Курс фізики трофімова 17 видання. Основи молекулярно-кінетичної теорії

Т.І. Трофімова

КУРС

ФІЗИКИ

Видання сьоме, стереотипне

Р ЕКОМЕНДУВАНО М ІНІСТЕРСТВОМ ОСВІТИ

Р ОСІЙСЬКИЙ Ф ЄДЕРАЦІЇ ЯКІСТЬ НАВЧАЛЬНОГО ПОСІБНИКА

ДЛЯ ІНЖЕНЕРНО - ТЕХНІЧНИХ ФАХІВЦІВ

ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

ВИЩА ШКОЛА

2003

Рецензент: професор кафедри фізики імені А.М. Фабриканта Московського енергетичного інституту (технічного університету) В. А. Касьянов

ISBN 5-06-003634-0

ФГУП «Видавництво «Вища школа», 2003

Оригінал-макет цього видання є власністю видавництва «Вища школа» та його репродукування (відтворення) будь-яким способом без згоди видавництва забороняється.

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник написаний відповідно до чинної програми курсу фізики для інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів та призначений для студентів вищих технічних навчальних закладів денної форми навчання з обмеженою кількістю годин з фізики, з можливістю його використання на вечірній та заочній формах навчання.

Невеликий обсяг навчального посібника досягнуто за допомогою ретельного відбору та лаконічного викладу матеріалу.

Книга складається із семи частин. У першій частині дано систематичне виклад фізичних основ класичної механіки, і навіть розглянуті елементи спеціальної (приватної) теорії відносності. Друга частина присвячена основам молекулярної фізики та термодинаміки. У третій частині вивчаються електростатика, постійний електричний струм та електромагнетизм. У четвертій частині, присвяченій викладу теорії коливань і хвиль, механічні та електромагнітні коливання розглядаються паралельно, вказуються їх подібності та відмінності та порівнюються фізичні процеси, що відбуваються при відповідних коливаннях. У п'ятій частині розглянуті елементи геометричної та електронної оптики, хвильова оптика та квантова природа випромінювання. Шоста частина присвячена елементам квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл. У сьомій частині викладаються елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Виклад матеріалу ведеться без громіздких математичних викладок, належна увага звертається на фізичну суть явищ і понять і законів, що їх описують, а також на спадкоємність сучасної та класичної фізики. Усі біографічні дані наведено за книгою Ю. А. Храмова «Фізики» (М.: Наука, 1983).

Для позначення векторних величин на всіх малюнках і тексті використаний напівжирний шрифт, за винятком величин, позначених грецькими літерами, які з технічних причин набрані в тексті світлим шрифтом зі стрілкою.

Автор висловлює глибоку вдячність колегам та читачам, чиї доброзичливі зауваження та побажання сприяли покращенню книги. Я особливо вдячна професору Касьянову В. А. за рецензування допомоги та зроблені ним зауваження.

ВСТУП

ПРЕДМЕТ ФІЗИКИ І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ НАУКАМИ

Навколишній світ, все існуюче навколо нас і виявляється нами за допомогою відчуттів є матерією.

Невід'ємною властивістю матерії та формою її існування є рух. Рух у сенсі слова - це всілякі зміни матерії - від простого переміщення до найскладніших процесів мислення.

Різноманітні форми руху матерії вивчаються різними науками, зокрема і фізикою. Предмет фізики, як, втім, і будь-якої науки, може бути розкритий лише з його детального викладу. Дати суворе визначення предмета фізики досить складно, бо межі між фізикою та низкою суміжних дисциплін умовні. На цій стадії розвитку не можна зберегти визначення фізики лише як науки про природу.

Академік А. Ф. Іоффе (1880-1960; російський фізик) визначив фізику як науку, що вивчає загальні властивості та закони руху речовини та поля. Нині загальновизнано, що це взаємодії здійснюються у вигляді полів, наприклад гравітаційних, електромагнітних, полів ядерних сил. Поле поряд із речовиною є однією з форм існування материн. Нерозривний зв'язок поля і речовини, і навіть відмінність у властивостях будуть розглянуті з вивчення курсу.

