Шпоры по физике 10-11 класс

Примечание	от автора: В работу включены все темы 10 и 11 классов в кратком содержании для ответа как устного экзамена, так и письменного
	Загрузить архив:
	Файл: ref-24302.zip (141kb [zip], Скачиваний: 672) скачать

1.Распространение колебаний в упругих средах.Поперечные и продольные волны.

Механическая волна – это процес распространен колеб в среде сопровождающийся передач энерг колеблющегося тела от одной точки среды к другой. Перенос вещ-ва отсутствует. Механич волны в вакуме не могут распространяться. Основ характер волны: 1. Фазовая поверхность – поверхность, точки котор колеблются в одинаковой фазе. 2. Волновой фронт – воображаемая поверхность, до которой дошло волновое возмущение в данный момент времени. 3. Луч – линия, проводим в направлен распространен волны перпендикулярн волновому фронту. Основные параметры:1. А – амплитуда – мах отклонение точек среды при колеб из положения равновесия . 2. Т – период – время полного колебания. 3. ν – число гребней волн проходящих через определенную точку за единицу t. 4. υ – скорость волны при перемещении. 5. λ – длина волны – min расстояние между 2 точками колебания в котор происходят в одинаков фазе. υ=λν=λ/Т. Поперечн волны – волны, в которых колебания частиц происходят перпендикулярно направлен распространения волны (груз на пруж). Продольн волны – волны в котор частицы колеблются вдоль направлен распространения волны (брош мяч в воду). Сферич распростр во всех напр одинак. Плоская – вдоль поверхн.

2.Звуковые волны.Скорость звука.Ультразвук.

Звук волн-механ волн котор выз у человека ощущ звука. Для сущ звука необх: налич уха и упругой среды, звук волны с част от16 ло 20000 герц. Меньш 16 – инфрозвук, больш 20000 – ультразвук. Чем упругее среда там быстр распрост волна. Громкость-это субъективн хар. Интенсивность зв объективн хар, опред энерг котор перенос зв волн за ед времени. Тон - зв соответств определ частоте. Дополн тон –обертон -созд тембр звука. Шум - нельзя выдел основн тон. Ультразвук получил широк распространен в медицине в диагностических целях (УЗИ-сканеры), с их помощью так же соединяют мельчайшие проводники в микроэлектронике, где традиционная пайка исключена. Ультразвук безвреден для человека.

3) Электромагнитные волны.Свойства электромагнитных волн.

Эл-магнит волна – процесс распространен переменного магнитного и электрического полей.Свойства: 1. Поперечность 2. Могут распространят в вакууме 3. Распространен их в разных средах, где их скорость уменьшается в зависимости от характерист среды. 4. Свойственны все волновые явления, характерные для механических волн. Скорость электромагнитной волны в вакууме 3*10⁸ м/с.

4.Опыты Герца.Открыт колеб контур.

Эксперементал элмагн волны получил Герц. Если на пути элмагл волн встреч контур то он будет восприн внешн воздейст и по средств резонанса мож настроит на это воздейств. Колеб контур не может служ ист элмаг волн. Для излуч необход открыт кол контур(антенна). 2 проводн раздел изолятором расматр как конденсатор, след они явл отк колеб конт.

5.Изобретение радио А.С.Поповым.Принцип радиотелефонной связи.

1896 г Попов наглядно продемонстрировал передачу сигналов на расстояние 250 м передав 1 в мире радиограмму. Это и было 1 радио. Принцип радиотелефон связи: в передающей антенне настроенной в резонанс с генератором, возбуждаются высокочастотные токи.Электромагнитные волны, излучаемые этой антен достигают приемной антенны возбуждают токи той же частоты, которые могут быть усилены. В это принцип положена модуляция электромагнитной волны – изменение ее параметров (амплитуды, частоты или фазы). Телеф связ за счет модулиров из низ в выс част сигн.

6.Простейший радиоприемник.Понятие о радиолакации.

Радиоприемник – устройство предназначенное для приема информации передаваемой с помощью Эл-магнитных волн радиочастотного диапазона. 1-принимающая антенна, 2-перестраиваемый колебательный контур, Детектор-для выделения и усил сигнала. С1-конденсат перемен ёмк – настройка на частот передающ антены. С2-усил сигнала. Диод- роль фильтра. Радиолокация – обнаружение и определение положения различных объектов на метровых, дециметровых, сантиметровых и милиметровых волнах. Применяется в авиации, военной технике и т. п.

7.Свет как Эл-магнитные волны.Скорость света.Опыт Майкельсона.

Ньютон считал что свет – это поток частиц идущих от источника (корпускулярная теория). Гюйгенс считал что свет – это волны, распространяющиеся в эфире. Максвел заложил основы Эл-магнитной теории света. Свет – это Эл-магнитная волна. Свет распространяется прямолинейно – это объясняется тем что длины световых волн чрезвычайно малы по сравнению с размерами окружающих нас объектов. Наличие цветов объясняется различной частотой световых волн. Скорость света в вакууме = 3*10⁸ м/с. скорость света зависит от среды (абсолютн показ преломления среды). Дисперсия – явлен при котор показател преломл среды не зависит от угла падения но зависит от цвета светового пучка. Монохроматические волы- волны определенной частоты. При переходе света из одной среды в другую частота и цвет не меняются. Опыт Майкельсона заключается в определении скорости света.с=29792458 ±1,2м/с. использ метод вращ зеркал П - вращающаяся зеркальная призма, T - зрительная трубка, S - источник света.

8.Шкала Эл-магнитных волн ( ИК, УФ, рентгеновское, γ-излучение).

ИК лучи испускают все тела . Этот вид излучения связан с тепловым движение атомов и молекул. Использ для сушки материалов, пищевых продуктов, для фотографированияв темноте, в приборах ночного видения. тепловизоры. Видимый свет (солнце, лампочки и т. д.). УФ лучи используются в фотографии. Загар вызывается облучением кожи УФ светом. Рентгеновский – диапазон в котором излучение и поглощение связаны с изменением внутреннего строения атома. Высокая прониваемость. Широко использ в медицине: диагностика разл. заболеваний, лечение опухолей, обнаружение в теле инородных предметов. Далее γ-лучи – изпускаются веществом при различных ядерных превращениях.

9.Спектры испускания и их виды.Спектры поглощения.

Спектр – распределение энергии излучаемой или поглощаемой вещ по частотам или длинам волн. Спектры испускания – спектры полученные от самосветящихся тел. Бывают линейчатые(имеют все в-ва в газобразном атомарном состоянии), полосатые(имеют газы состоящ из слабо связанных друг с другом молекул) и сплошные(имеют нагретые тела находящиеся в тв и жидком состояниях а также газы при высоком давлении). Прозрачные в-ва поглощают часть падающего на них излучения и в спектре полученном после прохождения белого света через такие в-ва появляются темные полосы. Такой спектр называется спектром поглощения.

10.Спектральный анализ, его положения.

Метод определения качественного и количественного состава в-ва основанный на получении и исследовании его спектров. Базируется на 2 положениях: каждый химический элемент или химическое соединение характеризуется определен спектром; интенсивность линий и полос в спектре зависит от концентрации того или иного элемента в веществе. Достоинства: высокую чувствительность, малое время измерения, малые количества вещества, дистанционность измерений (например, исследовать состав атмосферы далеких планет).

11. Интерференция света.Условия наблюден интерференц.Когерентность.

Интерференц – явлен сложения в пространстве 2 или более когерентн волн приводящ к образованию устойчивой картины чередующихся мах и min результирующ волнового возбужден. Разность фаз колебаний- дφ=k(l₁-l₂). Если разность хода = целому числу волн (условие мах). Складываясь волны усиливают друг друга и дают колебение с удвоен амплитудой. В случае когда разность хода = нечетному числу полуволн (условие max). В этом случае они гасят друг друга, т.е. дают колеб с 0 амплитудой. Когерентностью – наз явление согласованного протекания в пространстве и времени несколькихколеб или волнов процессов. Когерентными волны наз разность фаз котор в дан точке пространств не измен с теч врем.

12.Получение когерентных волн.Опыт Юнга.Оптическая разность хода.

Способы получ когерентных волн: 1. С помощью лазеров. 2. С помощью экрана с отверстиями (опыт Юнга). 3. Бипризма Френеля. Призма состоит из 2 небольших призм соед своими основаниями. Призмы имеют небольшие преломляющие углы. После преломления в бипризме  падающ пучок от щели параллельной ребру призмы делится на два когерентных пучка. 4. Плоскопараллельная и клинообразная пластинки. В этом случае интерферируют 2 отраженных луча, один от внешней поверхности пластинки а другой от внутренней. 5. Тонкие пленки (плоскопараллельн пластинки,как частный случай). 6. Система плоско выпуклая линза и плоскопараллельн пластинка.Опыт Юнга заключ в раздел волны на 2. Пучок света разделяется на 2 с помощью отверстий B и D в ширме. Эти пучки созданные одним и тем же источником являются когерентными. На экране в области С₁С₂ наблюдается интерференционная картина.

13.Применение интерференции в технике.

1. Проверка качества обработки поверхности. Создается клиновидная тонкая прослойка воздуха между поверхностью образца и гладкой эталонной пластиной. Дефекты приводят к смазыванию интерференц картины. Точность до 10^-6 м. 2. Измерение малых углов. 3. Определение показателя преломления прозрачных сред. 4. Измерение длин световой волны. 5. Измерение толщины пластинки. 6. Просветление оптики – это уменьшение доли отражаемой энергии света путем нанесения на поверхность оптического стекла тонкой пленки с показ преломл пленки меньшим чем показ преломл стекла.

14.Дифракция света.Дифракционная решетка.

