Енергія електрона дорівнює. Чому дорівнює фотонна енергія електрона

936. Чому дорівнює фотонна енергія електрона? Фотонна енергія електрона це така енергія фотона, маса якого дорівнює масі електрона. Вона дорівнює 511000eV (рис. 78, формула 6).

^ 937. Чому дорівнює різниця між фотонною енергією електрона та енергією фотона E=136000eV, який випромінює електрон водневого атомаФермія? Вона дорівнює 511000-136000 = 375000eV. Таким чином, при формуванні водневого атома Фермія електрон втратить близько 25% своєї маси та енергії. Цілком природно, що подія не може статися, оскільки існує межа зменшення маси електрона, після якого він повинен втрачати стійкість і розчинятися в ефірі.

^ 938. Який висновок випливає з проведеного аналізу? Максимально можливу температуру, яку ототожнюємо з теплом, формують фотони ультрафіолетового або початку рентгенівського діапазону, але точні параметри цих фотонів ми ще не знаємо.

^ 939. У чому сутність різниці між термодинамікою макро- та мікросвіту? В інтерпретації причини появи тиску в закритих системахнаприклад, як парові котли, і відкритих, таких, наприклад, як повітряний простір планети Земля.

^ 940. Як інтерпретує термодинаміка мікросвіту тиск у паровому казані? Одним із важливих понятьТермодинаміки макросвіту є поняття тиску газів, що формується їх молекулами і кластерами. Воно широко використовується в математичних моделях термодинаміки макросвіту, які дозволяють розраховувати різні термодинамічні процеси. Термодинаміка макросвіту не бачить інших учасників формування тиску в паровому казані, наприклад, фотонів, які випромінюються електронами молекул та кластерів води.

^ 941. Як інтерпретує термодинаміка макросвіту підвищення тиску в повітрі, наслідком якого є потужні громові гуркіт у грозу? Ніяк. Вважається, що це явище не належить до компетенції термодинаміки макросвіту.

^ 942. Як інтерпретує термодинаміка мікросвіту громові гуркіт у грозу?

Звернімо увагу на формування тріску з появою електричної іскри. Розкати грому в грозу набагато потужніше тріску електричної іскри. Відразу слідує питання:

^ 943. Що формує тиск у зоні блискавки, наслідком якого є потужні звуки як грому? У чому суть підвищення тиску повітря в момент народження блискавки? Відповідь елементарна. Радіуси електронів та фотонів – основні параметри їх розмірів. Радіус електрона представлений у формулі (7), а середній радіус світлового фотона дорівнює , тобто в 100 000 разів більше. Хіба не ясно, що грім у грозу – наслідок підвищення тиску світловими фотонами, розміри яких у 100000 разів більші за розміри електронів, що їх випромінювали? Це і є Головна причинапідвищення тиску повітря та потужних громових гуркотів у момент грози.

^ 944. Отже, стисло, у чому суть відмінностей Термодинамік макросвіту та мікросвіту? Гази – поняття термодинаміки макросвіту, а електрони та фотони – головні учасники формування тисків, – представники мікросвіту. У цьому й приховано принципова відмінністьТермодинаміки макросвіту від Термодинаміки мікросвіту. Тиск газів – об'єктів макросвіту пропорційно їх температурі, а тиск, що формується фотонами, обернено пропорційно температурі. У грозу немає в атмосфері температури, подібної до температури пари в паровому котлі, а тиск, що формується фотонами, багаторазово перевищує тиск нагрітої пари води в котлі і потужність громових гуркотів підтверджує це. Цілком природно, що процесами формування тиску, що забезпечує виліт куль і снарядів, більшу роль відіграють закони термодинаміки мікросвіту та меншу роль закони термодинаміки мікросвіту. Їх сумісна працящодо формування тиску в закритих системах ще ніким не вивчалася. На цьому ми зупиняємо процес порівняння термодинаміка макро- і мікросвіту з відомих причин.

^ 945. Коротко про сутність термодинаміки мікросвіту? Всесвіт заповнений фотонами і існує у фотонному середовищі. Довжини хвиль фотонів, що формують фотонне середовище, змінюються від 0,05 м до . Температуру у будь-якій зоні Всесвіту формують ті фотони, щільність яких максимальна у цій зоні. Мінімальну температуру формує сукупність фотонів із довжиною хвилі близько 0,05м. Довжина хвилі фотонів, що формують максимальну температуру, не встановлена. Температурна рівновага Всесвіту керується законом рівноваги температур. Він говорить: добуток температур і довжин хвиль фотонів, що формують їх у будь-яких двох точках Всесвіту, – величина постійна та рівна (формула 8, рис. 78). Перший початок термодинаміки макросвіту має обмежену сферу дії. Другий початок термодинаміки макросвіту достовірний і заслуговує подальшого розвиткуна основі нової наукової інформації про мікросвіт.

^ 11. ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ МІКРО І МАКРО СВІТУ

946. Як можна оцінити досягнення фізиків-експериментаторів з електродинаміки з позицій нових знань про мікросвіт? Досягнення експериментаторів у галузі електродинаміки з позицій нових знань про мікросвіт видаються фантастичними.

^ 947. Як можна оцінити досягнення фізиків-теоретиків у галузі електродинаміки з позицій нових знань про мікросвіт? Як глибоко хибні. З позицій нових знань про мікросвіт теоретичне поле електродинаміки – пустеля з невеликими острівцями достовірних фактів.

^ 948. Хіба можна визнати таке твердження достовірним, коли курс електродинаміки Максвелла читається у всіх університетах світу? Відсутність розуміння хибності існуючої теоретичної електродинаміки - наслідок сили стереотипу теоретичного мислення, яке формувалося у ХХ столітті переважно математиками, природне прагнення яких – показ мощі математичного апарату, але не фізичної суті, описуваних явищ та процесів.

949. Чи можна переконатися у достовірності цього, поки що голослівного, затвердження у процесі уважного знайомства з питаннями та відповідями, які подаються тут? Охочі нових знань отримують таку можливість.

950. Початок експериментальної електродинаміки заклав Фарадей близько 200 років тому. Її теоретичний фундаментзаснував Максвелл близько 150 років тому. Усі електродинамічні досягнення людства базуються на ідеях Фарадея та Максвелла. Хіба можна ставити під сумнів існуючу електродинаміку? Розвиток електродинаміки йшло шляхом ігнорування численних експериментальних і теоретичних протиріч. Наразі їх накопичилося так багато, що вони стали потужним гальмом подальшого розвитку електродинаміки.

951. Сучасна теоретична фізикавважається замкненою, несуперечливою наукою. Головною ланкою, що замикає фізичні знанняє інваріантність рівнянь Максвелла перетворення Лоренца. Хіба можна ставити це під сумнів? Ми вже довели, що перетворення Лоренца – теоретичний вірус, тому зазначена інваріантність не має жодного стосунку до реальності. Головною є фізична інваріантність, що легко перевіряється експериментально. Ми показали повну відсутність фізичної інваріантності рівнянь Максвелла. Що ж до математичної інваріантності, вона виникла внаслідок ігнорування суддівських функцій головної аксіоми Природознавства – аксіоми Єдності.

952. Поняття динаміка народилося давно, розробки наукових основ механіки. Це її розділ, в якому описуються рухи матеріальних тіл під дією доданих до них сил. Потім з'явилися поняття електродинаміка, гідродинаміка, аеродинаміка і виникла потреба конкретизувати зміст, закладений у вихідному понятті"Динаміка". Щоб відрізнити динаміку, що описує механічні рухиматеріальних тіл з інших понять, куди входить слово динаміка, було запроваджено поняття «Механодинаміка». У зв'язку з цим виникає питання: чи не виникла потреба конкретизувати науковий змістпоняття «Електродинаміка», щоб точніше описувати процеси та явища, пов'язані з цим поняттям? Так, така необхідність вже дозріла і ми змушені додати додаткові слова до поняття електродинаміка, щоб звузити коло процесів та явищ для їх детального опису.

^ 953. Які нові розділи з'являються в електродинаміці? Ми вважаємо, що має бути розділ, у якому розглядається фундамент всіх електродинамічних явищ і процесів: структури та поведінка мешканців мікросвіту, які формують усі електродинамічні процеси та явища та керують їх розвитком. Ми вже назвали його «Електродинаміка мікросвіту». Оскільки поняття "Електродинаміка" спочатку було введено для опису роботи електротехнічних пристроїв, виникає необхідність ввести поняття «Електродинаміка електротехніки». Далі, враховуючи фантастичні експериментальні досягнення у галузі інформаційної електроніки, слід запровадити поняття «Електродинаміка електроніки».

^ 954. Чи можна оцінити, приблизно, рівень теоретичних досягнень «Електродинаміки мікросвіту»? Приблизно можна. Електродинаміка мікросвіту вже має потужний теоретичний фундамент у вигляді структур електронів та фотонів – головних учасників усіх електродинамічних процесів та явищ. Проте, повний розвиток теоретичних знаньпро цей фундамент ще попереду.