Фізика - наука про найбільш прості і водночас найбільш загальні форми руху матерії та їх взаємні перетворення. Форми руху матерії, що вивчаються фізикою, (механічна, теплова та ін.) присутні у всіх вищих і більш складних формах руху матерії (хімічних, біологічних та ін.). Тому вони, будучи найпростішими, є водночас найбільш загальними формами руху матерії. Вищі і складніші форми руху матерії - предмет вивчення інших наук (хімії, біології та інших.).

Фізика тісно пов'язана із природничими науками. Ця найтісніша зв'язок фізики з іншими галузями природознавства, як зазначав академік С. І. Вавілов (1891-1955; російський фізик і громадський діяч), призвела до того, що фізика глибоким корінням вросла в астрономію, геологію, хімію, біологію, біологію . В результаті утворився ряд нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика та ін.

Фізика тісно пов'язана і з технікою, причому цей зв'язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у древніх греків, наприклад, було викликано запитами будівельної та військової техніки того часу), і техніка, у свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, свого часу завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликало бурхливе розвиток термодинаміки). З іншого боку, від розвитку фізики залежить технічний рівень виробництва. Фізика – база для створення нових галузей техніки (електронна техніка, ядерна техніка та ін.).

Бурхливий темп розвитку фізики, зростання її зв'язку з технікою вказують на значну роль курсу фізики у втузі: це фундаментальна база для теоретичної підготовки інженера, без якої його успішна діяльність неможлива.

Е ДИНИЦІ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Основним методом дослідження у фізиці є досвід- засноване практично чуттєво-емпіричне пізнання об'єктивної дійсності, т. е. спостереження досліджуваних явищ в умовах, що точно враховуються, що дозволяють стежити за перебігом явищ і багаторазово відтворювати його при повторенні цих умов.

Для пояснення експериментальних фактів висуваються гіпотези.

Гіпотеза- це наукове припущення, що висувається для пояснення будь-якого явища і потребує перевірки на досвіді та теоретичного обґрунтування для того, щоб стати достовірною науковою теорією.

Внаслідок узагальнення експериментальних фактів, а також результатів діяльності людей встановлюються фізичні закони- стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що у природі. Найбільш важливі закони встановлюють зв'язок між фізичними величинами, для чого необхідно ці величини вимірювати. Вимір фізичної величини є дія, що виконується за допомогою засобів вимірювань для знаходження значення фізичної величини у прийнятих одиницях. Одиниці фізичних величин можна вибрати довільно, але тоді виникнуть труднощі при їх порівнянні. Тому доцільно запровадити систему одиниць, що охоплює одиниці всіх фізичних величин.

Для побудови системи одиниць довільно вибирають одиниці для кількох фізичних величин, що не залежать один від одного. Ці одиниці називаються основними.Інші ж величини та їх одиниці виводяться із законів, що пов'язують ці величини та їх одиниціз основними. Вони називаються похідними.

В даний час обов'язкова до застосування в науковій, а також у навчальній літературі Система Інтернаціональна (СІ), яка будується на семи основних одиницях – метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль, кандела – та двох додаткових – радіан та стерадіан.

Метр(м) - довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за 1/299792458 с. Кілограм(кг) - маса, рівна масі міжнародного прототипу кілограма (платиноїрідієвого циліндра, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг у Півночі, поблизу Парижа).

Секунда(с) - час, що дорівнює періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.

Ампер(А) - сила незмінного струму, який при проходженні по двок паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно обмаль поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного створює між цими провідниками силу, рівну 2⋅10 -7 Н на кожен метр довжини.

Кельвін(К) - 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійного точі води.

Міль(моль) - кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в нукліді 12 С масою 0,012 кг.