Дифракция-явление огибан волнами препятствий, размер котор сравнимы с длин волны и проникнов их в област тени. Для объясн дифракц сформул принцип Гюйгенца: каждый элемент поверхности котор достигла в дан момент волна явл источник вторичных волн распространяющ в первоначал направлен со скор исходн волны. Огибающая элементар волн совпад с новым полеж волновог фронта в следующ момент врем.(объяс прямолин распростран света, не объяс почем волна распрострв одном направл). Принцип Гюйгенца-Френеля: все вторичн источники располож на поверхн фронта волны когерентны между собой. Амплитуд и фаза волны в люб точке пространств – это результ интерференц вторичн волн. (лучи распростран во всех направлен). Дифракцион решетка – это совокупность большого числа узких щелей разделен непрозрачными промежутками. Каждая щель дифракционной решетки является источником вторичных волн, распространющ под разн углами. Формула для опред max дифр реш: d-период=a(расст между щелями)+b(ширин щели) dsinφ=mλ; sinφ=mλ/d; φ=arcsin(mλ/d). m-порядок,φ-< отклон. k_max=d/λ.

15.Световые явления на границе раздела двух прозрачных сред.Законы отражения света. 

На границе раздел 2 прозрачн сред могут происходить такие явления, как преломление света, отражение света и полное отражение света. Преломление - изменение направления распространен света при прохождении через границу раздел 2 сред, (классич случай – ложка в прозрачном стакане с водой, смотря на стакан нам кажется что ложка как-то искривлена т. е. идет искажение). Отражение света – когда свет отражается от поверхности какого-либо вещ-ва. Благодаря отраж света мы видим объекты не излучающие свет.Закон отражения света: луч падающий отраженный и перпендикуляр к границе раздел 2 сред восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости. Угол падения = углу отражения. Для закона отражения выполняется принцип обратимости лучей: луч света распространяющийся по пути отраженного луча отразившись в точке О от границ раздела 2 сред распространяется дальше по пути падающ луча.

16.Законы преломления света.

Изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела 2 сред наз преломлен света. Закон: лучи падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром проведенным в точке падения луча к плоскости границы раздела двух сред. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина постоянная для двух данных сред: sinα/sinβ=n₂/n₁=υ₁/υ₁

17.Полное отражение света.Предельный угол полного отражения.

При переходе света из оптич более плотной среды I в оптич менее плотную II начиная с некоторого угла падения α₀ угол преломлен будет β=90° т. е энергия преломлен волны станет равна 0. Энерг отраженной волны будет = падающей. Следовательно вся световая энерг отразится от границы раздела этих сред в первоначальную среду. Это явление называется полным отражением. Наименьший угол с которого начинается полное отражение наз предельным углом полного отражения sinα= n₂/n₁. При всех углах падения больших α₀, преломленная волна отсутствует.

18.Дисперсия света.Опыт Ньютона. Цвета тел.

Дисперсия – это явлен при котор показ преломлен не зависит от угла падения но зависит от частоты и длины волны распростран излучения. Явление дисперсии приводит к образ радуги вследствие преломлен солнечных лучей на мельчайших водяных капельках во время дождя. Опыт Ньютона: направим луч белого света на стеклян призму за которой установим экран. Так как призма различным образом преломляет различные лучи на экране мы увидим цветную полоску которую впервые Ньютон назвал спектром. Цвета тел обусловлены длиной волны света. Каждой длине волны соответствует свой определенный цвет.

19.Линзы. Типы линз. Основн характер линзы.

Линза представл собой прозрачн тело огранич с 2 сторон криволин поверхностями.Типы линз: собирающие: двояковыпукл, плосковыпуклая, выпукловогнутая; рассеивающие(даёт мнимое изображ): двояковогнутая, плосковогнутая, вогнутовыпуклая. Линза считает тонкой если её толщ в центре намного меньше радиусов её поверхн Основн характер линзы: С₁ и С₂ – главная оптическая ось,О – оптический центр, AB- главная плоскость линзы, F – главный фокус, OF – фокусное расстояние, F^’ и F^’’ – побочные фокусы, F^’F^’’ – фокальная плоскость,DE и MN – побочные оси.

20.Оптич сила в линзах.Формула линзы.Правило знаков.

В вакууме велич обратная фокусн растоян линзы наз её оптич силой: D(диоптрий)=1/F.Растоян от предмета до линзы – d, от линз до изображ – f, фокусн растоян- F. h/a=h^//F и h^//a^/=h/F. Поперечн увел наз отнош линейного размер изображ h^/ к линейн размер предмета h: Г=h^//h=F/a=a^//F=f/d. След: aa^/=F², d=a+F, f=a^/+F. Получ формулу линзы:1/F=1/d+1/f. Правило знаков: F, d, f – положительны в случае собирающ линзы и отриц с рассеивающ линзой.

21.Построения в линзах.

Лучи паралел главн оптич оси преломивш в линзе проход через её фокус. Из обратимости хода лучей след что лучи идущ к линзе через её фокус после преломоен пойдут паралел главн оптич оси. Лучи проход через оптич центр не меняют своего направлен. АВ – изображ предмета. АК после преломлен пойдёт через глан фокус. AD через фокус после преломл пойдёт паралелн главн оптич оси. В точке их пересеч будет нах изображ А1 точки А.

23.Ход луча через призму.

Луч преломломл дважды, угол между 2 гран наз преломляющ углом. Угол φ отклон луча зависит от преломл угла призмы, показ преломлен, материала призмы и угла падения.

24.Постулаты теории относительности.

Создана Эйнштейном. 1 постулат: в любых инерциальных системах отсчёта все физ явлен при одинак начал условиях протек одинаково (все законы имеют одинак форму). 2 постулат: скорость света в вакууме одинакова для всех инерцианальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника ни от скорости приёмника светового сигнала. Эта скорость является предельной v всех процессов и движений сопровождаемых переносом энерг.

25.Релятивистская трактовка длины и t.Зависимость масы от скорости.Закон взаимосвязи массы и Е.

Сокращение длины. Длина тела l₀=x₂^/-x₁^/ измереная в системе отсчета K^/ в которой оно покоится больше длин l=x₂-x₁ в системе отсчета K относительно которой K^/ движется со скоростью V вдоль оси Ох:

l=l₀*кор(1-(V₂/c₂)). Длина l₀ называется собствен длиной тела т. е. это длина тела в системе отсчета относительно котор оно покоится. Сокращен линейных размеров тела в направлении движения наз лоренцфиджиральдовским сокращением. Замедлен времени. Промежуток времени τ₀=t₂^/-t₁^/ измеренный часами неподвижными относительно ИСО K^/ меньше промежутка времени измеренного в ИСО K относительно которой K^/ движется со скоростью V: τ=τ/кор(1-(V₂/c₂)).Промежуток времени τ₀ называется собственным t. Собственное t одинаково во всех ИСО. Часы движущиеся относительно ИСО идут медленнее неподвижных часов и показывают меньший промежуток t. Этот эффект называется релятивистским замедлен t. m=m₀/кор(1-(V₂/c₂))- зависим массы от скорости m₀- собствен маса тела. 1/кор(1-(V₂/c₂))- лоренцевский множ. Он при люб скор больш еденици. В системе отсчета в котор тело покоится (такая систем отсчета назыв собственной) его E определяется по формуле: E=mc². Таким образом любое тело благодаря факту своего существования обладает E котор пропорциональна массе покоя m. Эта E выделяется при уменьшении массы тела и наоборот при поглощении E релятивистская масса тела возрастает. Релятивистская E имеет колосальные значения.

26.Квантовая природа света.Гипотеза Планка.Энерг маса и ампулс фотона.

В 1900г Планк выдвин гипотезу что излуч света веществом происход не непрерывн а порциями или квантами. Согласно ей наименьш порция энерг которую несёт излучен с частот ν опред по формул: E=hν, р – постоян планка 6,63*10-34 Дж*с. Эта энерг мож быт выраж чер циклич частот ω: E=hv=hω здес h=1.05*10^-34.

Эйнштейн дополнил теориюпредположением о том что свет не только излучается квантами но и распространяется и поглощается тоже квантами. Т. е. явл набором движущихся элементарн частиц – фотонов. При взаимодействии света с вещ-ом фотон передает Е электронам вещ а сам при этом исчезает. Электрон может испускать фотон при этом он теряет часть своей энергии. Св-ва фотона: 1. Не имеет состояния покоя. 2. Безмассовая 3. Электрически нейтрален 4. Е фотона пропорциональна частоте соответствующего электромагнитного излучения E=hν. 6. Импульс фотона = отношению его Е к скорости p=E/c=hν/c=h/λ. Свет обладает двойственной природой – корпускулярно-волновой дуализм. С одной стороны свет – это поток частиц с другой – элмагнитные волны. Для полного понимания природы света необходимо учитывать как корпускулярные так и волновые св-ва потому что они дополняют друг друга.

27.Внешний фотоэфект.Опыты Столетова.

Фотоэфект – это явлен взаимодействия света с вещ. Если фотоэф сопровожд вылет электорон с поверхн вещ то его наз внешним фотэф, если не сопровожд – то внутрен. Испуск вещ каких либо частиц наз эмиссией. В опытах Столетова в электрич цепь был включен конденсатор, одна из обкладок которого отриц заряж была изготовл оз медн сетки а вторая полож представл собой цинковую пластину. Наблюд показ что даже при отсутствии напряж между платин под действием падующ ультрафиолет излуч в цепи возник Эл ток он наз фотонным. Измен напряж между платин Столетов ислед зависим фототока I_ф от U. При увел напряж фототок растёт да I_ндалее не растёт. Измен полярности приводит к исчезновен фототока при напряж U_з (задерживающ напряж).

28.Вольтамперная характеристика фотоэфекта.

Как видно из рисунка при увеличении напряжения фототок растет до значения I_н, которое называется фототоком насыщения. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к росту фототока. Изменение полярности напряжения приводит к исчезновению фототока при напряжении U_з, которое называется задерживающим напряжением.

29.Законы фотоэфекта.

1. Фототок насыщения (I_н) – мах число фотоэлектронов вырываемых из катода за единицу t - прямо пропорционально интенсивности падающего излучения. 2. Мах кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения I и линейно возрастает с увелич частоты падающего света.

3. Для каждого вещ-ва существует граничная частота ν_minтакая что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэфекта какой бы не была интенсивность падающего излучения.

30.Применение фотоэфекта.

