve benzer C ve D pusulalarının iğneleri, A ve B pusulalarının oklarının sapmasına zıt yönde sapar ( Şekil 80).

^ 985. Tellerdeki elektronların artıdan eksiye doğru hareketini kanıtlayan ek deneyler var mı? ? Bu gerçeğin reddedilemezliği, 1984 yılında mühendis A.K Sukhval tarafından gerçekleştirilen başka bir temel deneyle doğrulandı. 500 Oe mertebesinde manyetik alan kuvvetine sahip elektromanyetik malzemeden yapılmış at nalı mıknatısını aldı ve kutuplarına 0,10-0,20 mertebesinde bir akım göstermeye başlayan hassas bir mikroampermetrenin problarını bağladı (Şekil 80, B). Bu durumda, mikroampermetrenin pozitif probu mıknatısın güney kutbuna S, negatif olanı da kuzey N'ye bağlandı. Bu, elektronların mikroampermetrenin telleri boyunca artıdan eksiye hareketinin ikna edici bir kanıtıdır, ya da daha doğrusu güney manyetik kutbu S'den kuzey N'ye. Özellikle 15 Haziran 2009'da, yani elektronun artıdan eksiye hareket sürecini tanımladıktan ve bunu birçok kez yayınladıktan çok sonra aldığımızı not ediyoruz.

986. Açıklanan deneyden hangi elektrik mühendisliği sonuçları çıkıyor?

Şekil 2'de sunulan deneysel sonuçlar. 80, fizik, elektrodinamik ve elektrik mühendisliği ders kitaplarının yanılgısını gösteriyor çünkü elektronların tellerde eksiden artıya doğru hareket ettiğini belirtiyorlar. Ancak deneyimlerimiz, telin etrafında oluşan manyetik alanın yönünün, içindeki serbest elektronların dönme yönüyle örtüştüğünü göstermektedir (Şekil 80, a), dolayısıyla akımın yönü elektronların hareket yönü ile çakışır. Bu basit örnek, güç kaynağının bir pil veya pil olması durumunda elektronların hareket ettiğini açıkça göstermektedir. tel ile pilin veya pilin pozitif terminalinden (Şek. 80) negatif terminale. Bu resim elektronların yapısıyla tamamen tutarlıdır ve şunu açıkça kanıtlamaktadır: serbest elektronlar ile teller sabit voltaj ders kitaplarında yazıldığı gibi güney manyetik kutupları telin pozitif ucuna, kuzey manyetik kutupları negatife doğru döndü ve bunun tersi doğru değil. Bu durumda tellerde serbest protonların varlığı gerekli değildir. pozitif potansiyelçünkü telin serbest elektronları uçlarında zıt elektrik yükleri değil, zıt manyetik kutuplar oluşturur.

987. Bir teldeki elektronların davranışı hakkındaki yeni fikirlerden, sabit voltajlı bir ağdaki tellerin pozitif ve negatif uçları hakkındaki fikirlerin kuzey ve güney manyetik kutuplu uçlarla değiştirilmesinin gerekli olduğu sonucu çıkıyor mu? Elbette olması gerekir ama bu ihtiyacın farkına varılması süreci uzun olacaktır. Ancak daha sonra göreceğimiz gibi bu kaçınılmazdır çünkü gerçek elektrodinamik süreçlerin anlaşılmasını derinleştirmek, elektrik kablolarının uçlarının belirlenmesinde yeni gelenekler olmadan mümkün değildir.

988. Tanımlanan temel deneyden hangi varsayımlar çıkıyor? "Varsayılan", güvenilirliği açık olmayan ancak deneysel olarak kanıtlanmış bir ifade olduğundan, açıklanan deneyden aşağıdaki varsayımlar çıkar:

1-elektronlar dönen bir elektromanyetik yapıya sahiptir;

2- korunum yasasıyla kontrol edilen elektron dönüşü kinetik moment Spin adı verilen Planck sabitinin yapısında görüntülenen;

4 - tel boyunca dönen ve hareket eden elektronların manyetik alanları, telin ötesine uzanan toplam bir manyetik alan oluşturur;

5 - Telin etrafındaki manyetik alanın manyetik momentinin vektörünün akımla yönü, vektörlerin yönleriyle çakışmaktadır. manyetik anlar elektronlar;

6- Elektronlar tel boyunca artıdan (+) eksiye (-) doğru hareket eder.