^ 955. Що можна сказати про теоретичні досягнення в «Електродинаміці електротехніки»? Вони знаходяться приблизно в такому ж положенні, як і досягнення в Механодинаміці. У Механодинаміці залишився живим і зміцнив свої позиції головний закон колишньої динаміки - другий закон Ньютона. Однак помилковість першого закону Ньютона зажадала нової формулювання законів, що описують рух матеріальних тіл під дією сил, прикладених до них, у тому числі і сил інерції, участь яких в описі рухів матеріальних тіл була помилково представлена ​​в колишній динаміці Ньютона. В аналогічному положенні знаходиться і електродинаміка електротехніки. Головний її закон – закон Ома зміцнює свої позиції, а закони Кірхгофа здають свої позиції та вимагають коригування їх формулювань.

^ 956. У якому положенні є теорія Електродинаміки електроніки? У найжахливішому. Тут звалилися майже всі старі теоретичні уявленняразом з електродинамікою Максвелла і теоретичне поле електродинаміки електроніки майже пустельно, якщо не брати до уваги структури електрона і фотона, які знаходяться на початку розробки теорії своєї участі в явищах і процесах електроніки. На структурах цих частинок базуються всі, можна сказати, фантастичні експериментальні досягнення у сфері формування та передачі. Всі ці досягнення отримані методом спроб і помилок і жоден автор цих досягнень не розуміє їхньої фізичної суті.

^ 957. Чи можлива кооперація знань у зазначених розділах електродинаміки зі знаннями інших динамік для отримання нових практичних наукових досягнень? Така кооперація як можлива, а й вкрай необхідна і вже приклади її реалізації.

^ 958. Чи можна навести хоча б один приклад реалізації цієї потреби? Можна, можливо. Коригування законів старої ньютонівської динаміки і законів Кірхгофа вже призвело до створення генератора електричних імпульсів, що самообертається, що раніше вважалося неможливим.

^ 959. У чому є сутність цих корпоративних наукових досягнень? Виявилося, що, якщо з'єднати нові закони механодинаміки та нові закони імпульсної електротехніки, можна розробити технічний пристрій, сили інерції якого будуть множити електричну потужність.

^ 960. З чим можна порівняти результати реалізації закону інерційного множення електричної потужності? Воно немає конкурентів у значимості для майбутньої енергетики.

961. Коли буде опубліковано результати експериментального доказу достовірності закону інерційного множення електричної потужності та відеофільм цих експериментів? Відповідь це питання не залежить від авторів цього винаходу.

^ 962. Чи можна розпочати виклад основ, на яких базуватимуться всі розділи електродинаміки? Ми сподіваємося, що процес навчання більш безпечний, ніж процес комерціалізації результатів наукових досягнень, тому вважатимемо цю роботу основною своєю місією в час перебування, що залишився для нас. казковому світі. Почнемо з викладу азів електродинаміки мікросвіту.

^ 963.Чим відрізняється електродинаміка мікросвіту від традиційної електродинаміки? У старій електродинаміці електрони існують самі по собі, а магнітні та електричні поля самі по собі, без видимого зв'язку між ними. В електродинаміці мікросвіту магнітні та електричні поля формують електрони та протони, а зміна магнітних та електричних полів – наслідок зміни орієнтації електронів.

^ 964. На чому базується електродинаміка мікросвіту? Основою електродинаміки мікросвіту є фотони, електрони та протони.

965. Яка з цих частинок формує закони електротехніки?Усі закони електротехніки базуються на структурі та поведінці фотона та електрона.

966. Яку роль грає протон у електротехніці?У так званій провідній електротехніці протон не відіграє ніякої ролі, тому що у дротах немає, і не може бути вільних протонів.

^ 967. У якій частині електротехніки бере участь протон? У тій частині електротехніки, що вивчає електричні процеси у розчинах. Там протон – законний учасник електротехнічних процесів разом із електроном.

968. А як тоді бути з негативними і позитивними знаками електрики, які пов'язуються з позитивним зарядом – протоном і негативним зарядом електроном? Негативні та позитивні заряди існують тільки в розчинах, а в дротах їх немає.

^ 969. Що потрібно знати про електрон, щоб освоїти знання з електродинаміки мікросвіту? Треба прочитати главу «Електрон, протон, нейтрон» у монографії «Початку фізхімії мікросвіт», опублікованій та інтенсивно копіюваної за адресою:

970. Чи можна подати інформацію про електрон за допомогою запитань та відповідей на них?Вона вже представлена ​​та опублікована тут же. Це питання № 305-380.

Щоб полегшити подальше розуміння питань та відповідей на них представимо схему моделі електрона (рис. 79) і нагадаємо, що електрон має два магнітні полюси: північний та південний. Далі, формуванням структури електрона та його поведінкою управляють 23 константи. Усі параметри вільного електрона суворо постійні, вони починають змінюватися лише тоді, коли електрон вступає у взаємодію Космосу з іншим електроном, з протоном чи магнітним і електричним полями.

^ 971. Як тоді розуміти кінці проводів з позитивними і негативними знакамиелектрики? Щоб знайти правильну відповідь на це запитання, звернемося до експерименту. На рис. 79, b) показана лабораторна модель плазмоелектролітичного реактора. Площа катода цього реактора в 30-50 разів менше площі анода. Внаслідок цього на головці катода в зоні РР (рис. 79, b) виникає плазма атомарного водню. Протони атомів водню, що мають позитивний заряд, відокремлюються від молекул та іонів води та спрямовуються до негативного електрода – катода. Отримують з нього електрони та формують атоми водню, які існують лише в плазмовому стані при температурі від 2700С до 10000С. Іони рухаються в розчині до анода, віддають йому електроном і ті рухаються по проводах до катода, де й зустрічаються з протонами. З цього однозначно випливає:

1-у проводах рухаються лише електрони; 2 – електрони рухаються у дротах від анода (плюсу) до катода (мінуса). У старій електродинаміці все навпаки: протони і електрони можуть бути присутніми у проводах і електрони рухаються від мінуса до плюсу. Дамо цю помилку в спокої і керуватимемося результатами щойно описаного експерименту. Вільні протони можуть бути лише в розчинах і не можуть бути в проводах. Проводами рухаються тільки електрони від плюсу до мінуса.

^ 972. Що ж замінює плюс та мінус у старій електродинаміці? При пошуку відповіді це питання уявімо, що з русі у дроті електрони орієнтують свої спини , отже магнітні полюситак, що їхні північні магнітні полюси спрямовані у бік руху (рис. 79, с, d). Тоді у початку дроту, який до цього позначався знаком плюс, буде південний магнітний полюс S, а в кінці дроту, до якого рухається електрон, буде північний магнітний полюс N. З цього однозначно випливає, що кінець дроту, який ми позначали знаком плюс, на насправді має не електричний знак, а південний магнітний полюс, а кінець дроту, який ми позначали мінусом, має північний магнітний полюс. Отже, ми замінили плюс південним магнітним полюсом, а мінус – північним. Ось і всі премудрості.

973. Чи збігаються напрямки магнітних силових ліній, що формуються струмом навколо проводів з напрямками магнітних полів електронів, що рухаються проводами (рис, 79, с і d)? Збігаються повністю і на цьому базується вся електродинаміка мікросвіту. Оскільки це головний момент нової електродинаміки, то ретельніше перевіримо експериментально його достовірність.

974. Яке значення в електродинаміці мікросвіту має рух електронів по дротах?Вирішальне значення.

^ 975. Який метод визначення напрямку руху електронів вздовж проводів виявився найбільш достовірним? Перш ніж відповідати це питання, відзначимо повну помилковість старого методу, заснованого на, так званих, правилах правої і лівої руки. Анахронізм цього методу дуже влучно відбив один із провідних інженерів – електриків Росії, назвавши його правилом лівої руки та правої ноги.

^ 976. Чи знайдено новий методвизначення напрямку руху електронів вздовж дротів? Знайдений, він виявився напрочуд простим.

977. Який прилад використовується для визначення напрямку руху електров у дротах?Найдавніший – компас.

^ 978. Чому саме цей прилад дозволив точно визначати напрямок руху електронів уздовж проводів? Тому що електрони, що рухаються вздовж дроту, формують навколо нього строго орієнтоване магнітне поле та стрілка компаса, поміщеного в це поле, активно реагує на його появу.

979. Як перевірити експериментально збіг магнітних полів, що формуються струмом навколо проводів з напрямками магнітних полів сукупності електронів, зорієнтованих у дроті під дією прикладеної напруги так, що їх сумарне орієнтоване магнітне поле і є магнітним полем навколо провідника? Експеримент, з перевірки сформульованого твердження, гранично простий. Його схема показано на рис. 80 а.

^ 980. Який магнітний полюс на кінцях стрілки компаса орієнтований північ і чому? Північний, тому що на півночі Землі південний магнітний полюс.