Находит широкое применен в науке и технике. На основе внешнего фотоэфекта созданы и применяются приемники излучения преобразующие световые сигналы в вакумные фотоэлементы. Главн недостаток вакумных фотоэлементов заключ в том что в них возникают малые токи. Этотнедостаток устраняется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ). Современная спектрометрия и фотометрия (спектральный анализ вещ регистрация ИК спектров измерение слабых световых потоков) немыслимы без применения фотоэлементов. Фотоэлементы широко использ в современной промышлен (фотореле состоящие из фотоэлемента усилителя фототока иэлектромагнитного реле) напр включение освещения на улицах. Фотоэлементы прим в фототелеграфе для передачи изображений в кино и телевидении – при передаче изображений и воспроизведен звука в фототелефонах работающих на ИК лучах в пультах дистанцион управлен.

31.Уравнен Эйнштейна для фотоэфекта.Объяснение фотоэфекта на основе квантовой теории.

Электрон внутри метала после поглощения одного фотона получает порцию Е hν и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки т. е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной Е он израсходует на совершение работы по преодолению сил удерживающих его внутри вещ-ва. Остаток Е будет = кинетической Е электрона: mυ²/2=hν-A_вых. Здесь mυ²/2 – мах кинетическая Е выбитого светом электрона массой m и движущегося со скоростью υ(υ<<с). Величина A_вых>0 –работа котор надо совершить для того чтобы электрон вылетел с поверхности вещ-ва обычно составляет несколько электронвольт => уравнен Эйнштейна для внешнего фотоэфекта является следствием закона изменения Е в этом процессе: hν=A_вых+mυ²/2.

32.Корпускулярно-волновой дуализм.Волновые свойства электрона.

Свет обладает двойственной природой – корпускулярно-волновой дуализм. С одной стороны свет – это поток частиц с другой – электромагнитные волны. Для полного понимания природы света необходимо учитыв как корпускулярные так и волновые св-ва потому что они дополн друг друга. Для объяснения какого-либо эксперимента необходимо учитывать либо волновые либо корпускулярные св-ва. Луи де Бройль высказал предположение о справедливости корпускулярно-волнового дуализма не только для квантов но и других частиц. Электрону соответствует некая волна с частотой ν или длиной волны λ_д (дебройлевская длина волны). p=h/λ_д => mυ=h/λ_д => λ_д=h/mυ/. Чем меньше масса частицы тем характернее для нее волновые св-ва чем больше m частицы тем характернее для нее корпускулярные св-ва. Согласно предположению де Бройля пучок любых частиц будет создавать на подходящей двойной щели интерференционную картину характерную для опыта Юнга с 2 щелями. => электрон обладает волновыми св-ами. Интерференцион и дифракционые св-ва были обнаружены не только для электронов но и для протонов нейтронов α-частиц. Волнов св-ва частиц нашли свое применение в электроной оптике. Так электроный микроскоп позволяет получ увелич до 10⁶ раз.

33.Ядерная модель атома.Опыт Резерфорда.Неспособность класической физики объяснить устойчивость атомов и излучение атомами элмагнитных волн.   

Ядерн модель атома: 1. В центре атома – ядро размером d≤10^-14 м. 2. Почти вся m атома сосредоточена в положител заряженном ядре q=+Ze где Z – порядков №  элемента в таблице Менделеева. 3. Электроны под действием кулоновских сил движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Число электронов = Z. Сумарный заряд электронов q=-Ze поэтому атом в целом нейтрален. Резерфорд хотел проверить справедливост «пудинговой» модели атома. Для этого он осуществил экспериментал зондирование внутренних областей атома. Он использовал α-частицы. При помощи таких частиц простреливалась тонкая металическая пластинка и измерялось рассеивание α-частиц вещ-ом. На основе отклонений α-частиц Резерфорд установил что внутри атома есть ядро чем он и опроверг «пудинговую» теорию.  Ядерн модель атомаРезерфорда не могла объяснить спектральные закономерности и  сам факт существов атома. Она также противоречила законам класической физики. 1 в соответствии с законами класической электродинамики электроны при движениии по орбитам с ускорен должны непрерывно излучать элмагнитные волны с частотами = частотам их обращения вокруг ядра. 2 так как излучен сопроваждается потерей Е то электроны за некоторое t должны упасть на ядро. Т. е. атом должен прекратить свое существован. 3 частота вращения электрона при приближении к ядру будет непрерывно изменяться => спектр излуч должен быть непрерывным а не линейчатым. Таким образом по законам класич физики атом Резерфорда должен быть неустойчивым а его спектр излучения – непрерывным что противоречило результатам экспериментов.

34.Объяснение излучения и поглощения Е атомами на основе квантовой теории Бора.

Излуч и поглощ света атомами есть результат внутриатомных процесов т.е. процесов в которых могут приним участие только частицы входящ в состав атома. Е атома квантована то есть она не может принимать произвольных значений а характеризуется определен набором энергетических уровней. Излучение света происходит при переходе электрона в атоме с высшего энергетического уровня на один из низших. Атом в этом случае излучает фотон с Е hν_kn. Частота излучения при этом ν_kn=Rc((1/n₂))-(1/k²)где n и k – № стационарных состояний электрона в атоме (k больше чем n). Поглощен света – процес обратный излучению. Электрон при этом переходит с низшей на высшую орбиту ν_kn=((1/k²)-(1/n₂)).

35.Квантовые постулаты Бора.Строение атома по Бору.Трудности теории Бора.

1: электрон в атоме может находиться только в особых стационарн состояниях каждому из котор сответствует определен Е. Когда электрон находится в стационарном состоянии атом не излучает. Стационарные состояния отличаются друг от друга различными орбитами по которым движ электроны в атоме. Набор электроных орбит и определяет стационар состояния электрона в атоме. Как следует из постулата, вопреки классической электродинамике электроны движутся по замкнутым орбитам и элмагнитные волны при этом не излучаются. 1 постулат сохраняет основу ядерной модели атома Резерфорда. 2: электрон в атоме может скачком переходить из одного стационарн состоянияв другое. При этом переходе испуск или поглощ квант элмагнитного поля с частотой ν­_kn определяемой разностью Е электрона в атоме в данных состояниях: E_kn=hv_kn=E_k-E_n, v_kn=(E_k-E_n)/h. Если E_k>E_n­то происход излуч Е если наоборот - поглощ. Состояние атома котор соответствует min Е наз основным а состояния- большие знач Е – возбужденным.В основном энергетическом состоянии электрон в атоме может находиться неограниченно долго а в остальных стационарных состояниях не более 10^-8 с. Это так называемое t жизни атома в возбужденном стостянии. 3: стационарные электронные орбиты в атоме находятся из условия mυr_n=nħ n=1, 2, 3, … , где m – маса электрона υ – линейная скорость его движения r_n – радиус n-й орбиты, ħ=h/2π=1,05*10^-34 Дж*сh – постоянная Планка. Число n (номер орбиты) наз главн квантовым числом. Таким образом Бор усовершенствовал ядерную модель атома Резерфорда и объяснил вид атомных спектров и квантовый характер излучения. Выводы: модель атома Бора сохранила класический характер. В ней предполагалось что электроны движутся по стационарн орбитам вокруг ядра. На основе этой модели нельзя было объяснить почему одни спектральные линии ярче других т. к. в ней не обсуждались причины приводящие к спонтанным переходам электронов с одной орбиты на другую.

36.Свойства молекул.

Молекулы состоят из связанных между собой атомов. Эт связь осуществляется валентными электронами. Внутрен электроны расположен наиболее близко к ядрам в образовании молекул не участвуют. При образовании молекулы из атомов система энергетических уровней валентных электронов значительно усложняется, т.к. электороны взаимодействуют между собой. Каждый тип молекул обладает характерным спектром, который можно использовать для идентификации молекул и определения их структуры. 2 типа связи атомов в молекулах: ионная: при переходе электронов от одного атома к другому сопровождается выделен энергии (NaCl; KCl; RbI). Ковалентная: наиболее часто встречается у органических соединениях (H₂O; NH₃; H₂).

37.Линейное тепловое расширение твердых тел. Коэфицент линейного расшир тел.

Увеличение линейных размеров тела при нагревании наз линейным расширением. Для большинства твердых кристаллических тел их линейное расширение lпрямо пропорционально первоначал длине l₀ и увеличению t. l=al₀t, где a наз температурным коэфицентом линейного расширения. Он численно = удлинению которое получит образец имевший при t₀ еденичн длину при его нагрев на 1⁰С. Формула определения линейного размера: l_t=l₀(1+at)=l₀(1+a(t-t₀)).

38.Объемное тепловое расширение тверд тел. Связь между α и γ.Особености теплового расширения воды.

При тепловом расширении вместе с увелич линейных размеров тела увелич и его объем. Изменение объема определяется выражением аналогичным выраж для изменения линейных размеров: V= γV₀t. Здесь коэфициент пропорциональности γ наз температурным коэфициентом объемного расширения. Он также измеряется в °С^-1 . γ=V/V₀t=(V_t-V₀)/(V₀(t-t₀)). Установим физич смысл этого коэфициента: числено = увелич объема тела при нагревании на 1 градус Цельсия если до нагревания при температуре t₀ его объем был = единице. Между коэффициентом линейного расшир и объемного расшир сущ связь γ≈3α. Эффект теплового расшир объясняется увелич интенсивности теплового движения взаимодействующих частиц при увелич t. Это приводит к увелич среднего растояния между ними. В отличие от большинства вещ которые при повышен t расширяются вода ведет себя необычно. При нагревании от 0 С до 4 С ее объем уменьшается и наименьший объем вода имеет при 4 С. Именно поэтому лед на реках плавает. Если бы вода вела себя стандартно то реки и озера замерзали бы до самого дна (вода замерзла и опустилась на дно) и жизнь в них была бы невозможна.

39.Термодинамическое равновесие.Термодинамич параметры системы.Температура. Температурная шкала Кельвина. Абсолютный нуль.