Кандела(кд) - сила світла в заданому напрямку джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання частотою 540" Ю 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/пор.

Радіан(Рад) - кут між двома радіусами кола, довжина дуги між якими дорівнює радіусу.

Стерадіан(СР) - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, що вирізує з поверхні сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, що дорівнює радіусу сфери.

Для встановлення похідних одиниць використовують фізичні закони, які пов'язують їх із основними одиницями. Наприклад, з формули рівномірного прямо лінійного руху v=st (s- пройдений шлях, t- час) похідна одиниця швидкості виходить рівною 1 м/с.

11-те вид., стер. – К.: 2006. – 560 с.

Навчальний посібник (9-е видання, перероблене та доповнене, 2004 р.) складається з семи частин, у яких викладено фізичні основи механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл, фізики атомів. ядра та елементарних частинок. Раціонально вирішено питання про поєднання механічних та електромагнітних коливань. Встановлено логічну наступність та зв'язок між класичною та сучасною фізикою. Наведено контрольні питання та завдання для самостійного вирішення.

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Формат: pdf/zip (11- е вид., 2006, 560с.)

Розмір: 6 Мб

Завантажити:

RGhost

1. Фізичні основи механіки.
Розділ 1. Елементи кінематики

§ 1. Моделі у механіці. Система відліку. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення

§ 2. Швидкість

§ 3. Прискорення та його складові

§ 4. Кутова швидкість та кутове прискорення

Завдання

Глава 2. Динаміка матеріальної точки та поступального руху твердого тіла Сила

§ 6. Другий закон Ньютона

§ 7. Третій закон Ньютона

§ 8. Сили тертя

§ 9. Закон збереження імпульсу. Центр мас

§ 10. Рівняння руху тіла змінної маси

Завдання

Глава 3. Робота та енергія

§ 11. Енергія, робота, потужність

§ 12. Кінетична та потенційна енергії

§ 13. Закон збереження енергії

§ 14. Графічне уявлення енергії

§ 15. Удар абсолютно пружних та непружних тіл

Завдання

Розділ 4. Механіка твердого тіла

§ 16. Момент інерції

§ 17. Кінетична енергія обертання

§ 18. Момент сили. Рівняння динаміки обертального руху твердого тіла.

§ 19. Момент імпульсу та закон його збереження
§ 20. Вільні осі. Гіроскоп
§ 21. Деформації твердого тіла
Завдання

Глава 5. Тяжіння. Елементи теорія поля
§ 22. Закони Кеплера. Закон всесвітнього тяготіння
§ 23. Сила тяжкості та вага. Невагомість.. 48 у 24. Поле тяжіння та його напруженість
§ 25. Робота у полі тяжіння. Потенціал поля тяжіння
§ 26. Космічні швидкості

§ 27. Неінерційні системи відліку. Сили інерції
Завдання

Глава 6. Елементи механіки рідин
§ 28. Тиск у рідині та газі
§ 29. Рівняння нерозривності
§ 30. Рівняння Бернулля та наслідки з нього
§ 31. В'язкість (внутрішнє тертя). Ламінарний та турбулентний режими перебігу рідин
§ 32. Методи визначення в'язкості
§ 33. Рух тіл у рідинах та газах

Завдання
Глава 7. Елементи спеціальної (приватної) теорії відносності
§ 35. Постулати спеціальної (приватної) теорії відносності
§ 36. Перетворення Лоренца
§ 37. Наслідки з перетворень Лоренца
§ 38. Інтервал між подіями
§ 39. Основний закон релятивістської динаміки матеріальної точки
§ 40. Закон взаємозв'язку маси та енергії
Завдання