981. Як вдалося за допомогою компаса визначити напрямок руху електронів уздовж проводу?Дуже просто. Для цього прямолінійний відрізок дроту розташовувався на столі, і його напрямок орієнтувався з півдня S на північ N. Далі, південний кінець дроту підключався до плюсової (+) клеми акумулятора. Перший компас (А) розміщувався над проводом, а другий (В) під проводом та спостерігалося відхилення стрілок компасів у момент замикання ланцюга (рис. 80 а). Оскільки електрони рухаються у дроті від плюса до мінуса і орієнтуються північними магнітними полюсами у бік руху, то магнітні моменти електронів, що характеризують напрямок їх руху та напрямок обертання, повинні діяти на стрілки компасів і відхиляти їх у момент замикання ланцюга. Вектор магнітного моменту збігається з напрямком вектора спина (константа Планка) електрона і спрямований уздовж осі його обертання так, що якщо дивитися з вістря вектора, то обертання має бути спрямоване проти годинникової стрілки. В цей же бік мають бути спрямовані й магнітні силові лінії. магнітного поля, що формується електронами навколо дроту. Тоді стрілка компаса (А), покладеного на провід, повинна відхилятися праворуч, а стрілка компаса (В), покладеного під провід, – ліворуч. Компаси ідеально підтверджують достовірність цього теоретичного передбачення (рис. 80 а).

^ 982. Як зміняться відхилення стрілок компасів, якщо провід буде направлений у зворотному напрямку(Рис. 80, а справа? Стрілки компасів відхилятися в протилежні сторони(Рис. 80, правий провід), порівняно з відхиленнями у разі, коли плюс дроту був на південному його кінці, а мінус на північному (мал. 80, лівий провід).

^ 983. Які важливі деталі інтерпретації цього експерименту? На рис. 80 а ліворуч електрони рухаються вгору і формують навколо дроту магнітне поле , спрямоване проти ходу годинникової стрілки, тобто точно так, як і магнітне поле електрона. Це означає, що плюсовий (+) кінець дроту еквівалентний південному магнітному полюсу (S), а мінусового (-) – північному (N). З цього експерименту випливає також, що магнітне поле навколо дроту за такої орієнтації електрона закручено проти ходу годинникової стрілки і має магнітний момент.

^ 984. Чи можна узагальнити результати цього центрального експерименту електродинаміки мікросвіту? Важливість його така велика, що це треба зробити. На рис. 80 показано електрична схеманапрями проводів якої зорієнтовані плюсовими кінцями на південь (S), а мінусовими - на північ (N). За відсутності струму у дроті напрям стрілок компасів А, У, З і D збігаються з напрямом правого і лівого проводів північ N. При включенні струму навколо дроту виникає магнітне полі і стрілки компасів відхиляються. Коли електрони рухаються по дроту у напрямку з півдня (S) на північ (N) (рис. 80, лівий провід), то стрілка компаса A, розташованого над дротом, відхиляється вправо, а стрілка компаса B, розташованого під проводом, - вліво ( Таблиця (рис. 80). З цих результатів випливає, що магнітне поле навколо дроту закручено проти ходу стрілки годинника і має магнітний момент . Наявність моделі електрона з відомим напрямомвектор його магнітного моменту дає нам підставу вважати, що магнітне поле навколо дроту формується сукупністю магнітних полів електронів, зорієнтованих уздовж дроту таким чином, що напрям вектора магнітного моменту кожного електрона збігається з напрямом вектора магнітного моменту поля, що утворюється навколо дроту (рис. 80). Ті ж електрони, які рухаються правим дротом з півночі (N) на південь (S), формують навколо нього протилежно спрямоване магнітне поле і стрілки аналогічних компасів і D відхиляються протилежно відхилення стрілок компасів А і В (рис. 80).

^ 985. Чи є додаткові експерименти, що доводять рух електронів у дротах від плюса до мінуса ? Незаперечність цього факту підтверджено ще 1984 року іншим елементарним експериментом, поставленим інженером А.К Сухвал. Він узяв підковоподібний магніт з електромагнітного матеріалу з напруженістю магнітного поля порядку 500 Е. і приєднав до його полюсів щупи чутливого мікроамперметра, який почав показувати струм 0,10-0,20 (рис. 80, b). При цьому плюсовий щуп мікроамперметра приєднувався до південного полюса S магніту, а мінусового - до північного N. Це переконливий доказ руху електронів по проводах мікроамперметра від плюса до мінуса, а точніше від південного магнітного полюса S до північного N. Особливо відзначимо, що цю інформацію ми отримали 15.06.09, тобто значно пізніше, як описали процес руху електронів від плюса до мінуса і багаторазово опублікували його.

986. Які електротехнічні наслідки випливають із описаного експерименту?

Результати експерименту, подані на рис. 80, показують помилковість підручників з фізики, електродинаміки та електротехніки, оскільки в них стверджується, що електрони рухаються у дротах від мінуса до плюсу. Однак наш досвід показує, що напрямок магнітного поля, що формується навколо дроту, збігається з напрямком обертання вільних електронів у ньому (мал. 80, а), тому напрям струму збігається з напрямом руху електронів. Цей простий приклад яскраво демонструє, що якщо джерелом живлення є акумулятор або батарея, електрони рухаються по дротахвід плюсової клеми акумулятора або батареї (мал. 80) до мінусової. Така картина повністю узгоджується зі структурою електронів та однозначно доводить, що вільні електронидроти з постійною напругою повернені південними магнітними полюсами до позитивного кінця дроту, а північними – до негативного, а чи не навпаки, як і написано у підручниках.У цьому випадку не потрібна присутність у дротах вільних протонів для формування позитивного потенціалу, так як вільні електрони дроти формують на його кінцях не різноїменні електричні заряди, а різноїменні магнітні полюси.

987. Чи випливає з нових уявлень про поведінку електронів у проводі необхідність замінити уявлення про плюсовий і мінусовий кінці проводів мережі з постійною напругою на кінці з північним та південним магнітними полюсами? Звичайно, слід, але процес реалізації цієї необхідності буде тривалим. Однак, як ми побачимо далі, він неминучий, оскільки поглиблення уявлень про реальні електродинамічні процеси неможливе без нових умовностей у позначенні кінців електричних проводів.

988. Які постулати випливають із описаного елементарного експерименту? Оскільки "Постулат" - твердження, достовірність якого не очевидна, але доведена експериментально, то з описаного експерименту випливають такі постулати:

1- електрони мають електромагнітну структуру, що обертається;

2- обертання електрона, керується законом збереження кінетичного моменту, відображеного у структурі константи Планка, що називається спином;

4 - магнітні поля, що обертаються і електронів, що рухаються вздовж проводу, формують сумарне магнітне поле, яке виходить за межі проводу;

5 - напрям вектора магнітного моменту магнітного поля навколо дроту зі струмом збігається з напрямками векторів магнітних моментівелектронів;

6- електрони, що рухаються по дроту від плюса (+) до мінуса (-).

^ 989. Чи дозволяють сформульовані постулати описати рух електронів уздовж проводу з постійною напругою? Звісно, ​​дозволяють. Чиста постійна напруга V (рис. 81) мають батареї та акумулятори. Однак цим поняттям позначають і випрямлену змінну напругу, тому при аналізі поведінки електрона у дроті треба враховувати цей факт. Як видно (рис. 81), електрони вишиковуються так, що вектори їх магнітних моментів виявляються спрямованими від плюса (+) до мінуса (-). Таким чином, південні полюси S всіх вільних електронів у дроті з постійною напругою виявляються зорієнтованими до плюсового кінця дроту. Північні полюси N всіх вільних електронів виявляються зорієнтованими до іншого кінця дроту (рис. 81).

^ 990. У чому сутність основ, що вимагають заміни маркування плюсових (+) кінців електричних проводів південними магнітними полюсами S, а мінусових (-) – північними N? Щоб розуміти підстави для введення уявлень про те, що плюсовий кінець дроту відповідає південному магнітному полюсу, а мінусовий – північному, треба мати на увазі, що у дроті немає вільних протонів, тому нема кому в ньому формувати позитивний знакзаряду. Є лише вільні електрони, а вони мають один знак заряду, але два магнітні полюси: південний (S) та північний (N).

^ 991. Чи є інші докази про необхідність такої заміни? Далі ми побачимо, як з такої умовності випливають наслідки, що пояснюють таку велику кількість електричних ефектів, що дана гіпотезавпевнено завойовує статус постулату.

^ 992. Яка велика різниця між розмірами атомів і молекул матеріалів проводів і розмірами так званих вільних електронів, що рухаються вздовж проводів? Різниця, приблизно, тисячоразова. Розміри електронів, а розміри атомів.

^ 993. Чи можна навести образне порівняння різниці цих розмірів? Можна, можливо. Якщо припустити, що валентні електрониатомів сформували молекулу або кластер у формі куба зі сторонами 1м, то розміри вільних електронів, що рухаються в цьому кубі, будуть близькими до одного міліметра. Тим не менш, заряди та магнітні поля вільних електронів не байдужі для зарядів та магнітних полів електронів атомів. Вони виявляються достатніми, щоб, впливаючи на валентні та інші пов'язані електрони, і змушувати їх випромінювати фотони.

^ 994. Яким чином нагріваються дроти під час руху ними електронів? Додана постійна напруга не тільки переміщає вільні електрони вздовж дроту, але генерує фотони, що нагрівають провід. Чим більша напруга, тим більше більше швидкістьрухи електронів у дроті та інтенсивніша їхня дія на пов'язані електрони, які випромінюють фотони з більшою енергією.