Совокупность тел любой физической природы и химического состава характериз некоторым числом макроскопических параметров наз термодинамической системой. Для описания простейшей термодинамич системы необходимо знать ее температуру t, объем V и давление pтак называемые термодинамич параметры. Система предоставленная самой себе по прошествии некотороговремени приходит в состояние в котор каждый параметр имеет одинаковое значен во всех точках системы и остается неизменным с теч t. Такое состояние наз равновесным. Возможны и такие состояния системы в котор какой-либо из параметров имеет неодинаковые значения в ее различных точках т.е. не существует единого значения данного параметра для всей системы. В этом случае равновесие еще не установилось и такое состояние наз неравновесным. Температура – скаляр физ велич характериз состояние термодинамич равновес макроскопической системы. Она определяет не только степень нагретости но и способность системы находиться в термодинамич равновесии с друг системами. Согласно опытным данным температура t=-273°C наз абсолютным нулем t. Если за начало отсчета новой t шкалы T принять точку абсолютного нуля t, то отсчет в ней будет идти только в сторону положительных значений.  Введенная таким образом шкала наз шкалой Кельвина. Для перевода из цельсия в кельвины T=t+273.

40.Закон Бойля-Мариотта.Графич изображ изотермического процесса.

Термодинамич процесы проходящие в газ с неизменным количеством вещ при фиксированном значении одного из параметров (V, p, T) наз изопроцессами. T=const, m, M=const. pV=const – законБойля-Мариотта. Согласно закону . Vдан колич газа при постоян t обратно пропорционал его давлению. Изотермический прцес при постоян t. График Oy –P; ox-V; 2 изогнутых; у той что выше леж буде больш T.

41.Закон Гей-Люссака.Графич изображен изохорного процесса.

Термодинамич процесы проходящие в газ с неизменным колич вещ при фиксированном значении одного из параметров наз изопроцессами. Закон: p дан колич газа при постоян Vлинейно зависит от t. График Oy-p; ox-T. Прямые вых из 0 в прав верх угол. Больший Vу той что леж ниже. Изохорный при постоян V.

42.Закон Шарля.Графич изображен изобарного процеса.

Термодинамbx процесы проходящие в газ с неизменным колич вещ при фиксированном значении одного из параметров (V, p, T) наз изопроцессами. Закон: Vдан колич газа при постоян p линейно зависит от t. Изобарный при постоян давлен. График: oy-V; ox-T. Прямые вых из 0 в прав верх угол. Больш давлен у той что лежит ниже.

43.Уравнение состояния идеального газа.

Согласно закону Бойля-Мариота имеем p1V1=p_xV2. По закону Гей-люсака p2=p_x(T2/T1). Выразим p_x из закон Бойля-Мариота p_x=(p1V1)/V2. Подставим p_x в закон Гей-Люсака - p1V1/T1=p2V2/T2 - из уравнения => что при T=0K идеальный газ не оказывает давления на стенки сосуда в который он заключен т. е. должно прекратится тепловоедвижение его молекул. Т. к. при низких давлениях свойства реальных газов близки к идеальному то это относится и к реальным газам.

44.Универсальная газовая постоянная.Плотность газа.

Расмотрим один моль газа при нормальных условиях. В соответствии с законом Авогадро один моль любого газа занимает при нормальных условиях один и тот же объем V₀=22.4 л. => для одного моля любого газа соотношение р₀V₀/T₀ имеет одно и то же значение, обозначаемое R и называемое универсальной газовой постоянной: const=R=р₀V₀/T₀=8,31Дж/моль*К. Газ может находиться в различных состояниях однако в физике четко фиксированы нормальные давление и температура соответствующие следующим значениям: р₀=1 атм=1.01*10⁵ Па=760 мм рт.ст и Т₀=273 К.

45.Работа газа в термодинамике.

Для вычисления механич работы совершаемой термодинамическими системами расмотрим идеальный газ под поршнем в цилиндре. Пусть под действием силы давления газа F поршень поднялся на высоту h. При этом совершена работа A=Fh. Сила давления действующ со стороны газа на поршень площадью поперечного сечения S, F=pS, где p-давление газа. => работа газа A=pSh=pΔV. ΔV=Sh - изменение объема газа в цилиндре при перемещении поршня. Работа измеряется в джоулях. Полная работа газа при произвольном процесе = площади под всем графиком от начального состояния до конечного. Работа в термодинамике является функцией процесса и не является функцией состояния. 

46.Понятие внутренней энергии в термодинамике.Способы изменения внутренней энергии.

Внутренняя энергия – это сумма потенциальной Е взаимодействия частиц, составляющих тело, и кинетической Е их беспорядочного теплового движения. Кинетическая Е теплового движения частиц пропорциональна температуре, а потенциальная Е взаимодействия частиц зависит от расстояния между частицами, т. е. от объема тела => внутренняя Е определяется как функция макроскопических параметров тела U=U(T,V). Внутренняя Е идеального газа – определяется как сумма кинетических энергий хаотического теплового двтжения всех молекул газа (E_п=0). U=NE=vN_A(3/2)kT=3/2vRT=((3m)/(2M))*RT=3/2pV. При любых процессах в изолированной термодинамической системе внутренняя Е остается неизменной U=const ΔU=0. Есть 2 способа изменения внутренней Е: 1. микроскопический способ (теплопередача), мера переданой Е – кол-во теплоты Q. 2. макроскопический способ (совершение работы) – механическоевзаимодействие, мера переданной энергии A.

47.Первое начало термодинамики.

I закон (начало) термодинамики (закон сохранения превращения энергии) – в неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии = сумме кол-ва теплоты, переданного системе, и работы внешних сил. ΔU=Q+A, A – работа внешних сил над системой, А^' – работа система над внешними силами. Если термодинамическая система сама совершает работу над внешними телами, то А=-А^' => ΔU=Q-A^' т. е. в неизолированной системе изменение внутренней Е = разности между полученным кол-вом теплоты и работой, которую система совершает над внешними телами (вторая формулировка первого начала термодинамики). А^'=Q-ΔU, т. е. невозможно создать вечный двигатель, потому что любая машина будет совершать работу, только за счет полученной теплоты из вне или за счет убыли своей внутренней Е.

48.Фазовые превращения.Уравнение теплового баланса.  

Процесс фазового перехода из жидкого состояния в газообразное или из твердого тела в жидкое может происходить только при сообщении веществу некоторого количества теплоты. Обратные фазовые переходы сопровождаются выделением такого же количества теплоты. Количество теплоты, поступающее в систему или выделяющееся из нее, изменяет ее внутреннюю Е. Фазовые переходы идут при постоянных t которые наз t кипения и t плавления. Количество теплоты необходимое для превращения жидкости в пар или выделяемое при конденсации наз теплотой парообразования:Q=Lm, где L=ΔQ/m – удельная теплота парообразования = количеству теплоты необходимому для превращения в пар единицы массы жидкости, находящейся при температуре кипения: [L]=1Дж/1кг. Количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделяемое при кристаллизации наз теплотой плавления: Q=mλ, где λ=ΔQ/m – удельная теплота плавления = количеству теплоты необходимому для плавления единицы массы тела находящегося при температуре плавления: [λ]=1ДЖ/1кг. Удельные теплоты парообразования и плавления наз также скрытыми теплотами, поскольку при фазовых переходах температура системы не меняется несмотря на то что теплота к ней подводится. Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива массой m, наз теплотой сгорания топлива Q=qm, где q=ΔQ/m – удельная теплота сгорания топлива, величина показывающая какое количество теплоты ΔQ выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг: [q]=1Дж/1кг. В соответствии с законом сохранения Е для замкнутой системы тел, в которой не происходит никаких превращения энергии, кроме теплообмена, количество теплоты, отдаваемое более нагретыми телами, равно количеству теплоты, получаемому более холодными. Теплообмен пркращается в состоянии термодинамического равновесия, т.е. когда температура всех тел системы становится одинаковой.Уравнение теплового балланса: В замкнутой системе тел алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующими в теплообмене равна нулю:Q1+Q2+...+Q_n=0.В зависимости от условий задачи каждое слагаемое уравнения может быть как положительным, так и отрицательным. Общее правило знаков следующее: количество теплоты, полученное телом, считают положительным, а отданное – отрицательным.

49.Применение 1-ого начала термодинамики к изопроцессам.

Изохорный процесс (V=const). Если объем газа не меняется, то никакой механической работы ни над газом, ни самим газом не совершается. =>Q=U. Таким образом при изохорном процесе все сообщенное газу количество теплоты расходуется на изменение его внутренней Е. Изобарный процесс (p=const). При изобарном процесе будет иметь место и нагревание (охлаждение) газа, и совершение им (над ним) работы). Согласно первому началу термодинамики Q=U+A, т.е. при изобарном процесе колич теплоты, сообщенное системе расходуется на изменение внутренней E и на совершение системой работы. Изотермический процесс (T=const). Т. к. при неизменной температуре внутренняя энергия газа не изменяется, тоQ=A. Таким образом при изотермич процессе все сообщенное газу количество теплоты расходуется на совершение работы. Отсюда следует, что если ΔQ>0, то А<0, т.е. над газом совершается работа. Это означает, что процесс охлаждения газа должен сопровождаться совершением работы над ним.

50.Адиабатный процесс.

Термодинамический процесс идущий без обмена теплотой между системой и окружающей средой наз адиабатным. Т. е. Q=0 => ΔU=A, т. е. работа, совершаемая газом = убыли его внутренней энергии. При сжатии газа A>0 ΔU>0, т. е. T – повышается, при расширении газа А^', ΔU=- А^', ΔU<0, T - понижается. Поскольку при адиабатном сжатии температура повышается, то то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом. Повышение температуры при адиабатном расширении приводит к тому что давление газа убыват быстрее, чем при изотермическом расширении.

51.Принципиальная схема устройства тепловой машины.

Тепловые двигатели – это устройства превращающие внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Тепловая машина состоит из 3 частей: нагревателя, рабочего тела (газ или пар) и холодильника. Нагреватель передаёт рабочему телу тепловой машины Е в виде тепла. Холодильник забирает от рабочего тела неизрасходаваную часть тепловой Е. Система которая обменивается Е с внешней средой или другими системами и совершает работу, наз рабочим телом. Максимальный КПД у тепловых двигателей в основу работы которых положен цикл Карно. Этот цикл состоит из двух изотерм и двух адиабат. На графике: (1,2-изотермическое расширение), (2,3-адиабатное расширение), (3,4-изотермическое сжатие), (4,1-адиабатное сжатие).