^ 989. Formüle edilmiş varsayımlar, elektronların sabit voltajlı bir tel boyunca hareketini tanımlamamıza izin veriyor mu? Tabii ki yapıyorlar. Piller ve akümülatörler saf doğrudan V voltajına sahiptir (Şek. 81). Bununla birlikte, bu kavram aynı zamanda düzeltilmiş alternatif voltajı da ifade eder, dolayısıyla bir teldeki elektronun davranışını analiz ederken bu gerçek dikkate alınmalıdır. Görülebileceği gibi (Şekil 81), elektronlar, manyetik momentlerinin vektörleri artıdan (+) eksiye (-) doğru yönlendirilecek şekilde sıralanır. Böylece, sabit voltajlı bir teldeki tüm serbest elektronların güney kutupları S, telin pozitif ucuna doğru yönlendirilir. Tüm serbest elektronların kuzey kutupları N'nin telin diğer ucuna doğru yönlendirildiği ortaya çıkar (Şekil 81).

^ 990. Elektrik tellerinin pozitif (+) uçlarının işaretlenmesinin güney manyetik kutupları S ile, negatif (-) uçlarının ise kuzey manyetik kutupları N ile değiştirilmesini gerektiren gerekçelerin özü nedir? Telin artı ucunun güney manyetik kutbuna ve eksi ucunun da kuzeye karşılık geldiği fikrinin temelini anlamak için telde serbest proton bulunmadığını, yani hiç proton bulunmadığını aklımızda tutmamız gerekir. onun içinde şekillenmek olumlu işaretşarj. Yalnızca serbest elektronlar vardır ve bunların bir yük işareti vardır, ancak iki manyetik kutbu vardır: güney (S) ve kuzey (N).

^ 991. Böyle bir değişimin gerekliliğine dair başka bir kanıt var mı? Daha sonra böyle bir anlaşmanın nasıl sonuçlar doğuracağını göreceğiz, bu da elektriksel etkilerin bu kadar çokluğunu açıklayacaktır. hipotez güvenle statü kazanıyor varsaymak.

^ 992. Tel malzemelerin atom ve molekül boyutları ile teller boyunca hareket eden serbest elektronların boyutları arasındaki fark ne kadar büyüktür? Aradaki fark yaklaşık bin kattır. Elektronların boyutları ve atomların boyutları.

^ 993. Getirmek mümkün mü mecazi karşılaştırma bu boyutlar arasındaki fark nedir? Olabilmek. Atomların değerlik elektronlarının kenarları 1 m olan küp şeklinde bir molekül veya küme oluşturduğunu varsayarsak, bu küp içinde hareket eden serbest elektronların boyutları bir milimetreye yakın olacaktır. Ancak serbest elektronların yükleri ve manyetik alanları, atom elektronlarının yüklerine ve manyetik alanlarına karşı kayıtsız değildir. Değerlik ve diğer bağlı elektronları etkilemeye ve foton yaymalarına neden olmaya yeterli oldukları ortaya çıktı.

^ 994. Elektronlar içlerinden geçerken teller nasıl ısınır? Uygulanan sabit voltaj, yalnızca serbest elektronları tel boyunca hareket ettirmekle kalmaz, aynı zamanda teli ısıtan fotonlar da üretir. Uygulanan voltaj ne kadar büyük olursa, teldeki elektronların hızı da o kadar büyük olur ve daha yüksek enerjili fotonlar yayan bağlı elektronlar üzerindeki etkileri de o kadar yoğun olur.

^ 995. Elektronların bir teli daha yoğun ısıtmasını nasıl sağlayabiliriz? Cevap açıktır. Telden bir spiral oluşturmanız gerekiyor. Manyetik alanlar, spiral şeklinde sarılmış bir telde tellerin çok ötesine uzandığı için birbirleriyle etkileşime girerek serbest, bağlı ve valans elektronları üzerinde daha yoğun etki göstererek foton yaymaya ve spirali ısıtmaya başlarlar.

996. Bu, alternatif voltajlı bir telde elektronlar üzerindeki etkinin yoğunluğunun arttığı ve bunun sonucunda kayıpların arttığı anlamına mı geliyor? elektrik enerjisi sabit voltajlı kablolardaki kayıplarla karşılaştırıldığında?

Cevap kesinlikle olumludur ve elektronların alternatif akımla teller boyunca hareketini ele aldığımızda bunu daha net göreceğiz. 997. Alternatif gerilim ve alternatif akım sinüzoidal olarak değiştiğinden, bu değişikliklerin genliği pozitif ve. Bu zıt voltaj ve akım genlikleri işaretleri, pozitif ve negatif elektrik yükleriyle ilişkili midir? Eski elektrodinamik ve eski elektrik mühendisliği bu tür fikirlere dayanmaktadır ve mikro dünyanın elektrodinamiği, akımı taşıyan tellerde pozitif yük bulunmadığından bunları reddeder. Yalnızca bir negatif yüke sahip elektronlar yanlarında hareket eder.