^ 995. Як змусити електрони інтенсивніше нагрівати провід? Відповідь очевидна. Треба сформувати із дроту спіраль. Оскільки магнітні поля виходять далеко за межі проводів, то у проводі, згорнутому в спіраль, вони починають взаємодіяти один з одним і інтенсивніше діяти на вільні, зв'язані та валентні електрони, і ті починають випромінювати фотони та нагрівати спіраль.

996. Чи означає це, що у дроті зі змінною напругою збільшується інтенсивність впливу на електрони і, як результат, збільшуються втрати електричної енергіїпорівняно із втратами у проводах із постійною напругою? Відповідь однозначно позитивна і далі ми прозоро побачимо це, розглядаючи рух електронів по дротах із змінним струмом.

997. Оскільки змінна напруга та змінний струм змінюються синусоїдально, то амплітуда цих змін приймає в інтервалі одного періоду коливань позитивні та від'ємні значення. Чи належать ці різноіменні знаки амплітуд напруги та струму до позитивних та негативних зарядів електрики? Стара електродинаміка та стара електротехніка базуються на таких уявленнях, а електродинаміка мікросвіту відкидає їх, оскільки у проводах зі струмом немає позитивних зарядів. Ними рухаються лише електрони, мають один – негативний заряд.

^ 998. Що тоді формує позитивні і негативні амплітуди синусоїдальної напруги і струму? Позитивну та негативну амплітуди синусоїдально мінливої ​​напруги та струму формують північні та південні магнітні полюси електронів.

999. Як вони роблять це?Відповідь на рис. 82. Пояснення до рис. 82 а, b, c, d, e праворуч від малюнка.

1000. Чи час студентам знати про описаний процес формування струму та напруги?Звичайно, давно час, але ці знання поки не доходять до них. Нещодавно студенти – дипломники мого рідного факультету попросили мене прочитати їм цикл лекцій з нових знань, у тому числі й з електротехніки. Вони були шоковані новою інформацієюта питали: чому їм про це не розповіли докладно раніше, на 3-му, 4-му курсах? У мене не знайшлося переконливої ​​відповіді на це запитання.

1001. Якщо все так наочно і просто, то які ж рівняння описують викладений процес формування синусоїдально мінливих: напругиЯкщо початком вважати орієнтацію електронів при постійній напрузі, то рівняння, що описують зміну напруги (рис. 82, формула 1), струму (рис. 82, формула 2) та напруженості магнітного поля (рис. 80, формула 3) будуть мати вигляд, представлений на рис. 82.

^ 1002. Який процес керує синусоїдальним зміною напруги , струму і напруженості магнітного поля? Цілком природно припустити, що описаним процесом зміни орієнтації електронів у проводах управляють магнітні полюси магнітів первинних джерел живлення, наприклад, генераторів електростанцій.

^ 1003. У чому головна сутність описаного процесу зміни головних параметрів, так званого змінного струму? Головна особливість описаного процесу – синхронність синусоїдальної зміни напруги U, струму I та напруженості H магнітного поля навколо дроту. Описаний процес показує, що при змінній напрузі кількість електронів у перерізі проводу, що розглядається, не змінюється, а змінюється лише їх напрямок, який змінює напрямок магнітного поля навколо проводу, що характеризується вектором Мо (рис. 82).

^ 1004. З якою частотою змінюють свій напрямок електрони у дротах із змінною напругою 220В? З описаного процесу поведінки електронів у дроті із змінною напругою звичайної мережі випливає, що вільні електрони змінюють у ній свій напрямок із частотою мережі, що дорівнює 50 Гц, тобто 50 разів на сек.

^ 1005. У чому сутність головного фактора великих втрат енергії в мережах із змінною напругою порівняно з мережами із постійною напругою? У тому, що у проводах з постійною напругою електрони переміщуються вздовж дроту, не змінюючи своєї орієнтації, а отже, і менше випромінюючи фотонів. У мережах зі змінною напругою електрони рухаються по дроту змінюючи напрямок своїх осей обертання (спинів) з частотою мережі (50 Гц). формування магнітного поля навколо дроту. Далі, різка змінанапрямки векторів спинів та магнітних моментів вільних електронів змінює швидкість їхнього обертання щодо своїх осей, що призводить до випромінювання фотонів. При цьому треба мати на увазі, що змінна полярність магнітного поля навколо дроту діє не тільки на вільні електрони, а й на валентні електрони атомів у молекулах та електрони атомів, що не мають валентних зв'язків. В результаті вони також можуть випромінювати фотони та збільшувати втрати енергії.

^ 1006. Який приклад найяскравіше доводить втрати електроенергії? Найбільш простий приклад явного прояву втрат енергії – спіраль електричної лампочки розжарювання або спіраль електричної плити. Змінні магнітні поля навколо ниток спіралі значно більші за крок спіралі. В результаті вони перекривають один одного і таким чином збільшують інтенсивність дії на електрони атомів матеріалу спіралі і вони, збуджуючись, починають випромінювати фотони, розжарюючи спіраль електричної печі або лампочки. При цьому довжина хвилі випромінюваних фотонів (колір спіралі) залежить від прикладеної напруги та величини струму. Чим вони більші, тим більше електронів проходить в одиницю часу в кожному перерізі дроту спіралі, які збільшують напруженість магнітного поля, що виникає навколо дроту спіралі, а це поле в свою чергу інтенсивніше діє на електрони, змушуючи їх втрачати більше масив одному акті випромінювання фотонів.

^ 1007. Чи можна керувати процесом випромінювання фотонів електронами? Відомо, що більше маса фотона , то менше довжина його хвилі. Отже, процесом зміни довжини хвилі випромінюваних фотонів можна керувати, змінюючи інтенсивність впливу магнітних полів на електрони. Ця експериментально розроблена процедура досягла, можна сказати, граничної досконалості в сучасній електроніці, але теоретики далекі від розуміння тонкощів цієї досконалості.

^ 1008. У яких випадках порушується синхронність зміни напруги, струму та напруженості магнітного поля? Далі ми побачимо, що з появою в електричного ланцюгаємності та індуктивності синхронність зміни напруги, струму та напруженості магнітного поля порушується і ці порушення враховуються при розрахунку потужності, так званим косинусом фі.

^ 1009. Як у сучасній фізиці та електротехніці визначається напрям струму у проводах? Давно встановлено, що якщо вертикально розташований провід з постійним струмомпроходить через аркуш паперу, на якому лежать металеве тирсу, то під дією магнітного поля, яке перпендикулярно дроту, тирса орієнтується. Для зв'язку цієї орієнтації з напрямом струму у дроті розроблено метод, як висловився один наш знайомий, лівої руки та правої ноги, тобто заплутаний та погано сприйманий. Подібні магнітні силові лінії утворюються у повітрі та біля магнітних полюсів магнітів. Вважають, що магнітні силові лінії виходять із північного магнітного полюса і входять у південний магнітний полюс.

^ 1010. Що носій магнітних силових ліній? Це таємниця за сімома печатками. Але є підстави вважати, що це якась невидима субстанція, яку можна ототожнити із поняттям ефір. Вона поступово заповнює весь простір і під впливом магнітного поля приймає орієнтоване становище.

^ 1011. Як взаємодіють один з одним різноіменні та однойменні магнітні полюси стрижневих магнітів? Для відповіді це питання звернемо увагу до рис. 83 а. Як видно (рис. 83, а), у різноіменних магнітних полюсів, що зближують один одного, магнітні силові лінії в зоні контакту полюсів (рис. 83, а точки а) спрямовані назустріч один одному.

^ 1012. Як взаємодіють один з одним однойменні магнітні полюси стрижневих магнітів? У однойменних магнітних полюсів, що відштовхують один одного (рис. 83, b, точки b), напрями магнітних силових ліній у зоні контакту полюсів збігаються.

1013. Чи збігається процес взаємодії магнітних силових ліній стрижневих магнітів із процесом взаємодії магнітних силових ліній, магнітних полів навколо проводів із постійним струмом? Відповідь це питання на рис. 83, с та d. Як видно, збіг повний. Якщо напрями струмів (від плюса до мінуса або від південного полюса S до північному полюсу N) у паралельних проводів збігаються (рис. 83, с), то магнітні силові лінії магнітних полів навколо цих проводів спрямовані назустріч один одному в зоні їх контакту, як і в різноіменних магнітних полюсів стрижневих магнітів (рис. 83 а, зона а- а). В результаті дроти зближуються. Коли напрями струмів у паралельних проводах протилежні (рис. 83 d), то напрямки магнітних силових лініїмагнітних полів навколо цих дротів збігаються у зоні контакту. В результаті такі дроти відштовхуються один від одного, як і різноіменні магнітні полюси стрижневих магнітів (рис. 83, b, зона b-b).

Електронвольт(електрон-вольт, електроновольт) - одиниця виміру електричної енергії, що використовується в атомній та молекулярній фізиці.