Теоремы Карно: 1) КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, не зависит от свойств раб. тела и конструкции двигателя, а определяется температурой нагревателя t₁ и температурой холодильника t₂. η_к=(T₁-T₂)/T₁. Следствия: 1. КПД цикла Карно всегда меньше 1 и увеличивается при повышении температуры нагревателя или при понижении температуры холодилька. 2. КПД приближается к 1 в том случае, когда температура холодильника приближается абсолютному нулю. 2) Из всех циклических процессов термодинамики, идущих при данной максимальной и минимальной температурах, наибольшим КПД обладает цикл Карно.

52.2-ое начало термодинамики.

Второе начало – не осуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы теплопередача от одного тела к другому, более горячему, без внешних воздействий. Всю полученную теплоту раб тело не может преобразоватьв работу, то какое-то кол-во теплоты оно будет терять, т.е. отдавать холодильнику. Это означает, что КПД тепловой машины никогда не может быть равным 1. =>нельзя создать вечный двигатель второго рода в котором КПД равно 1 т.е. все подводимое тепло переходит в работу. Краткая формулировка 2-ого начала термодинамики: нельзя построить вечный двигатель 2-ого рода.Речь идет о невозможности циклического обратимого процесса, т. е. нециклический процесс в ходе которого все кол-во подведенной извене теплоты преобразуется в работу, в природе существовать может.

53.Основные положения МКТ вещества.Диффузия.Броуновское движение.

1)Любое макроскопическое тело состоит из мельчайших обособленных  частиц-молекул, атомов, ионов. 2)Эти частицы находятсяв непрерывном хаотическом движении, интенсивность которого зависит от температуры тела.  3)Между частицами действуют силы взаимного притяжения и отталкивания. Второе положение МКТ подтверждается явлениям броуновского движения и диффузии. Броуновское движение открыто английским ботаником Р. Броуном-это непрерывное хаотическое движение очень малых частиц, взвешенных в газе или жидкости, вследствие теплового движения молекул. Диффузия - самопроизвольное перемешивание и взаимопроникновение веществ. Наиболее активно в газах, затем в жидкостях, в твердой фазе практически не заметно.

54.Взаимодействие молекул.Природа сил молекулярного взаимодействия.График зависимости их от расстояния.

Силы молекулярного взаимодействия являются потенциальными и их можно охарактеризовать потенциальной Е взаимодействия. Силы молекулярного взаимодействия имеют электромагнитную природу, возникают вследствие взаимодействия электронов и атомных ядер и являются короткодействующими. Сфера молекулярного взаимодействия это – область, в которой наиболее интенсивно проявляются взаимодействия молекул 10^-9 м. F_пр=1/r⁷; F_от=1/r¹².

55.Постоянная Авогадро.Количество вещества.

Постоянная Авогадро – одинаковое кол-во частиц, содержащихся в одном моле любого вещ-ва. 1 моль – кол-во вещ-ва, в котором содержится столько же молекул или атомов сколько в 0,012 кг углерода. Число Авогадро N_А=6,02*10²³. Число Авагадро является одной из фундаментальных физических постоянных.  Количество вещества ν - число молекул в данной порциивещества = отношению числа молекул N к постоянной Авагадро. ν=N/N_A; N=(m*N_A)/M.

56.Идеальный газ.Основное уравнение МКТ идеального газа.

Идеальный газ: 1)объем молекул много меньше объема сосуда. 2)нет межмолекулярных сил притяжения.3)при соударении молекул меж собой и со стенами сосуда действуют силы отталкивания. Основное уравнение МКТ идеального газа или ур-ие Клаузиуса: вывод - p=/S=(1/3)*(Nmυ)/(tS)=(1/3)*(Nmυ²)/(lS)=1/3nmυ². В действительности у молекул разные скорости поэтому используем усредненное значение скорости: <υ²>=( υ²1+υ²2+...+ υ²n)/N => p=1/3nm<υ²>. Также p можно выразить и через среднюю кинетич. эн. молекул: К>=2>/2=(m/2)*<υ²> => p=(2/3)nК>. Основное уравнение МКТ идеального газа связывает между собой макро- (р) имикропараметры К>.

57.Молекулярно-кинетический смысл температуры. Энергия и скорость теплового движения молекул.

Температура-величина характеризующая ср. кинетич энергию поступательного движения идеального газа. T=(2К>)/3k. Эту формулу можно использовать чтобы найти среднюю скорость поступательного движения молекул: <υ_кв>=кор(<υ²>)=кор((3kT)/m)=кор((υ²1+ υ²2+... υ²n)/N). Из этой формулы сразу видно, что при повышении температуры скорость возрастает. Энергия теплового движения молекул: К>=1/2m2>=3/2kT. k=R/N_А - постоянная Больцмана ≈ 1,38*10^-23 Дж/К.

58.Испарение и конденсация.Насыщенные и ненасыщенные пары.

Насыщенный пар – пар находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью. А состояние динамического равновесия это такое состояние что молекулы, совершая хаотическое тепловое движение, непрерывно переходят из одной фазы в другую и обратно. Свойства насыщенного пара: 1)При Т=const, давление насыщенного пар не зависит от его объёмаV. => закон Бойля-Мариотта для насыщенного пара не выполняется. 2)При V=const давление насыщенного пара с ростом температуры увеличивается быстрее, чем давление ИГ=> закон Гей-Люссака не выполняется. 3)Уравнение p=nkT описывает состояние насыщенного газа только приближено. Ненасыщенный пар -пар давление, которого меньше давления насыщенного пара, подчиняется законам ИГ. Испарение - парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости при любой температуре. Конденсация - обратный кипению процесс - превращение пара в жидкость.

59.Кипение.Зависимость температуры кипения от давления.

Кипение-превращение жидкости в пар по всему объёму жидкости при постоянной температуре.

Жидкость кипит тогда, когда давление ёё насыщенного пара = внешнему давлению. Температура кипения - температура жидкости, при которой давление ёё насыщенного пара равно или превышает внешнее давление. Особенности жидкости при кипении: 1)при постоянном внешнем давлении Т жидкости постоянна. 2)с повышением внешнего давления температура кипения повышается, с понижением – понижается. 3)температура кипения зависит от наличия примесей.

60.Влажность воздуха.Точка росы.

Влажность воздуха - выраженное в процентах содержание водяных паров в воздухе. Абсолютной влажгостью ρ наз кол-во водяного пара содержащегося в 1 метре кубическом воздуха ρ=(pM)/(RT). Относительной влажностью φ наз отношениее абсолют. влажности ρ к тому кол-ву водяного пара ρ₀, которое необходимо для насыщения 1 метра кубич. воздухапри данной температуре: φ=(ρ/ρ₀)*100%. Точка росы – температура при которой пар находящийся в воздухе становится насыщенным.

61.Электрический ток в газах.Зависимость тока в газах от напряжения.

Газы в естественных условиях не проводят электричества, т. к. состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводниками могут быть только ионизированные газы. Ионизация – процесс, следствии которого некоторые атомы или молекулы газов теряют или приобретают электрон и превращаются в ион. 3 вида ионизации: термоионизация, фотоионизация, ударная ионизация. Газовый разряд – это прохождение электрического тока через ионизированный газ. Бывает самостоятельный и несамостоятельный. Несамостоятельный газ разряд возникает вследствии ионизации газа. Самостоятельный разряд – разряд, который продолжается после того как уберем внешний ионизатор. Рекомбинация – процесс обратный ионизации. График завис токав газах от напряжения: При увеличении напряжения скорости движения частиц возрастают. Участок Оа – сила тока растет. При определенном напряжении все частици будут достигать катода и анода. Рекомбинация прекратится. С этого момента сила тока не изменяется (участок ab). => достигается ток насыщения I_н. Резкое возрастание силы тока (участок bc) при дальнейшем увеличении напряжения указывает на то. Что в пространстве между пластинами появляется дополнительное число свободных носителей зарядов. Когда няпряженность электр. поля очень большая, то возникает ударная ионизация, свободных насителей зарядов становится больше => сила тока продолжает расти.

62.Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.

Вакуум – состояние газа при давлении меньше атмосферного. Вакуум бывает низкий, средний, высокий. Т. к. в вакууме нет свободных носителей заряда, то он является идеальным диэлектриком. => чтобы в вакууме мог проходить ток в нем надо как-то «создать» некоторую концентрацию свободных носителей заряда. Но повышение концентрации ионов привело бы к появлению ионизированного газа, т. е. исчезновение вакуума, то в сосуд вводят свободные электроны. Это осуществляется с помощью термоэлектронной эмиссии, т. е. испускания веществом электронов при нагревании. При это электроны, испускаемые нагретым телом называются термоэлектронами, а само тело – эмиттером. Вакуумные приборы, работа которых основанна на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами (вакуумные диоды, триоды).

63.Двухэлектродная лампа (диод).Триод.          

Вакуумные приборы работа которых основанна на явлении термоэлектронной эмиссии наз электронными лампами. Простейшая из них – вакуумный диод – содержит 2 электрода. Диод состоит из стеклянного балона, внутри которого катод и анод. Когда на катоде -, а на аноде +, то ток есть в цепи. когда наоборот, то тока нет. Свойства диода – односторонняя проводимость. Применяется в радиоэлектронных приборах, для преобразования переменного тока в постоянный. Устройство триода подобко диоду, но есть сетка (третий электрод). На катоде -, на аноде +. Если сетка +, то ток есть. Если наоборот, то тока нет. Используется для усиления электрических сигналов и переменных токов.

64.Электронные пучки.Эектронно-лучевая трубка и ее использование.

Если в аноде вакуумной лампы сделать отверстие то часть электронов будет пролетать сквозь него. Их движением можно управлять с помощью электрического и магнитного полей. Прибор в котором используется пучок электронов свободно летящих в пространсве за анодом наз электронно лучевой трубкой. В конце трубки наход. электронная пушка которая формирует пучок электронов. Электроны вылетающие из катода разгон. электрич. полем между катодом и анодом. Экран электронно-лучевой трубки покрыт изнутри люминофором который светится под действием падающих электронов. Меняя напряжение на аноде можно фокусировать электронный пучок. Пучок проходит последовательно 2 пары отклоняющих пластин позволяющих смещать его в горизонтальном и вертикальном направлениях. Для получ. цветныхизображений надо применять 3 пушки которые передают сигналы 3 одноцветных изображений – красного, синего, зеленого цвета. Также экран кинескопа покрывается кристаллами люминофора трех сортов котор под действием электронного пучка светятся соответственно красным, синим и зеленым светом. Электронно-лучевые трубки находят широкое применение в осциллографах, дисплеях компов, радиолокатарах, медицинской аппаратуре.