2. Основи молекулярної фізики та термодинаміки
Розділ 8. Молекулярно-кінетична теорія ідеальних газів
§ 41. Методи дослідження. Досвідчені закони ідеального газу
§ 42. Рівняння Клапейрона - Менделєєва
§ 43. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів
§ 44. Закон Максвелла про розподіл молекул ідеального газу за швидкостями та енергіями теплового руху
§ 45. Барометрична формула. Розподіл Больцмана
§ 46. Середня кількість зіткнень та середня довжина вільного пробігу молекул
§ 47. Дослідне обґрунтування молекулярно-кінетичної теорії
§ 48. Явища перенесення у термодинамічно нерівноважних системах
§ 49. Вакуум та методи його отримання. Властивості ультрарозріджених газів
Завдання

Глава 9. Основи термодинаміки.
§ 50. Число ступенів свободи молекули. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи молекул
§ 51. Перший початок термодинаміки
§ 52. Робота газу при зміні його обсягу
§ 53. Теплоємність
§ 54. Застосування першого початку термодинаміки до ізопроцесів
§ 55. Адіабатичний процес. Політропний процес
§ 57. Ентропія, її статистичне тлумачення та зв'язок із термодинамічною ймовірністю
§ 58. Другий початок термодинаміки
§ 59. Теплові двигуни та холодильні машини Цикл Карно та його ККД для ідеального газу
Завдання
Глава 10. Реальні гази, рідини та тверді тіла
§ 61. Рівняння Ван-дер-Ваальса
§ 62. Ізотерми Ван-дер-Ваальса та їх аналіз
§ 63. Внутрішня енергія реального газу
§ 64. Ефект Джоуля - Томсона
§ 65. Зрідження газів
§ 66. Властивості рідин. Поверхневий натяг
§ 67. Змочування
§ 68. Тиск під викривленою поверхнею рідини
§ 69. Капілярні явища
§ 70. Тверді тіла. Моно- та полікристали
§ 71. Типи кристалічних твердих тіл
§ 72. Дефекти в кристалах
§ 75. Фазові переходи I та II роду
§ 76. Діаграма стану. Потрійна точка
Завдання

3. Електрика та магнетизм
Розділ 11. Електростатика
§ 77. Закон збереження електричного заряду
§ 78. Закон Кулону
§ 79. Електростатичне поле. Напруженість електростатичного поля
§ 80. Принцип суперпозиції електростатичних полів. Поле диполя
§ 81. Теорема Гауса для електростатичного поля у вакуумі
§ 82. Застосування теореми Гауса до розрахунку деяких електростатичних полів у вакуумі
§ 83. Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля
§ 84. Потенціал електростатичного поля
§ 85. Напруженість як градієнт потенціалу. Еквіпотенційні поверхні
§ 86. Обчислення різниці потенціалів за напруженістю поля
§ 87. Типи діелектриків. Поляризація діелектриків
§ 88. Поляризованість. Напруженість поля у діелектриці
§ 89. Електричне змішання. Теорема Гауса для електростатичного поля в діелектриці
§ 90. Умови на межі поділу двох діелектричних середовищ
§ 91. Сегнетоелектрики
§ 92. Провідники в електростатичному полі
§ 93. Електрична ємність відокремленого провідника
§ 94. Конденсатори
§ 95. Енергія системи зарядів, відокремленого провідника та конденсатора. Енергія електростатичного поля
Завдання
Розділ 12. Постійний електричний струм
§ 96. Електричний струм, сила та щільність струму
§ 97. Сторонні сили. Електрорушійна сила та напруга
§ 98. Закон Ома. Опір провідників

§ 99.Робота та потужність. Закон Джоуля – Ленца
§ 100. Закон Ома для неоднорідної ділянки ланцюга
§ 101. Правила Кірхгофа для розгалужених ланцюгів
Завдання
Глава 13. Електричні струми в металах, вакуумі та газах
§ 104. Робота виходу електронів із металу
§ 105. Емісійні явища та їх застосування
§ 106. Іонізація газів. Несамостійний газовий розряд
§ 107. Самостійний газовий розряд та його типи
§ 108. Плазма та її властивості
Завдання