Як ми побачимо, джоуль виявляється занадто великою одиницею для вимірювання енергії електронів, атомів, молекул як в атомній та ядерній фізиці, так і в хімії. молекулярної біології. Тут зручніше користуватися одиницею електрон-вольт(ЕВ). Один електрон-вольт дорівнює енергії, яку набуває електрон, проходячи різницю потенціалів 1 (вольт). Заряд електрона дорівнює 1,6*10 -19 Кл, і оскільки зміна потенційної енергії дорівнює qV,

1 еВ = (1,6 * 10 -19 Кл) (1,0 В) = 1,6 * 10 -19 Дж.

Електрон, прискорений різницею потенціалів 1000 В, втрачає потенційну енергію 1000 еВ і набуває кінетичну енергію 1000 еВ (або 1 кеВ). Якщо такою ж різницею потенціалів прискорити частку з удвічі більшим зарядом (2е = 3,2*10 -19 Кл), її енергія зміниться на 2000 еВ.

Електрон-вольт – зручна одиниця для вимірювання енергії молекул та елементарних частинок, але він не належить до системи СІ. Тому при розрахунках слід переводити електрон-вольти в джоулі, користуючись наведеним вище коефіцієнтом.

Електричний потенціал відокремленого точкового заряду

Електричний потенціал на відстані rвід відокремленого точкового заряду Qможна одержати безпосередньо з формули (24.4).

Електричне поле точкового заряду має напруженість

і направлено вздовж радіусу від заряду (або до заряду, якщо Qа на відстані r авід Qдо точки bна відстані r bвід Q. Тоді вектор dlпаралельний Еі dl = dr.
Таким чином,

Як уже говорилося, фізичний сенсмає лише різницю потенціалів. Тому ми маємо право надати потенціалу в будь-якій точці довільне значення. Прийнято вважати потенціал рівним нулюна нескінченності (наприклад, V b= 0 при r b= оо), і тоді електричний потенціал на відстані rвід відокремленого точкового заряду дорівнює

Це електричний потенціал щодо нескінченності; він іноді називається «абсолютним потенціалом» відокремленого точкового заряду. Звернімо увагу на те, що потенціал Vспадає як перший ступінь відстані від заряду, тоді як напруженість електричного поляспадає як квадрат відстані.
Потенціал великий поблизу позитивного зарядуі зменшується до нуля на дуже великій відстані. Поблизу негативного зарядупотенціал менше нуля (негативний) і зі збільшенням відстані зростає до нуля.

Щоб визначити напруженість електричного поля системи зарядів, необхідно підсумувати напруженості полів, створюваних кожним зарядом окремо. Оскільки напруженість поля-вектор, таке підсумовування нерідко зростає у проблему. Знайти ж електричний потенціал кількох точкових зарядів набагато простіше: потенціал-скалярна величина і при складанні потенціалів не потрібно враховувати напрямок. У цьому велика перевага електричного потенціалу. Підсумовування можна легко виконати для будь-якої кількості точкових зарядів.

Далі буде. Коротко про наступну публікацію:

Зауваження та пропозиції приймаються та вітаються!

Фундаментальні частинки та фундаментальні взаємодії

У фізиці мікросвіту всі частинки поділяються на два класи: ферміони та бозони. Ферміони – частинки з напівцілими значеннями спина, бозони – частки з цілими значеннями спина. Спином називається мінімальне значення моменту кількості руху, який може мати частка. Спини та інші моменти імпульсів вимірюються в одиницях. Для частинок з ненульовою масою спин дорівнює моменту імпульсу частинки в системі координат, пов'язаної з нею самою. Значення J спина частинок, що вказується в таблицях, є максимальним значенням проекції вектора моменту кількості руху на виділену вісь, поділене на .
Фундаментальними називають частинки, які за сучасними уявленнями не мають внутрішньої структури. У природі існує 12 фундаментальних ферміонів (зі спином 1/2 в одиницях) наведено у табл.1. Останній стовпець табл.1 - Електричні заряди фундаментальних ферміонів в одиницях величини заряду електрона e.

12 фундаментальних ферміонів відповідають 12 антиферміонів.
Взаємодія частинок здійснюється за рахунок 4 типів взаємодій: сильного , електромагнітного , слабкогоі гравітаційного . Квантами відповідних полів є фундаментальні бозони : глюони; гамма-квант; W + , W - , Z -бозони та гравітон .

Квантами сильної взаємодії є нейтральні безмасові глюони. Фундаментальні ферміони, між якими реалізується сильна взаємодія – кварки – характеризуються квантовим числом"Колір", яке може приймати 3 значення. Глюони мають 8 різновидів кольорових зарядів.
Квантами електромагнітної взаємодії є гамма-кванти . γ-кванти мають нульову масу спокою. У електромагнітних взаємодійберуть участь фундаментальні частки, які займають останні три рядки у таблиці 1, тобто. заряджені лептони та кварки. Оскільки кварки у вільному стані немає, а входять до складу адронів, тобто. баріонів і мезонів, всі адрони, поряд із сильними взаємодіями, беруть участь і в електромагнітних взаємодіях.
Квантами слабкої взаємодії , в якому беруть участь всі лептони та всі кварки, є W та Z бозони. Існують як позитивні W + бозони, так і негативні W -; Z-бозони електрично нейтральні. Маси W та Z бозонів великі – більше 80 ГеВ/с 2 . Наслідком великих мас проміжних бозонів слабкої взаємодії є мала – порівняно з електромагнітною константою – константа слабкої взаємодії. Нейтрино бере участь лише у слабких взаємодіях.
Глюони, γ-квант, W та Z бозони є фундаментальними бозонами . Спини всіх фундаментальних бозонів дорівнюють 1.
Гравітаційні взаємодії практично не виявляються у фізиці частинок. наприклад, інтенсивність гравітаційної взаємодії двох протонів становить ~10 -38 від інтенсивності їхньої електромагнітної взаємодії.
Поділ табл. 1 на поколіннявиправдано тим фактом, що навколишній світ практично повністю побудований з частинок т.зв. першого покоління (найменш масивних). Частинки другого і, тим більше, третього поколінь можуть бути виявлені лише за високих енергій взаємодії. Наприклад, t-кварк відкритий на прискорювачі-колайдері FNAL при зіткненні протонів та антипротонів з енергіями 1000 ГеВ.
Перші два рядки у таблиці 5.1 займають лептони -ферміони, які не беруть участі у сильних взаємодіях. Лептонами є електрично нейтральні нейтрино (і антинейтрино) трьох типів - частинки з масами, набагато меншими, ніж маса електрона. Нейтрино беруть участь лише в слабкі взаємодії.Другий рядок займають електрон, мюон і таон - заряджені безструктурні частинки, що беруть участь як у слабкому, і електромагнітному взаємодіях.
Третій та четвертий рядки містять 6 кварків(q) - безструктурних частинок із дробовими значеннями електричного заряду. У вільному стані ці частинки не спостерігаються, вони входять до складу часток, що спостерігаються. адронів .
Явища природи, що виявляються при енергіях частинок<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 високих енергій(E> 100 ГеВ).

Довжини хвиль та енергії частинок

Об'єкти, які вивчає фізика ядра та частинок («субатомна фізика») мають набагато менші характерні розміри, ніж атоми та молекули. (Цей факт також є наслідком того, що структуру об'єктів субатомної фізики визначено сильними взаємодіями)
Вивчення структури будь-якого тіла вимагає «мікроскопів» з довжинами хвиль, меншими, ніж розміри об'єктів, що досліджуються.
Довжина хвилі як електромагнітного випромінювання, так і будь-якої частинки пов'язана з імпульсом відомим співвідношенням (для частинок з ненульовою масою спокою введеним де-Бройлем):

де p – імпульс частинки, h – константа Планка.
Характерні лінійні розміри навіть найбільших об'єктів субатомної фізики - атомних ядер з великою кількістю нуклонів А - мають порядок близько 10 -12 см. Експериментальне дослідженняоб'єктів із такими розмірами вимагає створення пучків частинок великих енергій.
Однією з цілей цього семінару є розрахунок енергій прискорених частинок, які можна використовувати для дослідження структури ядер та нуклонів. Перед тим, як приступити до таких розрахунків, необхідно ознайомитися з основними константами, які часто вживатимуться у подальших розрахунках, а також з одиницями виміру фізичних величин, прийнятими у субатомній фізиці.

Одиниці субатомної фізики

Енергія - 1 МеВ = 1 МеВ = 10 6 еВ = 10 -3 ГеВ = 1.6. 10-13 Дж.
Маса - 1 МеВ/c 2 та 1 u= M ат (12 С) / 12 = 1.66. 10-24 р.
Довжина - 1Фм = 1 fm = 10 -13 см = 10-15 м.

Важливі формули релятивістської фізики

У субатомній фізиці, особливо у фізиці високих енергій, нині дедалі ширше використовується система одиниць ( система Хевісайду ) , В якій ћ = 1 і с = 1. У цій системі формули релятивістської фізики мають простішу і зручнішу форму.