65.Строение жидкостей.Поверхностное натяжение.Коэффициент поверхностного натяжения. 

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Так же как и газы жидкости не сохраняют формы передают производимое на них давление по всем направлениям без изменения. Подобно газам свойства жидкостей не зависят от направления действия. Но как и твердые тела жидкости сохраняют свой объем практически не поддаются сжатию образуют границу раздела. Так же жидкости обладают свойством текучести – при сохранении объёма принимаю форму «предоставленного сосуда». Поверхностный слой жидкости производит на молекулу у граници раздела молекулярное давление под действием сил которого молекулы жидкости стремятся перейти из поверхностного слоя в глубь жидкости. Таким образом поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну большую каплю. Это явление характерное только для жидкостей получило название поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения = силе поверхностного действующей на единицу длины контура ограничиваающего поверхность жидкости. [σ]=1Н/1м.

66.Методы определения коэффициента поверхностного натяжения.   

Коэффициент поверхностного натяжения можно определить следующим образом: 1)предположим что для увеличения площади поверхности пленки жидкости на величину ΔS при t=const нужно совершить работу ΔА. ΔА=ΔS*σ =>σ=ΔA/ΔS. 2) σ – можно определить путем отрыва капель. Тогда σ=P/(2πr), P – вес капли, r - внутренний радиус трубки.

67.Явление смачивания и несмачивания.Краевой угол.

На границе соприкосновения твердого тела с жидкостью наблюдается явление смачивание. Смачивание явл результатом взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела которое приводит к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела. 1) Жидкость смачивает поверхность твердого тела, когда силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости. 2) Когда силы притяжения между молекулами жидкости больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость не смачивает поверхность твердого тела. Искривление всободной поверхности жидкости у поверхности твердого тела приводит к образованию мениска. Когда жидкость смачивает поверхность тв. тела - мениск вогнутый, а когда не смачивает – выпуклый. Краевой угол – угол между касательной проведенной в точке соприкосновения менискас твердым телом, и поверхностью твердого тела, отсчитанный внутри жидкости. Когда Θ=0 – идеальное смачивание, Θ=π – идеальное несмачивание, Θ=π/2 – жидкость имеет плоскуую поверхность.

68.Капиллярные явления.Капиллярность в быту, природе, технике.

Явление смачивания хорошо наблюдается при опускании узких (капиллярных) трубок в сосуд с жидкостью. Капилляр – трубка с малым внутренним диаметром. Если стекленный капилляр и погрузить один его конец в сосуд с жидкостью, то внутри капилляра уровень жидкости оказывается выше свободной поверхности жидкости. При полном смачивании жидкостью капилляра силу натяжения можно считать направленной вдоль поверхности твердого тела перпендикулярно границе соприкосновения твердого тела и жидкости. В этом случае подъем в капилляре будет продолжаться до тех пор пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре и направленная вниз не станет равной силе поверхностного натяжения по модулю. F_H=F_m, F_m=mg=pVg=phSg=phπr²g, F_H=lσ=σ2πr => h=(2σ)/prg. В случае смачиваемой жидкости. В случае несмачиваемой жидкости столб жидкости в капилляре опускается на уровень h. Капиллярные явления играют существенную роль в водоснабжении растений, в подъеме влаги в почве, в проникновении жидкости в пористые тела, в системе кровоснабжения легких.

69.Электрический ток в жидкостях.Электролиз, его техническое применение.

Чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником, т. е. практически не проводит электрический ток. Это связанно с тем что концентрация носителей свободных зарядов в ней при обычных условиях мала. Но при растворении в воде разных веществ (кислот, щелочей, солей и т. д.) раствор приобретает хорошую электропроводность, т. е. становится проводником. Распад молекул вещества на ионы при растворении его в жидкости называется электролитической диссоциацией, а сам раствор при этом становится электролитом, способным проводить электрический ток. Электролиз – изменение химического состава раствора или расплава электролита, при прохождении через него электрического тока. При электролизе на катоде выделяется металл или водород, а на аноде – остаток химического в-ва электролита. Применение электролиза: получение чистых металлов; гальваностегия – нанесение тонкого слоя металла, во избежание коррозии; аккумуляторы; гальванопластика – изготовление рельефных металлических копий предметов; получение газов (например, водорода).

70.Законы Фарадея для электролиза.

Фарадей экспериментально установил 2 закона электролиза: 1. Масса в-ва m выделяемого на каком-либо из электродов, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: m=Kq=KIΔt. Здесь I – сила тока, а Δt – время протекания тока, K ([K]=1кг/Кл) – электрохимический эквивалент в-ва. 2. Электрохимический эквивалент пропорционален химическому эквиваленту данного вещества: K=CM/Z. M – молярная масса вещества, Z – валентность, C=1/F – коэффициент пропорциональности который имеет одно и тоже значение для всех веществ. Отношение M/Zназ химическим эквивалентом. F – постоянная Фарадея, F=eN_А=96500 Кл/моль.

71.Характеристики твердого состояния вещества.Виды кристаллических структур.  

Твердые тела образуют границу раздела, сохраняют свой объем и форму, практически несжимаемы и обладают прочность «на разрыв». По своему внутреннему строению твердые тела разделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические твердые тела (кристаллы) обладают пространственной периодической структурой, называемой кристаллической решеткой. Она состоит из упорядоченно расположенных частиц. Места расположения частиц – узлы решетки. Решетка может состоять из атомов, молекул, ионов. Все кристаллические в-ва имеют температуру плавления, при достижении которойрешетка разрушается.Кристаллические тела делят на моно- и поликристаллы. Монокристаллы имеют форму правильных симметричных многогранников. Примеры монокристаллов: алмаз, изумруд, рубин, сапфир). Поликристаллы – беспорядочно разросшиеся монокристаллы (соль, сахар, кварц, железо, гранит). Они не имеют правильной геометрической формы.

72.Аморфные тела.

Аморфные тела – тела у которых отсутствует строгая периодичность расположения структурных частиц. Аморфные тела можно считать «охлажденными» жидкостями с очень большой вязкостью. Св-ва аморфных тел: 1) изотропия – независимость физических свойств от направления в пространстве (равноправность всех направлений внутри в-ва по физическим свойствам); 2) нет определенной температуры плавления; 3) при низких температурах – твердость, при высоких – текучесть. Примеры аморфных тел: стекло, янтарь, битум.

73.Жидкие кристаллы.

В таком состоянии вещ-во одновременно обладает физическими св-вами как твердого тела так и жидкости. Жидкокристаллические вещ-ва широко используются для создания дисплеев. Преимущество в малом потреблении электричества, долгий срок службы и компактность.

74.Полимеры.

Полимеры – вещ-ва молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов соединенных между собой химическими связями. Свойства: выдерживают большие механические нагрузки и деформации, чувствителен к изменению tи частоты внешнего воздействия. К полимерам приодного происхождения относятся натуральный каучук, белок, клетчатка, крахмал. Многие полимеры синтезированы для нужд человека.

75.Механические свойства твердых тел.Закон Гука.Модуль Юнга.

Механические св-ва в-ва определяются поведением кристаллической решетки под действием внешней нагрузки. Характеризует эти св-ва механическое напряжение σ – отношение силы упругости к площади поперечного сечения образца: σ=F_упр/S. Изменение линейных размеров или формы твердого тела под действием внешних сил наз деформацией. Виды деформаций: растяжения или сжатия (изменение любого линейного размера тела) сдвига (перемещение всех слоев тела в одном направлении параллельно некоторой плоскости, кручения (поворот параллельных сечений образца вокруг некоторой оси под действием внешних сил), изгиба (сжатие одних частей тела при растяжении других в параллельных напрвлениях). Закон Гука: сила упругости F_упр возникающая при деформации тела прямо пропорциональна его абсолютному удлинению дl=l-l₀: F_упр=k/дl/ где k - жесткость тела. Предел прочности (А) – макс. напряжение, при котором сохрян. прям. пропорцион. между механическим напряжение и относительным удлинением: σ=E/ε/ где Е – модуль упругости (модуль Юнга). Он характеризует способность материала сопротивлятся деформации растяжения или сжатия. Предел упругости (В), предел текучести (С), область текучести (CD) – если большая, то в-ва пластичные, если маленькая – то в-ва хрупкие. Предел прочности (Е) – напряжение при котором материал разрушается.

76.Сравнительная характеристика диэлектриков, проводников и полупроводников.

а-диэлектрик, б-полупроводник, в-проводник. Валентные электроны заполняют самую низкую зону – валентную (В). Электроны в ней связаны и не могут перемещаться. Следующая разрешенная зона с более высокой энергией называется зоной проводимости (П). Энергия электрона в этой зоне такова, что он разрывает валентные связи и становится свободным. Именно такие электроны и участвуют в создании тока. Между валлентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона (З). Она определяет значения энегргии, которыми электроны не могут обладать в данной кристаллической структуре. В диэлектриках запрещенная зона очень широкая => чтобы электрону перейти из валентной зоны в зону проводимости, ему надо сообщить очень большую энергию, т.е. нагревать диэлектрик. Но чтобы электронов перешло много, диэлектрик надо нагрель до такой температуры, что он расплаавится. Поэтому при комнатной температуре диэлектрики практически не проводят ток. В металлах валентная зона частично перекрывается зоной проводимости. Поэтому зона проводимости всегда частично заполнена своюодными электронами. Такое расположение зон в проводниках позволяет им очень хорошо проводить ток, даже при температурах близких к абсолютному нулю. Полуроводник отличается от диэлектрика тем, что ширина его запрещенной зоны намного меньше, чем в диэлектрике. Но при повышении температуры часть электронов может легко перейти в зону проводимости, что позволянт образцу проводить электрический ток.

77.Строение полупроводников.Зависимость проводимости полупроводников от температуры и освещенности.  