Розділ 14. Магнітне поле.
§ 109. Магнітне поле та його характеристики
§ 110. Закон Біо - Савара - Лапласа та його застосування до розрахунку магнітного поля
§ 111. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
§ 112. Магнітна стала. Одиниці магнітної індукції та напруженості магнітного поля
§ 113. Магнітне поле заряду, що рухається
§ 114. Дія магнітного поля на заряд, що рухається
§ 115. Рух заряджених частинок у магнітному полі
§ 117. Ефект Холла
§ 118. Циркуляція вектора магнітного поля у вакуумі
§ 119. Магнітні поля соленоїда та тороїда
§ 121. Робота з переміщення провідника та контуру зі струмом у магнітному полі
Завдання

Розділ 15. Електромагнітна індукція
§ 122. Явище електромагнітної індукції (досліди Фарадея
§ 123. Закон Фарадея та його виведення із закону збереження енергії
§ 125. Вихрові струми (струми Фуко)
§ 126. Індуктивність контуру. Самоіндукція
§ 127. Струми при розмиканні та замиканні ланцюга
§ 128. Взаємна індукція
§ 129. Трансформатори
§130. Енергія магнітного поля
дачі
Розділ 16. Магнітні властивості речовини
§ 131. Магнітні моменти електронів та атомів
§ 132. Дна-і парамагнетизм
§ 133. Намагніченість. Магнітне поле у ​​речовині
§ 134. Умови на межі поділу двох магнетиків
§ 135. Феромагнетики та їх властивості

§ 136. Природа феромагнетизму
Завдання
Глава 17. Основи теорії Максвелла для електромагнітного нуля
§ 137. Вихрове електричне поле
§ 138. Струм усунення
§ 139. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля

4. Коливання та хвилі.
Глава 18. Механічні та електромагнітні коливання
§ 140. Гармонічні коливання та їх характеристики
§ 141. Механічні гармонічні коливання
§ 142. Гармонічний осцилятор. Пружинний, фізичний та математичний маятники
§ 144. Додавання гармонійних коливань одного напрямку та однакової частоти. Биття
§ 145. Додавання взаємно перпендикулярних коливань
§ 146. Диференціальне рівняння вільних загасаючих коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення. Автоколивання
§ 147. Диференціальне рівняння вимушених коливань (механічних та електромагнітних) та його вирішення
§ 148. Амплітуда і фаза вимушених коливань (механічних та електромагнітних). Резонанс
§ 149. Змінний струм
§ 150. Резонанс напруг
§ 151. Резонанс струмів
§ 152. Потужність, що виділяється в ланцюзі змінного струму
Завдання

Розділ 19. Пружні хвилі.
§ 153. Хвильові процеси. Поздовжні та поперечні хвилі
§ 154. Рівняння хвилі, що біжить. Фазова швидкість. Хвильове рівняння

§ 155. Принцип суперпозиції. Групова швидкість
§ 156. Інтерференція хвиль
§ 157. Стоячі хвилі
§ 158. Звукові хвилі
§ 159. Ефект Доплера в акустиці
§ 160. Ультразвук та його застосування

Завдання

Розділ 20. Електромагнітні хвилі.
§ 161. Експериментальне отримання електромагнітних хвиль
§ 162. Диференціальне рівняння електромагнітної хвилі

§ 163. Енергія електромагнітних хвиль. Імпульс електромагнітного поля

§ 164. Випромінювання диполя. Застосування електромагнітних хвиль
Завдання

5. Оптика. Квантова природа випромінювання.