Проблема власної енергії електрона не є новою: вона з'явилася в класичної фізики. Якщо припустити, що електрон є кулькою радіусу, причому весь його заряд розташований на поверхні, то повна електростатична енергія дорівнює. Можливо, що маса електрона відповідає цій енергії. Однак, якщо ви порахуєте імпульс поля, коли електрон рухається зі швидкістю v (з урахуванням лоренцевого скорочення кульки), то отримаєте . Ця величина відповідає частинці з масою. Пуанкаре припустив, що якісь сили мають утримувати частини кульки і що ці сили мають давати добавки в енергію. Проте немає надійної теорії таких сил.

Ця власна енергія походить від енергії, необхідної для того, щоб зібрати заряд. Можна вважати, що це енергія взаємодії однієї частини заряду електрона з іншого.

Здавалося б, що можливий спосіб позбутися подібних ефектів полягає в тому, щоб заборонити електрону впливати на себе - тобто припустити, що електрони діють тільки один на одного. (Тоді електрон міг би бути точковим зарядом.) Однак дія електрона самого на себе необхідна для пояснення реального явища, явища радіаційного тертя Заряд, що прискорюється, випромінює, втрачаючи енергію, тому прискорювальна сила повинна виконувати роботу. Проти яких сил? Відповідно до класичної фізики - проти сили, створюваної дією однієї частини заряду в іншу.

Перший член узгоджується з масою, обчисленою імпульсу поля. Другий член є сила реакції випромінювання, випущеного електроном, і залежить від . Однак було б непослідовним спрямувати до нуля. Розподілений заряд ніколи не був ретельно проаналізований. Виникають питання, пов'язані з внутрішніми рухамиі т.п.

Насправді ці питання в класичній фізиці вирішувалися різними шляхами, але жоден з них не був успішно перенесений до квантової механіки (посилання див. в роботі Фейнмана).

Перенормування маси.

Можливо також, що при русі від X до Y електрон випустить і поглине віртуальний фотон. В цьому випадку

де величина

є інваріантною функцієювиду. Який її фізичний зміст? Припустимо, що С мала. Тоді перші два члени можуть бути записані у вигляді

завдяки тому що

(Остання формула є окремим випадком більш загального операторного співвідношення

Якби С була числом, ми могли б розглядати її як виправлення до маси. Перший і другий члени цього ряду суть амплітуди руху електрона без і з одним віртуальним фотоном відповідно.

Легко перевірити, що третій член відповідає вкладу із двома фотонами

четвертий член - вкладу з трьома фотонами і т. д. Однак такі діаграми містять лише процеси, в яких у кожний момент міститься не більше одного фотона.

Приклади діаграм іншого типу із двома віртуальними фотонами наведено на рис. 28-1. Ми не будемо зараз брати до уваги такі діаграми, тому що вони додають до С члени порядку, коли ми записуємо повну амплітуду поширення електрона між X та Y у вигляді

де А і В - функції від. Полюс цього пропагатора дає співвідношення між енергією та імпульсом вільної частки і тому визначає експериментально спостерігається масу.

Позбавляючись матриць у знаменнику

ми отримуємо, що положення полюса визначається рішенням рівняння

Зауважимо, що наявність другого полюса може бути витлумачено як існування іншої частинки (ймовірно, -мезону). Припускаючи, що і , ми можемо покласти і . Тоді

Таким чином, пропагатор має полюс при і для близьких до поводиться як деяка константа (відрахування в полюсі), помножена на . Позначимо відрахування при через . Тепер можна переписати пропагатор таким чином:

(може бути виражено через А, В та їх похідні , в точці . Відхилення від звичайної форми можна інтерпретувати як поправку до константи зв'язку фотона (оскільки множник у пропагаторі можна отримати, помножуючи кожну фотонну вершину на ). Наступний крок полягає в тому, щоб обчислити функції А та В. Для цієї мети слід обчислити інтеграл

Використовуючи співвідношення

позбавляємося від . При обчисленні можна покласти, тоді отримуємо

Цей інтеграл розходиться. При великих значеннях перший знаменник може бути замінений на . Тоді член, що містить , зникає з міркувань симетрії. Інша частина підінтегрального виразу поводиться при великих як і тому інтеграл логарифмічно розходиться. Квантова електродинаміка вдарила обличчям у бруд!

Бете зауважив, що ця нескінченність є єдино суттєвою в електродинаміці (за винятком ще однієї, яку ми обговоримо пізніше). Нехай у нас є спосіб зробити цей інтеграл «на якийсь час» схожим. Припустимо, наприклад, що пропагатор завжди слід множити на релятивістсько-інваріантний множник, що забезпечує збіжність.

Якщо покласти

(Такий обрізає інтеграл при великих ), то інтеграл може бути обчислений. Отримуємо (методи обчислення див. у засланні)

нехтуючи членами, що зникають разом із .

Якщо вам доведеться обчислювати будь-який процес у вищому порядку, Ви зустрінете член, пропорційний (для частинок зі спином - електронів, що взаємодіють лише з фотонами, не зустрінеться нічого поганішого, ніж логарифмічні розбіжності). Потім, де б ви не зустріли m, підставте замість нього розкладіть до першого ступеня . Диво полягає в тому, що повний коефіцієнтпри звернеться в нуль. Інші члени мають певну межу при . Іншими словами, значення параметра обрізання не з'являється в остаточному вираженні, якщо ми завжди висловлюємо відповідь через експериментальну масу і при фіксованому .

Використовуючи подібні ідеї, Бете спробував обчислити усунення енергетичних рівнів в атомі водню, обумовлене власною енергією пов'язаного електтрону. Поштовх було дано експериментом Резерфорда і Лемба, які виявили, використовуючи мікрохвильову техніку, розщеплення приблизно 1000 МГц між рівнями та водні. Якщо знехтувати взаємодією з полем випромінювання, ці рівні мають бути повністю вироджені. Бете здійснив неповне обчислення, використовуючи нерелятивістське наближення. Швидкий розвитокквантової електродинаміки у 1948-1949 pp. було в результаті зусиль сформулювати його і Вайскопфа ідеї в релятивістсько-інваріантній формі і закінчити його обчислення.

Отже, ми знайшли ще одне правило, яке має бути включене до квантової електродинаміки: (1) введіть довільний фактор обрізання

І. Маси і відрізняються, але обчислення призводять до квадратичних розбіжностей. Під час проведення подібних розрахунків частки вважаються точковими. Насправді слід враховувати хмару нуклонних пар, і дехто вважає, що такий облік призведе до усунення розжимності. Проте такі твердження ніколи не були доведені.

1. Кінетична енергія електрона дорівнює 1,02 МеВ. Обчислити довжину хвилі де Бройля цього електрона.

Дано: E k = 1,02 МеВ = 16,2 · 10 -14 Дж, E 0 = 0,51 МеВ = 8,1 · 10 -14 Дж.

Знайти λ.

Рішення. Довжина хвилі де Бройля визначається за формулою , (1) де - довжина хвилі, відповідна частинці з імпульсом ; - Постійна Планка. За умовою завдання кінетична енергія електрона більша за його енергію спокою: Е k = 2Е 0 , (2) отже, електрон, що рухається, є релятивістською частинкою. Імпульс релятивістських частинок визначається за формулою

або, враховуючи співвідношення (2),

Підставляючи (4) до (1), отримаємо

.

Виконуючи обчислення, отримаємо

Відповідь: λ = .

2. Використовуючи співвідношення невизначеностей Гейзенберга, показати, що ядра атомів що неспроможні містити електронів. Вважати радіус ядра рівним 10-18 см.

Дано: R я = 10 -15 м, = 6,62 · 10 -34 Дж · c.

Рішення. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга виражається формулою

де – невизначеність координати; - невизначеність імпульсу; -постійна Планка. Якщо невизначеність координати прийняти рівної радіусуядра, т. е. , то невизначеність імпульсу електрона виразимо так: . Оскільки , то та . Обчислимо невизначеність швидкості електрона:

Порівнюючи отримане значення зі швидкістю світла у вакуумі з = 3·10 8 м/с, бачимо, що а це неможливо, отже, ядра не можуть містити електронів.

3. Електрон знаходиться в нескінченно глибокій одновимірній потенційній ямі шириною 1 нм збудженому стані. Визначити мінімальне значення енергії електрона та ймовірність знаходження електрона в інтервалі другого енергетичного рівня.

Дано: .

Знайти: , .