Обычно к полупроводникам относят кристаллы, в которых для освобождения электронов требуется энергия не более 1,5 – 2 эВ. Типичные полупроводники – кремний, германий. При наложении электрического поля в электроны в зоне проводимости переходят на более высокие уровни, а электроны из валентной зоны переходят на освободившиеся места. В валентной зоне оказываются пустые места, которые называют дырками. Число дырок = числу электронов. Освобожденные электроны создают электронный ток проводимости. Дырки создают дырочный ток проводимости. При комнатной температуре концентрация электронов в полкпроводнике много меньше, чем в проводнике => их удельное сопротивление больше. При понижении температуры удельное сопротивление увеличивается, а при повышении – уменьшается. В проводниках наоборот. При увеличении освещенности удельное сопротивление полупроводника уменьшается. Это означает, что энергия, необходимая для освобождения электронов, передается им светом, падающим на кристалл.

78.Собственная и примесная проводимости полупроводников.

Собственная проводимость полупроводников – такой тип проводимости, при котором электрический ток создается движением равного кол-ва отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Св-ва полупроводников зависят от содержания примесей. Примеси бывают: донорные и акцепторные. Донорные примеси – примеси, поставляющие электроны проводимости, без поставления такогоже числа дырок (например, мышьяк). В полупроводниковом кристалле с донорными примесями электроны являются основными , но не единственными носителями электрического тока. Т. к. небольшая часть собственных атомов полупроводникового кристалла ионизированна и часть тока осуществляется дырками. Полупроводниковые кристаллы, в которых электроны являются основными носителями заряда, а дырки неосновными – называются электронные полупроводники или полупроводники n-типа. Акцепторные примеси – захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом число электронов проводимости. Полупроводники, в которых дырки являются основными носителями электрического тока, а электроны неосновными – называются дырочными полупроводниками или полупроводниками p-типа. Акцепторная примесь, например, индий.

79.Электронно-дырочный переход.  

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на использовании электронно-дырочного перехода p-n-перехода. Для его создания в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочной проводимостью или наоборот. Такая область создается внесением примеси в процессе выращивания кристалла или в уже готовый кристалл. Через границу, разделяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и дырок. p-n-переход – это граница, рахделяющая область с электронной и дырочной проводимостью в одном монокристалле. Пограничная область раздела полупроводников с различными типами проводимости превращается в диэлектрик. Основное св-во p-n-перехода – пропускание тока в одном направлении. Если к полупроводниковому переходу приложено напряжение со знаком + к n-области, то электроны в n-проводнике и p-проводнике удаляются друг от друга, увеличивая запирающий слой. Сопротивление p-n-перехода велико, сила тока мала, от напряжения практически не зависит. Это включение p-n-перехода в обратном или запирающем направлении. Если на p-область +, то переход основных носителей облегчается. Двигаясь навстречу друг другу, основные носители заряда входят в запирающий слой и уменьшают его сопротивление. На основе электронно-дырочного перехода работают полупроводниковые приборы.

80.Полупроводниковый диод.Транзистор.

Изображение диода:.Одностороннюю проводимость контактов 2 полупроводников разных типов применяют для создания полупроводниковых приборов так называемых полупроводниковых диодов предназначенных для выпрямления и преобразования переменных токов. В основу работы диода положен p-n-переход. Для его создания в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочной проводимостью или наоборот. Такая область создается внесением примеси в процессе выращивания кристалла или в уже готовый кристалл. Через границу, разделяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и дырок. p-n-переход – это граница, разделяющая область с электронной и дырочной проводимостью в одном монокристалле. Пограничная область раздела полупроводников с различными типами проводимости превращается в диэлектрик. Основное св-во p-n-перехода – пропускание тока в одном направлении. К достоинствам полупроводниковых диодов по сравнению с вакуумными относятся миниатюрные размеры, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий КПД. А к недостаткам – зависимость от температуры. Транзистор (полупроводниковый триод). По способу изготовления мало отличим от диода. В кристалл германия с электронной проводимостью вводятся с двух противоположных сторон примесь атомов индия. Две области монокристалла германия становятся полупроводниками с дырочной проводимостью. Возникает 2 p-n-перехода на границе их соприкосновения с основным кристаллом. Средняя область кристалла – база транзистора, а две крайние – эмитер и коллектор. Транзисторы применяются для усиления тока и напряжения, в бесконтактных переключателях.

81.Магнитные свойства вещества.Три класса магнитных веществ.

Физ величина показывающая во сколько раз модуль индукции магнитного поля B в однородном веществе отличается от модуля индукции магнитного поля В₀ в вакууме,наз магнитной проницаемостью ве-ва: μ=B/B₀. Все ве-ва обладают определенными магнитными св-ами. Для большинства веществ магнитная проницаемость близка к единице и не зависит от величины магнитного поля. Вещества для которых магнитная проницаемость незначительно меньше единицы (μ<1) наз диамагнетиками, незначительно больше единицы (μ>1) – парамагнетиками. Вещества магнитная проницаемость которых зависит от величины внешнего поля и может значительно превышать единицу (μ>>1) наз ферромагнетиками. Магнетизм атомов обусловлен двумя основными причинами: 1)Движением электронов вокруг ядра котор можно представить как их обращение по замкнутым орбитам; такой магнитный момент наз орбитальным. 2)Собственным вращением электронов (спином), которому соответствует спиновой магнитный момент. По сравнению с магнитными моментами электронов магнитные моменты ядер весьма малы, и их вкладом в магнитный момент всего атома можно пренебречь. Под действием внешнего магнитного поля B₀ происходят процессы намагничивания вещ-ва и возникает поле микротоков B₁. Результирующее поле В действующ в магнетике характеризуется суммарной магнитной индукцией. B=B₀+B₁.

82.Природа диамагнетизма, парамагнетизма и ферромагнетизма.

Диамагнетизм наблюдается у вещ-в атомы котор в отсутствие внешнего магнитн поля не обладают магнитным моментом. Это означает что магнитные моменты электронов в атомных оболочках попарно компенсируют друг друга. Под действием внешнего магнитного поля электроны располагают свои орбиты таким образом что их поле начинает противодействовать внешнему. В диамагнетике намагниченность вещества уменьшает суммарное поле аналогично ослаблению электрич поля при поляризации диэлектриков, поэтому их магнитная проницаемость меньше единицы. Парамагнетизм наблюдается у тех вещ-в атомы которых обладают магнитн моментом в отсутствие внешнего магнитного поля. Вследствие теплового движения магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно и компенсируют друг друга при сложении. Магнитный момент всего тела близок к 0 и оно не намагничено. При внесении вещ-ва в область внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно в направлении поля. Намагниченность вещества увеличивает суммарное поле потому что в магнитном поле ориентируются не магнитные моменты отдельных электронов, а целых атомов. Ферромагнетизм. Наиболее существенным образом магнитное поле изменяется у ферромагнетиков. Атомы у них обладают собственным магнитным моментом. От парамагнетиков ферромагнетики отличаются наличием целых областей, в которых магнитные моменты всех атомов ориентированы одинаково. Такие области называются доменами. Они довольно малы. Однако количество атомов в доменах огромно. Поэтому каждый домен – это как бы обычный постоянный магнит, имеющий северный и южный полюс. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов расположены хаотически.

83.Ферромагнетики.Основные свойства ферромагнетиков.Применение ферромагнетиков.

Вещ-ва,магнитная проницаемость которых зависит от величины внешнего поля и может значительно превышать единицу (μ>>1) наз ферромагнетиками. Атомы у них обладают собственным магнитным моментом. От парамагнетиков ферромагнетики отличаются наличием целых областей, в которых магнитные моменты всех атомов ориентированы одинаково. Такие области называются доменами. Они довольно малы. Однако количество атомов в доменах огромно. Поэтому каждый домен – это как бы обычный постоянный магнит, имеющий северный и южный полюс. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов расположены хаотически. Домены имеющие наиболее выгодную ориентацию относительно направления поля увеличивают свои размеры за счет соседних доменов поглощая их. При этом поле в вещ-ве возрастает весьма существенно. При уменьшении внешнего поля до 0 у образца проявляется остаточная намагниченность. Это означает что у доменов несмотря на отсутствие внешней ориентирующей причины сохраняется выделенная ориентация. Ферромагнетики с высокой остаточной намагниченностью используют в качестве постоянных магнитов. Магнитные свойства ферромагнетиков зависят от t. При высокой t порядок в ориентации магнитных моментов атомов в доменах нарушается и ферромагнетик превращается в парамагнетик. t фазового перехода, когда ферромагнетик превращается в парамагнетик наз точкой Кюри. Ферромагнетики находят широкое применение в магнитных лентах и дисках для записи и хранения информации, телефонах, микрофонах, сердечниках трансформаторов, в роторах генераторов и электродвигателей.

84.Протонно-нейтронная модель ядра атома.Нуклоны.Изотопы.

Согласно протонно-нейтронной модели ядро состоит из частиц двух типов – протонов и нейтронов. Их объединяют общим наименованием «нуклоны». Число протонов в ядре наз атомным номером и обозначается буквой Z. Общее число нуклонов наз массовым числом и обозначается буквой А. Число нейтронов в ядре N=A-Z. Нередко ядра содержащие одно и то же число протонов различаются числом нейтронов. Такие ядра наз изотопами. Химические свойства вещ-ва определяются не атомной массой, а числом электронов в электрически нейтральном атоме элемента и их распределением по энергетическим уровням. Действительно, атомные массы изотопов различаются, а их химические свойства одинаковы. Обозначение изотопов: ^A_ZX, где Х – какой-то элемент, Z – число протонов = номеру элемента в таблице Менделеева, А – массовое число =Z+N.

85.Ядерные силы.Энергия связи ядра.Дефект массы.

Ядерные силы – это силы притяжения связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре. Они превышают силы кулоновского отталкивания между протонами в ядре. Ядерные силы коротко действующие на рассоянии <10^-15 м. Их относят к сильным взаимодействиям. Масса атомов измеряется с помощью масс-спектрографов. Дефект масс – это разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра: дm=Zm_p+(A-Z)m_n-m_я. Под энергией связи атомных ядер понимается энергия необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны:E_св=(Zm_p+Nm_n-m_я)c²=дmc².