^ 998. O halde sinüzoidal gerilim ve akımın pozitif ve negatif genliklerini ne oluşturur? Sinüzoidal olarak değişen gerilim ve akımın pozitif ve negatif genlikleri, elektronların kuzey ve güney manyetik kutupları tarafından oluşturulur.

999. Bunu nasıl yapıyorlar? Cevap Şekil 2'dedir. 82. Şek. 82, a, b, c, d, e şeklin sağında.

1000. Öğrencilerin anlatılan akım ve gerilim oluşumu sürecini öğrenmelerinin zamanı geldi mi? Elbette artık zamanı geldi ama bu bilgi henüz onlara ulaşmadı. Son zamanlarda kendi bölümümdeki yüksek lisans öğrencileri benden kendilerine elektrik mühendisliği de dahil olmak üzere yeni bilgiler üzerine bir dizi ders vermemi istediler. Şok oldular yeni bilgi ve şunu sordu: Neden daha önce, 3. ve 4. yıllarda bu konu onlara ayrıntılı olarak anlatılmadı? Bu soruya ikna edici bir cevabım yoktu.

1001. Her şey bu kadar açık ve basitse, sinüzoidal olarak değişen voltajların oluşumuna ilişkin açıklanan süreci hangi denklemler tanımlar? Sabit bir voltajda elektronların yönelimiyle başlarsak, voltajdaki (Şekil 82, formül 1), akımdaki (Şekil 82, formül 2) ve manyetik alan gücündeki (Şekil 80, formül 3) değişimi açıklayan denklemler ortaya çıkar. ) Şekil 2'de sunulan forma sahip olacaktır. 82.

^ 1002. Gerilim, akım ve manyetik alan gücündeki sinüzoidal değişimi hangi süreç kontrol eder? Tellerdeki elektronların yönünü değiştirmeye ilişkin açıklanan sürecin, örneğin enerji santrali jeneratörleri gibi birincil güç kaynaklarının mıknatıslarının manyetik kutupları tarafından kontrol edildiğini varsaymak oldukça doğaldır.

^ 1003. Sözde ana parametreleri değiştirmeye yönelik açıklanan sürecin ana özü nedir? klima? Ana özellik açıklanan süreç, telin etrafındaki voltaj U, akım I ve manyetik alan gücü H'deki sinüzoidal değişimin senkronizasyonudur. Açıklanan işlem, alternatif bir voltajla, telin dikkate alınan bölümündeki elektron sayısının değişmediğini, ancak yalnızca Mo vektörü ile karakterize edilen telin etrafındaki manyetik alanın yönünü değiştiren yönlerinin değiştiğini göstermektedir (Şekil 1). .82).

^ 1004. 220V alternatif gerilime sahip tellerde elektronlar hangi frekansta yön değiştirir? Normal bir ağda alternatif gerilime sahip bir teldeki elektronların davranışının açıklanan sürecinden, serbest elektronların, ağ frekansı 50 Hz, yani saniyede 50 kez olduğu için içindeki yönlerini değiştirdiği anlaşılmaktadır.

^ 1005. Alternatif gerilimli ağlarda sabit gerilimli ağlara kıyasla büyük enerji kayıplarının ana faktörünün özü nedir? Gerçek şu ki, sabit voltajlı tellerde elektronlar tel boyunca yönlerini değiştirmeden hareket eder ve bu nedenle daha az foton yayar. Alternatif gerilimli ağlarda elektronlar, ağın frekansıyla (50 Hz) dönme eksenlerinin yönünü (dönüşlerini) değiştirerek tel boyunca hareket eder. Alternatif gerilimli bir telde (Şekil 82), ek enerji harcanır. Tel etrafında bir manyetik alanın periyodik oluşumu üzerine spin vektörlerinin ve elektronların manyetik momentlerinin yönlerinin değiştirilmesi. Sonraki, ani değişim Serbest elektronların spin vektörlerinin yönü ve manyetik momentleri, eksenlerine göre dönme hızlarını değiştirir, bu da fotonların yayılmasına yol açar. Telin etrafındaki manyetik alanın değişen polaritesinin sadece serbest elektronlara değil, aynı zamanda moleküllerdeki atomların değerlik elektronlarına ve sahip olmayan atomların elektronlarına da etki ettiği akılda tutulmalıdır. değerlik tahvilleri. Sonuç olarak onlar da foton yayabilir ve enerji kaybını artırabilirler.