У квантовій механіці інформацію про рух частинок отримують з хвильової функції (Т-функція), яка відображає розподіл частинок або систем квантових станів. Ці частки характеризуються дискретними значеннямиенергії, імпульсу, моменту імпульсу; тобто - функція є функцією стану частинок у мікросвіті. Вирішуючи рівняння Шредінгера, отримаємо, що для випадку, що розглядається, власна функція має вигляд

, (1)

де = 1, 2, 3, ...; - Координата частки; - Ширина ями. Графіки своїх функцій зображені на рис. 17. Згідно зі співвідношенням де Бройля двом відмінним знаком проекціям імпульсу відповідають дві плоскі монохроматичні хвилі де Бройля, що поширюються в протилежних напрямках вздовж осі . В результаті їх інтерференції виникають стоячі хвилі де Бройля, що характеризуються стаціонарним розподілом вздовж осі амплітуди коливань. Ця амплітуда і є хвильова функція(х), квадрат якої визначає густину ймовірності перебування електрона в точці з координатою . Як видно із рис. 17 для значення =1 на ширині ями укладається половина довжини стоячої хвилі де Бройля, для =2 - ціла довжина стоячої хвилі де Бройля і т. д., тобто в потенційній ямі можуть бути лише хвилі де Бройля, довжина яких задовольняє умові

Таким чином, на ширині ями має укладатися ціле число напівхвиль: . (2)

Повна енергія частки у потенційній ямі залежить від її ширини та визначається формулою , (3) де – маса частинки; - 1, 2, 3... . Мінімальне значення енергії електрон буде мати при мінімальному значенні, тобто. при =1. Отже,

Підставляючи числові значення, отримаємо

Імовірність того, що електрон буде виявлений в інтервалі від до , дорівнює . Шукану ймовірність знаходимо інтегруванням в межах від 0 до:

Використовуючи співвідношення, обчислюємо інтеграл за умови, що електрон знаходиться на другому енергетичному рівні:

4. Гранична довжина хвилі К α - серії характеристичного рентгенівського випромінюваннядля деякого елемента дорівнює 0,0205 нм. Визначте цей елемент.

Дано: .

Знайти Z.

Рішення. З формули Мозлі

,

де λ - довжина хвилі характеристичного випромінювання, рівна (з - швидкість світла, v - частота, що відповідає довжині хвилі λ); R – постійна Рідберга; Z – порядковий номер елемента, з якого виготовлений електрод; - Постійне екранування; - Номер енергетичного рівня, на який переходить електрон; - номер енергетичного рівня, з якого переходить електрон (для К α - серії =1, =2, =1), знаходимо Z:

Порядковий номер 78 має платина.

Відповідь: Z = 78 (платина).

5. На поверхню води падає вузький монохроматичний пучок γ-променів із довжиною хвилі 0,775 пм. На якій глибині інтенсивність γ-променів зменшиться у 100 разів!

Дано: λ = 0,775 пм = 7,75 · 10 -13 м, = 100.

Знайти

Рішення. Ослаблення інтенсивності γ-променів визначається з формули , (1) звідки , де - інтенсивність падаючого пучка γ-променів; - їх інтенсивність на глибині; - Коефіцієнт лінійного ослаблення. Вирішуючи рівняння (1) щодо , знаходимо

Для визначення , обчислимо енергію γ-квантів , де - Постійна Планка; с - швидкість світла у вакуумі. Підставляючи числові значення, отримаємо

За графіком залежності лінійного коефіцієнтаослаблення γ-променів від їхньої енергії (рис. 18) знаходимо = 0,06 см -1 . Підставляючи це значення ц у формулу (2), знаходимо

.

6. Визначити, скільки ядер на 1 г радіоактивного розпадується протягом одного року.

Дано:

Знайти

Рішення. Для визначення числа атомів, що містяться в 1 г використовуємо співвідношення

де - Постійна Авогадро; - Число молей, що містяться в масі даного елемента; M – молярна маса ізотопу. Між молярною масою ізотопу та його відносною атомною масою існує співвідношення: М = 10 -3 А кг/моль. (2) Для будь-якого ізотопу відносна атомна масадуже близька до нього масовому числуА, тобто для даного випадку M = 10 -3 · 90 кг/моль = 9 · 10 -2 кг/моль.

Використовуючи закон радіоактивного розпаду

де - початкове число ядер, що не розпалися в момент; N - число ядер, що не розпалися в момент; λ - постійна радіоактивного розпаду, визначимо кількість ядер, що розпалися, протягом 1 року:

Враховуючи, що стала радіоактивного розпаду пов'язана з періодом напіврозпаду співвідношенням λ = 1n 2/T, отримаємо

Підставляючи (1) з урахуванням (2) у вираз (5), маємо

Здійснивши обчислення за формулою (6), знайдемо

Відповідь:

7. Обчислити в мегаелектрон-вольтах енергію ядерної реакції:

Чи виділяється чи поглинається енергія при цій реакції?

Рішення. Енергію ядерної реакції , (1), де - Дефект маси реакції; с - швидкість світла у вакуумі. Якщо висловлювати в а.е.м., то формула (1) набуде вигляду . Дефект маси дорівнює

Оскільки кількість електронів до і після реакції зберігається, то замість значень мас ядер скористаємося значеннями мас нейтральних атомів, які наводяться в довідкових таблицях:

; ; ;

Реакція йде з виділенням енергії, оскільки >0:

Відповідь: = 7,66 МеВ.

8. Мідь має гранецентровані кубічні грати. Відстань між найближчими атомами міді 0255 нм. Визначити щільність міді та параметр решітки.

Дано: d = 0,255 нм = 2,55 · 10 -10 м, = 4, М = бЗ, 54 · 10 -3 кг/моль.

Знайти: р, а.

Рішення. Щільність кристала міді знайдемо за формулою , (1) де М - молярна маса міді; - молярний об'єм. Він дорівнює обсягу одного елементарного осередку , помноженої число елементарних осередків, які у одному молі кристала: . (2)

Число елементарних осередків, що містяться в одному молі кристала, що складається з однакових атомів, знайдемо, розділивши постійну Авогадро на число атомів, що припадають на одну елементарну комірку: . (3) Для кубічних гранецентрованих грат = 4. Підставляючи (3) в (2), отримаємо

Підставляючи (4) до (1), остаточно маємо

.

Відстань між найближчими сусідніми атомами пов'язана з параметром решітки а простим геометричним співвідношенням(рис. 19):

Підставляючи числові значення в розрахункові формули, знаходимо

Відповідь: ; .

9. Кристалічний алюміній масою 10 г нагрівається від 10 до 20 К. Користуючись теорією Дебая, визначити кількість теплоти, необхідну нагрівання. Характеристична температура Дебая для алюмінію дорівнює 418 К. Вважати, що умова Т виконується.

Дано: = 0,01 кг, = 10 К, = 20 К, = 418 К, = 27 · 10 -3 кг/моль.

Рішення. Кількість теплоти, необхідне для нагрівання алюмінію від температури до , обчислюватимемо за формулою

де – маса алюмінію; с - його питома теплоємність, що з молярної теплоємністю співвідношенням . З огляду на це формулу (1) запишемо у вигляді

(2)

За теорією Дебая, якщо умова Т виконано, молярна теплоємність визначається граничним законом

,

де R = 8,31 Дж/(моль К) - молярна газова стала; - характеристична температура Дебая; Т – термодинамічна температура. Підставляючи (3) (2) і виконуючи інтегрування, отримуємо

Підставляючи числові значення, знаходимо

Відповідь: = 0,36 Дж.

КОНТРОЛЬНА РОБОТА № 6 (5)

1. Визначити кінетичну енергію протона та електрона, для яких довжини хвиль де Бройля дорівнюють 0,06 нм.

2. Кінетична енергія протона дорівнює його енергії спокою. Вирахувати довжину хвилі де Бройля для такого протона.

3. Визначити довжини хвиль де Бройля електрона та протона, що пройшли однакову прискорюючу різницю потенціалів 400 В.

4. Протон має кінетичну енергію, що дорівнює енергії спокою. У скільки разів зміниться довжина хвилі де Бройля протона, якщо його кінетична енергія збільшиться у 2 рази?

5. Кінетична енергія електрона дорівнює його енергії спокою. Вирахувати довжину хвилі де Бройля для такого електрона.

6. Маса електрона, що рухається, в 2 рази більша за масу спокою. Визначте довжину хвилі де Бройля для такого електрона.

7. Використовуючи постулат Бора, знайти зв'язок між довжиною хвилі де Бройля та довжиною кругової електронної орбіти.

8. Якою кінетичною енергією повинен мати електрон, щоб дебройлівська довжина хвилі електрона дорівнювала його комптонівській довжині хвилі.

9. Порівняти довжини хвиль де Бройля електрона, що пройшов різницю потенціалів 1000 В, атома водню, що рухається зі швидкістю рівної середньої квадратичної швидкості при температурі 27°С, і кульки масою 1 г, що рухається зі швидкістю 0,1 м/с.

10. Якою кінетичною енергією повинен мати протон, щоб дебройлівська довжина хвилі протона дорівнювала його комптонівській довжині хвилі.

11. Середній час життя π°-мезону дорівнює 1,9 · 10 -16 с. Якою має бути енергетична роздільна здатність приладу, за допомогою якого можна зареєструвати π°-мезон?

12. На фотографії, отриманої за допомогою камери Вільсона, ширина сліду електрона становить 0,8 10 -3 м. Знайти невизначеність у знаходженні його швидкості.

13. Середня кінетична енергія електрона у незбудженому атомі водню 13,6 еВ. Використовуючи співвідношення невизначеностей, визначити найменшу похибку, з якою можна визначити координату електрона в атомі.

14. Електрон, що рухається зі швидкістю 8·10 6 м/с, зареєстрований бульбашковій камері. Використовуючи співвідношення невизначеностей, знайти похибку у вимірі швидкості електрона, якщо діаметр бульбашки, що утворився, в камері 1 мкм.