86.α-излучение.

Многие атомные ядра могут самопроизвольно превращаться в другие. α-распад – самопроизвольный распад атомного ядра на α-частицу и ядро-продукт:^A_ZX→⁴₂He+^A-_Z-⁴₂Y. Радиоактивны все ядра элементов с Z>82. При α-распаде часть энергии α-распада может пойти на возбуждение ядра продукта, которое через некоторое время после вылета α-частицы испускает один или несколько γ-квантов и переходит в нормальное состояние: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. α-излучение – не опасное излучение.

87.β-излучение.

β-распад – самопроизвольное превращение атомного ядра с испусканием электрона. В основе β-распада лежит способность протонов и нейтронов к взаимным превращениям. Ядра в которых происходят нейтронов в протон наз β-радиоктивными. Два вида β-распада: с увеличением β^-: ^A_ZX→_Z+1^AY+β^- или уменьшением числа протонов β⁺: ^A_ZX→_Z-1^AY+β⁺. β-распад может сопровождаться γ-излучением, если часть его энергии затрачивается на возбуждение ядра продукта. Через некоторый промежуток времени возбужденное ядро освобождается от избытка энергии путем испускания одного или нескольких γ-квантов. Не опасное излучение.

88.γ-излучение.

Испускание γ-излучения не приводит к превращениям элементов: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. Особенности γ-излучения: 1)Очень коротковолновое электромагнитное излучение. 2)энергия γ-кванта находится в пределах от десятков килоэлектронвольт, до нескольких мегаэлектронвольт. Обычно γ-излучение сопровождает

радиоактивные превращения ядер при α- и β-излучениях и обладает дискретным спектром. Это самый опасный вид излучения.

89.Ядерные реакции.

Радиоактивные излучения возникают при распаде атомных ядер. Неустойчивыми являются как ядра у которых протонов намного больше чем нейтронов вследствие избытка Е кулоновского взаимодействия так и ядра у которых число нейтронов намного больше числа протонов вследствие избыточной массы нейтронов. Многие нестабильные изотопы встречаются в природе. Их радиоактивность наз естественной радиоактивностью. Ядерными реакциями наз процессы изменения атомных ядер вызванные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом. В большинстве реакций участвуют 2 ядра и 2 частицы; 1 пара ядро – частица наз исходной, а другая – конечной.Суммарный электрический заряд и число нуклонов в ходе реакции должны сохраняться. Символически ядерные реакции записываются в следующем виде: А+а→В+b. Здесь А – исходное ядро, а – бомбардирующая частица, В – конечное ядро, b – испускаемая частица. Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы, необходимо, чтобы частица обладала кинетической Е достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания. Исторически 1 ядерной реакцией под действием α-частиц считается реакция в результате которой был открыт протон:¹⁴₇N+⁴₂He→¹⁷₈O+¹₁p. Нейтрон был открыт в реакции радиоактивного превращения ядер бериллия в изотоп углерода при бомбардировке α-частицами: ⁹₄Be+⁴₂He→¹²₆C+¹₀n. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии); экзотермические (с выделением Е). Если сумма масс исходного ядра и частиц, вступающих в реакцию больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то Е выделяется и наоборот. Е высвобождающаяся при ядерной реакции наз энергетическим выходом ядерной реакции. Энергетический выход может быть до сотен мегаэлектронвольт, что в миллионы раз превышает выход Е при химических реакциях.

90.Закон радиоактивного распада.Период полураспада.

Радиоактивный распад является процесом статистическим (вероятностным). Вследствие этого невозможно точно предсказать когда произойдет распад данного ядра. Но можно оценить, сколько всего ядер распадется за данный промежуток времени. Для каждого радиоактивного вещ-ва существует характерный интервал времени наз периодом полураспада. Период полураспада Т – это промежуток за который распадается ровно половина первоначального количества радиоактивных ядер. Для нахождения закона радиоактивного распада будем считать что в начальный момент временичисло радиоактивных ядер N₀. Через время равное периоду полураспада это число будет N/2 еще через такой же интервал времени – N₀/4. Спустя промежуток времени, равный nпериодам полураспада (t=nT) радиоактивных ядер останется – N₀/2ⁿ. => N=N₀/(2)^t/T=N₀*2^-t/T. Это соотношения и выражает закон радиоактивного распада, который можно сформулировать следующим образом: число радиоактивных ядер, распадающихся в единицу t, пропорционально полному числу ядер, оставшихся к данному моменту. Закон радиоактивного распада позволяет найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.

91.Поглощенная доза излучения.

Поглощенная доза определяется Е излучения и его ионизирующей способностью. Исторически 1 единицей дозы был рентген. Дозой поглощенного излучения D наз величину = отношению энергии W, поглощенной телом, к его массе m: D=W/m. В СИ единицей поглощенной дозы является грей (1 Гр). [D]=1Гр=1Дж/кг. Коэффициент, показывающий, во сколько раз поражающее действие данного излучение больше, чем рентгеновского, при одинаковой дозе поглощенного излучения, наз коэффициентом относительной биологической эффективности (КОБЭ) или коэффициентом качества k. Биологическое действие поглощенной дозы характеризует величина Н = произведению поглощенной дозы на коэффициент относительной биологической эффективности, называемая эквивалентной дозой: H=Dk. В СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (1 Зв). На практике используется внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр. 1 Зв=100 бэр. Экспозиционной дозой излучения D_Sназ величину = отношению суммарного заряда q ионов одного знака, образованных излучением, к массе тела m: D_S=q/m. В СИ 1D_S=1Кл/1кг. Мощностью поглощенной дозы N наз доза, отнесенная к единице времени: N=D/t.

92.Деление тяжелых атомных ядер.Цепная реакция деления.

Ядерными реакциями наз процессы изменения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом. Особый тип ядерных реакций представляют ядерные реакции деления тяжелых ядер. В результате таких реакций выделяется огромное количество Е. При нейтронной бомбадировке урана происходит деление ядра на 2-3 части. Деление ядра происходит поскольку масса покоя тяжелого ядра больше массы покоя осколков. Цепная реакция деления осколков – реакция, в результате которой образуются те же частицы, которые ее и вызвали. Неуправляемая цепная реакция – это взрыв. Управляемая ядерная реакция идет в ядерных реакторах. Характеристикой реакции деления является коэффициент размножения нейтронов k: отношение числа нейтронов в последующем поколении к числу нейтронов в предыдущем. Если k≥1 – реакция идет, k<1 – реакция не идет.

93.Управляемая ядерная реакция. Ядерный реактор.

Цепная ядерная реакция может быть управляемой и неуправляемой (ядерный взрыв). Для управления цепной реакцией нужно очень строго контролировать процесс размножения нейтронов. Если коэффициент k=1, то количество нейтронов постоянно будет неизменным. Если коэффициент размножения нейтронов будет меньше единицы, то реакция затухнет. Устройство, в котором можно контролировать размножение нейтронов называется ядерным реактором. В ходе реакции освобождается тепловая энергия, которую можно использовать для получения электричества. Ядерный реактор имеет пять основных составных частей: 1) активная зона. Содержит ядерное горючее, которое находится в твэлах -тепловыделяющих элементах. Именно здесь идет цепная реакция. В качестве топлива обычно используется три вида радиоактивных изотопов: два вида урана и плутоний. 2) Замедлитель быстрых нейтронов (графит, тяжелая вода и др.). Это нужно для того, чтобы замедлить нейтрон, потому что для быстрых нейтронов очень мала вероятность взаимодействия с ядром урана или плутония. 3)Система охлаждения – теплоноситель (для отвода тепла). С его помощью тепло, выделившееся в результате реакции, уводится от места прохождения реакции. Например, вода закипает и пар вращает турбины. 4)Система регулирования (для обеспечения возможности управления реакцией. Здесь используется кадмий, бор. Это т.н. поглотители – вещества, поглощающие нейтроны. Если стержни с поглотителями ввести в активную зону, то коэффициент размножения нейтронов уменьшится. И наоборот, выведение стержней из активной зоны увеличивает коэффициент размножения. Этим и достигается управление реакцией. 5)Система безопасности – оболочка из бетона и железа для защиты окружающей среды от излучения. Преимущества ядерных электростанций: 1)Много энергии. 2)Отсутствие заражения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Минусы АЭС:1)Нарушение теплового баланса в окрестностях АЭС. 2) Радиоактивные отходы 3) Радиоактивное загрязнение местности 4)Опасность экологических катастроф.

94.Элементарные частицы и их свойства.

Элементарные частицы – те частицы которые не являются атомами или атомными ядрами (исключение протон). Все элементарные частицы способны возбуждаться и уничтожаться при взаимодействии с другими частицами. Ранее считалось, что неделимыми частицами являются протон, нейтрон, электрон и фотон. Однако впоследствии выяснилось, что и эти частицы имеют внутреннюю структуру. Позитрон -частица, полностью аналогичная электрону, только с положительным зарядом. Обнаружена в космических лучах. При столкновении электрона и позитрона они исчезают, превращаясь в пару гамма-фотонов. Сейчас известно, что все частицы обладающие зарядом имеют свои античастицы (с противоположным зарядом). Нейтрино. Участвует только в т.н. слабых взаимодействиях, приводящих к бета-распду ядер. Нейтрино практически не взаимодействует с другими частицами. Потоки нейтрино свободно пронизывают Землю. Зарегистрировать их крайне сложно. Различают четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Адроны делятся на мезоны(2 кварка) и барионы(3 кварка). Все сильно взаимодействующие элементарные частицы построены из кварков. Кварки обнаружены внутри протонов и нейтронов, но не найдены в свободном состоянии. В настоящее число фундаментальных элементарных частиц оказывается равным 57.

Виды взаимодействия	Для чего характерны	Переносчик	Радиус действия
Сильное	Адроны (p, n)	Мезоны (в КХД глюоны)	10-15 м
Слабое	Лейптоны (e, ν)	Базоны (W+, W-, Z0)	10-17 м
Электромагнитное	Все заряженные частицы	Фотоны	Бесконечность
Гравитационное	Все частицы	Гравитоны	Бесконечность