^ 1006. Hangi örnek elektrik kaybını en açık şekilde kanıtlıyor? Enerji kaybı olgusunun açık bir tezahürünün en basit örneği, akkor ampulün spirali veya elektrikli sobanın spiralidir. Spiral ipliklerin etrafındaki alternatif manyetik alanlar, spiral adımından çok daha büyüktür. Sonuç olarak, birbirleriyle örtüşürler ve böylece spiralin malzemesinin atomlarının elektronlar üzerindeki etkisinin yoğunluğunu arttırırlar ve heyecanlandıklarında, bir elektrikli sobanın veya ampulün spiralini aydınlatan fotonlar yaymaya başlarlar. Bu durumda yayılan fotonların dalga boyu (spiralin rengi) uygulanan voltaj ve akım değerine bağlıdır. Ne kadar büyük olursa, spiral telin her bölümünde birim zamanda daha fazla elektron geçer, bu da spiral telin etrafında oluşan manyetik alanın gücünü artırır ve bu alan da elektronlara daha yoğun etki ederek onlara neden olur. tek bir foton emisyonu eyleminde daha fazla kütle kaybetmek.

^ 1007. Elektronların foton yayma sürecini kontrol etmek mümkün mü? Fotonun kütlesi ne kadar büyük olursa dalga boyunun da o kadar kısa olduğu bilinmektedir. Sonuç olarak, yayılan fotonların dalga boyunu değiştirme süreci, manyetik alanların elektronlar üzerindeki etkisinin şiddeti değiştirilerek kontrol edilebilir. Deneysel olarak geliştirilen bu prosedürün modern elektronikte en yüksek mükemmelliğe ulaştığı söylenebilir, ancak teorisyenler bu mükemmelliğin inceliklerini anlamaktan çok uzaktır.

^ 1008. Gerilim, akım ve manyetik alan kuvvetindeki değişikliklerin senkronizasyonu hangi durumlarda bozulur? Daha sonra, bir elektrik devresinde kapasitans ve endüktans göründüğünde, voltaj, akım ve manyetik alan gücündeki değişikliklerin senkronizasyonunun bozulduğunu ve kosinüs phi adı verilen güç hesaplanırken bu ihlallerin dikkate alındığını göreceğiz.

^ 1009. Olarak olduğu gibi modern fizik ve elektrik mühendisliği tellerdeki akımın yönünü belirler mi? Uzun zamandır dikey olarak yerleştirilmiş bir telin DCüzerinde metal talaşların bulunduğu bir kağıt tabakasından geçer, daha sonra tele dik bir manyetik alanın etkisi altında talaşlar yönlendirilir. Bu yönelimi teldeki akımın yönü ile ilişkilendirmek için bir arkadaşımızın ifadesiyle sol el ve sağ ayağın, yani kafa karıştırıcı ve kötü algılanan bir yöntem geliştirildi. Havada ve mıknatısların manyetik kutuplarında benzer manyetik kuvvet çizgileri oluşur. Manyetik alan çizgilerinin kuzey manyetik kutbundan çıkıp güney manyetik kutbuna girdiği genel kabul görmektedir.

^ 1010. Manyetik alan çizgilerinin taşıyıcısı nedir? Bu mühürlü bir sırdır. Ancak bunun eter kavramıyla tanımlanabilecek bir tür görünmez madde olduğuna inanmak için nedenler var. Tüm alanı eşit şekilde doldurur ve manyetik alanın etkisi altında yönlendirilmiş bir pozisyon alır.

^ 1011. Çubuk mıknatısların zıt ve benzer manyetik kutupları birbirleriyle nasıl etkileşir? Bu soruyu cevaplamak için Şekil 2'ye bakalım. 83, a. Görüldüğü gibi (Şekil 83, a), birbirini yakınlaştıran zıt manyetik kutuplar için, kutupların temas bölgesindeki manyetik alan çizgileri (Şekil 83, a, a noktaları) birbirine doğru yönlendirilir.

^ 1012. Aynı isimli çubuk mıknatısların manyetik kutupları birbirleriyle nasıl etkileşir? Birbirini iten aynı isimli manyetik kutuplar için (Şekil 83, b, b noktaları), kutupların temas bölgesindeki manyetik alan çizgilerinin yönleri çakışmaktadır.