15. Показати, що з частки, невизначеність координати якої (λ -довжина хвилі де Бройля), невизначеність її швидкості дорівнює порядку величини самої швидкості частки.

16. Середній час життя π+-мезону дорівнює 2,5 · 10 -8 с. Якою має бути енергетична роздільна здатність приладу, за допомогою якого можна зареєструвати π+-мезон?

17. З співвідношення невизначеностей, оцінити розміри ядра атома, вважаючи, що мінімальна енергія нуклону в ядрі 8 МеВ.

18. Використовуючи співвідношення невизначеностей, оцінити енергію електрона, що знаходиться на першій злодійській орбіті в атомі водню.

19. Використовуючи співвідношення невизначеностей, показати, що у ядрі що неспроможні перебувати електрони. Лінійні розміри ядра прийняти рівними 5,8 10 -15 м. Врахувати, що питома енергія зв'язку в середньому 8 МеВ/нуклон.

20. Атом випустив фотон із довжиною хвилі 0,550 мкм. Тривалість випромінювання 10 не. Визначити найбільшу похибку, З якою може бути виміряна довжина хвилі випромінювання.

21. Частка у потенційній ямі шириною перебуває у збудженому стані. Визначити ймовірність знаходження частки в інтервалі 0< < на третьем энергетическом уровне.

22. Обчислити відношення ймовірностей знаходження електрона на першому та другому енергетичних рівнях одновимірної потенційної ями, ширина якої в інтервалі 0< < .

23. Визначити, за якої ширини одновимірної потенційної ями дискретність енергії електрона стає порівнянною з енергією. теплового рухуза температури 300 До.

24. Електрон знаходиться в основному стані в одновимірній потенційній ямі з нескінченно високими стінками, ширина якої 0,1 нм. Визначити імпульс електрона.

25. Електрон знаходиться в основному стані в одновимірній потенційній ямі з нескінченно високими стінками, ширина якої 0,1 нм. Визначити середню силу тиску, що надається електроном на стінки ями.

26. Електрон знаходиться в одновимірній потенційній ямі з нескінченно високими стінками, ширина якої 1,4 10 -9 м. Визначити енергію, випромінювану при переході електрона з третього енергетичного рівня на другий.

27. Електрон знаходиться в одновимірній потенційній ямі з нескінченно високими стінками, ширина якої 1 нм. Визначити найменшу різницю енергетичних рівнів електрона.

28. Визначити, за якої температури дискретність енергії електрона, що знаходиться в одновимірній потенційній ямі, ширина якої 2·10 -9 м, стає порівнянною з енергією теплового руху.

29. Частка у потенційній ямі шириною перебуває у збудженому стані. Визначити ймовірність знаходження частки в інтервалі 0< < на втором энергетическом уровне

30. Визначити ширину одновимірної потенційної ями з нескінченно високими стінками, якщо при переході електрона з третього енергетичного рівня на другий випромінюється енергія 1 еВ?

31. Граничне значення довжини хвилі К-серії характеристичного рентгенівського випромінювання деякого елемента дорівнює 0,174 нм. Визначте цей елемент.

32. Знайти граничну довжину хвилі K-серії рентгенівського випромінювання від платинового антикатоду.

33. При якій найменшій напрузі на рентгенівській трубці із залізним антикатодом з'являються лінії K -серії?

34. Яку найменшу різницю потенціалів потрібно прикласти до рентгенівської трубки з вольфрамовим антикатодом, щоб у спектрі випромінювання вольфраму були всі лінії K-серії?

35. Гранична довжина хвилі K-серії характеристичного рентгенівського випромінювання деякого елемента дорівнює 0,1284 нм. Визначте цей елемент.

36. Визначити мінімальну довжину хвилі гальмівного рентгенівського випромінювання, якщо до рентгенівської трубки прикладено напруги 30 кВ; 75 кВ,

37. Найменша довжина хвилі гальмівного рентгенівського випромінювання, отриманого від трубки, що працює під напругою 15 кВ, дорівнює 0,0825 нм. Обчислити за цими даними постійну Планку.

38. При переході електрона в атомі міді з M-шару на L-шар випускаються промені з довжиною хвилі 12·10 -10 м. Обчислити постійну екранування у формулі Мозлі.

39. Найбільша довжинахвилі K-серії характеристичного рентгенівського випромінювання дорівнює 1,94 10 -10 м. З якого матеріалу зроблений антикатод?

40. До рентгенівської трубки, що застосовується в медицині для діагностики, додається напруга 45 000 В. Знайти межу суцільного рентгенівського спектру.

41. Період напіврозпаду радіоактивного аргону дорівнює 110 хв. Визначити час, протягом якого розпадається 25% від початкової кількості атомів.

42. Обчислити товщину шару половинного поглинання свинцю, через який проходить вузький монохроматичний пучок γ-променів з енергією 1.2 МеВ.

43. Період напіврозпаду ізотопу дорівнює приблизно 5,3 роки. Визначити постійну розпаду та середню тривалістьжиття атомів цього ізотопу.

44. На залізний екран падає вузький монохроматичний пучок -променів, довжина хвилі яких 0,124 · 10 -2 нм. Знайти товщину шару половинного поглинання заліза.

45. Якою є енергія γ-променів, якщо при проходженні через шар алюмінію товщиною 5 см інтенсивність випромінювання послаблюється в 3 рази?

46. ​​Період напіврозпаду дорівнює 53 року. Визначити, яка частка первісної кількості ядер цього ізотопу розпадається через 5 років,

48. За рік розпалося 60% деякого вихідного радіоактивного елемента. Визначити період напіврозпаду цього елемента.

49. Через екран, що складається з двох плит: свинцевою товщиною 2 см і залізною товщиною 5 см, - проходить вузький пучок γ-променів з енергією 3 МеВ. Визначити, у скільки разів зміниться інтенсивність γ-променів під час проходження цього екрана.

50. Визначити постійну розпаду та кількість атомів радону, що розпалися протягом доби, якщо первісна маса радону 10 г.

51. Обчислити дефект маси, енергію зв'язку ядра та питому енергіюзв'язки для елемента.

52. Обчислити енергію термоядерної реакції

53. На який елемент перетворюється після трьох α-розпадів та двох β-перетворень?

54. Визначити максимальну енергію β-частинок при β-розпаді тритію. Написати рівняння розпаду.

55. Визначити максимальну кінетичну енергію електрона, що вилітає при β-розпаді нейтрону. Написати рівняння розпаду.

56. Обчислити дефект маси, енергію зв'язку та питому енергію зв'язку елемента .

57. Ядро, що складається з 92 протонів та 143 нейтронів, викинуло α-частку. Яке ядро ​​утворилося внаслідок α-розпаду? Визначити дефект маси та енергію зв'язку ядра, що утворилося.

58. При термоядерній взаємодії двох дейтронів можливі утворення двох типів: 1) та 2). Визначити теплові ефектицих реакцій.

59. Яка кількість енергії звільняється при з'єднанні одного протона і двох нейтронів атомне ядро?

60. Обчислити енергію ядерної реакції

61. Молібден має об'ємно-центровану кубічну кристалічні ґрати. Відстань між найближчими сусідніми атомами дорівнює 0,272 нм. Визначити густину молібдену.

62. Використовуючи теорію Дебая, обчислити питому теплоємністьзаліза при температурі 12 К. Прийняти характеристичну температуру Дебая для заліза 467 К. Вважати, що умова Т виконується.

63. Золото має гранецентровану кубічну кристалічну решітку. Знайти густину золота та відстань між найближчими атомами, якщо параметр решітки 0,407 нм.

64. Визначити домішкову електропровідність германію, який містить індій із концентрацією 5·10 22 м -3 і сурму з концентрацією 2·10 21 м -3 . Рухливості електронів і дірок для германію відповідно дорівнюють 0,38 і 0,18 м2/(В-с).

65. При кімнатній температурігустина рубідія дорівнює 1,53 г/см3. Він має об'ємно-центровану кубічну кристалічну решітку. Визначити відстань між найближчими сусідніми атомами рубідії.

66. Злиток золота масою 500 г нагрівають від 5 до 15 К. Визначити, користуючись теорією Дебая, кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання. Характеристическая температура Дебая для золота 165 К. Вважати, що умова Т виконується.

67. Визначити домішкову електропровідність германію, який містить бор із концентрацією 2·10 22 м -3 і миш'як з концентрацією 5·10 21 м -3 . Рухливості електронів та дірок для германію відповідно дорівнюють 0,38 та 0,18 м 2 /(В·с).

68. Знайти параметр решітки та відстань між найближчими сусідніми атомами срібла, що має гранецентровану кубічну кристалічну решітку. Щільність срібла за кімнатної температури дорівнює 10,49 г/см 3 .

69. Користуючись теорією Дебая, знайти молярну теплоємність цинку за нормальної температури 14 К. Характеристическая температура Дебая для цинку 308 К. Вважати, що умова Т виконується.

70. Визначити домішкову електропровідність кремнію, який містить бор із концентрацією 5·10 22 м -3 і сурму з концентрацією 5·10 21 м -3 . Рухливості електронів та дірок для кремнію відповідно дорівнюють 0,16 та 0,04 м 2 /(В·с).