1013. Çubuk mıknatısların manyetik alan çizgilerinin etkileşimi süreci, manyetik alan çizgilerinin, tellerin etrafındaki manyetik alanların doğru akımla etkileşimi süreciyle örtüşüyor mu? Bu sorunun cevabı Şekilde yer almaktadır. 83, c ve d. Gördüğünüz gibi tesadüf tamamlandı. Akımların yönleri (artıdan eksiye veya güney kutbu S'den kuzey kutbu N) paralel teller çakışır (Şekil 83, c), daha sonra bu tellerin etrafındaki manyetik alanların manyetik kuvvet çizgileri, çubuk mıknatısların zıt manyetik kutuplarında olduğu gibi, temas bölgelerinde birbirlerine doğru yönlendirilir (Şekil 83, c). 83, a, bölge a-A). Sonuç olarak teller birbirine yaklaşır. Akımların yönleri ne zaman paralel teller zıttır (Şekil 83 d), ardından manyetik yönleri elektrik hatları Bu tellerin etrafındaki manyetik alanlar temas alanında çakışmaktadır. Sonuç olarak, bu tür teller, çubuk mıknatısların zıt manyetik kutupları gibi birbirini iter (Şekil 83, b, bölge b-b).

Elektron-volt(elektron-volt, elektron-volt), atom ve moleküler fizikte kullanılan elektrik enerjisi ölçüm birimidir.

Göreceğimiz gibi joule, hem atomik hem de elektronların, atomların, moleküllerin enerjisini ölçmek için çok büyük bir birim olarak ortaya çıkıyor. nükleer fizik kimya ve moleküler biyolojide olduğu gibi. Üniteyi burada kullanmak daha uygundur elektron-volt(eV). Bir elektron volt, bir elektronun 1 V (volt) potansiyel farkından geçerken kazandığı enerjiye eşittir. Bir elektronun yükü 1,6*10-19 C olduğundan potansiyel enerjideki değişim qV,

1 eV = (1,6*10 -19 C)(1,0 V) =1,6*10 -19 J.

1000 V potansiyel farkıyla hızlanan elektron kaybeder potansiyel enerji 1000 eV ve 1000 eV (veya 1 keV) kinetik enerji elde eder. Eğer aynı potansiyel fark bir parçacığı yarı yarıya hızlandırıyorsa büyük ücret(2e = 3,2*10 -19 C), enerjisi 2000 eV değişecektir.

Elektron volt, moleküllerin enerjisini ölçmek için uygun bir birimdir ve temel parçacıklar, ancak SI sistemine ait değil. Bu nedenle hesaplama yaparken elektron voltun yukarıda verilen katsayı kullanılarak joule'e dönüştürülmesi gerekir.

Tek nokta yükünün elektrik potansiyeli

Uzaktaki elektrik potansiyeli R tek bir nokta şarjından Q doğrudan formül (24.4)'ten elde edilebilir.

Bir nokta yükünün elektrik alanı bir güce sahiptir

ve yükten yarıçap boyunca (veya eğer yüke doğru) yönlendirilmişse Q ve uzaktan r a itibaren Q asıl noktaya B uzakta rb itibaren Q. Daha sonra vektör dl paralel e Ve dl = doktor.
Böylece,

Daha önce de belirtildiği gibi, yalnızca potansiyel farkın fiziksel anlamı vardır. Bu nedenle potansiyele herhangi bir noktada keyfi bir değer atama hakkımız vardır. Potansiyelin genel olarak kabul edildiği kabul edilmektedir. sıfıra eşit sonsuzda (örneğin, Vb= 0 rb= oo) ve daha sonra belirli bir mesafedeki elektrik potansiyeli R tek bir noktadan itibaren yük eşittir

Bu sonsuza göre elektriksel potansiyeldir; bazen tek bir nokta yükünün "mutlak potansiyeli" olarak adlandırılır. Şunu da belirtelim ki potansiyel V yükten uzaklığın birinci kuvveti azalırken, elektrik alan şiddeti mesafenin karesi kadar azalır.
Potansiyel yakından harika pozitif yük ve çok büyük bir mesafe boyunca sıfıra düşer. Negatif yük potansiyeline yakın sıfırdan az(negatif) ve mesafe arttıkça sıfıra yükselir.

Bir yük sisteminin elektrik alan kuvvetini belirlemek için, her bir yük tarafından oluşturulan alan kuvvetlerinin ayrı ayrı toplanması gerekir. Alan kuvveti bir vektör olduğundan, bu tür bir toplama sıklıkla sorun haline gelir. Birkaçının elektrik potansiyelini bulun puan ücretleriçok daha basit: potansiyel skaler bir miktardır ve potansiyelleri eklerken yönü hesaba katmak gerekli değildir. Bu büyük bir avantaj elektrik potansiyeli. Toplama herhangi bir sayıdaki nokta yükleri için kolaylıkla gerçekleştirilebilir.

Devam edilecek. Kısaca aşağıdaki yayın hakkında:

Yorum ve önerileriniz kabul edilir ve memnuniyetle karşılanır!