Глава 21. Елементи геометричної та електронної оптики.
§ 165. Основні закони оптики. Повне відображення
§ 166. Тонкі лінзи. Зображення предметів за допомогою лінз
§ 167. Аберації (похибки) оптичних систем
§ 168. Основні фотометричні величини та їх одиниці
Завдання
Розділ 22. Інтерференція світла
§ 170. Розвиток уявлень про природу світла
§ 171. Когерентність та монохроматичність світлових хвиль
§ 172. Інтерференція світла
§ 173. Методи спостереження інтерференції світла
§ 174. Інтерференція світла у тонких плівках
§ 175. Застосування інтерференції світла
Розділ 23. Дифракція світла
§ 177. Метод зон Френеля. Прямолінійне поширення світла
§ 178. Дифракція Френеля на круглому отворі та диску
§ 179. Дифракція Фраунгофера на одній щілині
§ 180. Дифракція Фраунгофера на дифракційних гратах
§ 181. Просторові грати. Розсіювання світла
§ 182. Дифракція на просторових ґратах. Формула Вульфа - Бреггов
§ 183. Роздільна здатність оптичних приладів
§ 184. Поняття про голографію
Завдання

Глава 24. Взаємодія електромагнітних хвиль із речовиною.
§ 185. Дисперсія світла
§ 186. Електронна теорія дисперсії світла
§ 188. Ефект Доплера
§ 189. Випромінювання Вавилова - Черенкова

Завдання
Розділ 25. Поляризація світла
§ 190. Природне та поляризоване світло
§ 191. Поляризація світла при відображенні та заломленні на кордоні двох діелектриків
§ 192. Подвійне променезаломлення
§ 193. Поляризаційні призми та поляроїди
§ 194. Аналіз поляризованого світла

§ 195. Штучна оптична анізотропія
§ 196. Обертання площини поляризації

Завдання

Глава 26. Квантова природа випромінювання.
§ 197. Теплове випромінювання та його характеристики.

§ 198. Закон Кірхгофа
§ 199. Закони Стефана - Больцмана та усунення Вина

§ 200. Формули Релея-Джинса та Планка.
§ 201. Оптична пірометрія. Теплові джерела світла
§ 203. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Експериментальне підтвердження квантових властивостей світла
§ 204. Застосування фотоефекту
§ 205. Маса та імпульс фотона. Тиск світла
§ 206. Ефект Комптона та його елементарна теорія
§ 207. Єдність корпускулярних та хвильових властивостей електромагнітного випромінювання
Завдання

6. Елементи квантової фізики

Глава 27. Теорія атома водню за Бором.

§ 208. Моделі атома Томсона та Резерфорда
§ 209. Лінійчастий спектр атома водню
§ 210. Постулати Бора
§ 211. Досвіди Франка у Герца
§ 212. Спектр атома водню за Бором

Завдання

Розділ 28. Елементи квантової механіки
§ 213. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовини
§ 214. Деякі властивості хвиль де Бройля
§ 215. Співвідношення невизначеностей
§ 216. Хвильова функція та її статистичний зміст
§ 217. Загальне рівняння Шредінгера. Шредінгера для стаціонарних станів
§ 218. Принцип причинності у квантовій механіці
§ 219. Рух вільної частки
§ 222. Лінійний гармонійний осцилятор у квантовій механіці
Завдання
Глава 29. Елементи сучасної фізики атомів t молекул
§ 223. Атом водню у квантовій механіці
§ 224. Ь-зісміювання електрона в атомі водню
§ 225. Спин електрона. Спинове квантове число
§ 226. Принцип нерозрізненості тотожних частинок. Ферміони та бозони
Менделєєва
§ 229. Рентгенівські спектри
§ 231. Молекулярні спектри. Комбінаційне розсіювання світла
§ 232. Поглинання, спонтанне та вимушене випромінювання
(лазери
Завдання
Розділ 30. Елементи квантової статистики
§ 234. Квантова статистика. Фазовий простір. Функція розподілу
§ 235. Поняття про квантову статистику Бозе - Ейнштейна і Фермі - Дірака
§ 236. Вироджений електронний газ у металах
§ 237. Поняття про квантову теорію теплоємності. Фоноли
§ 238. Висновки квантової теорії електропровідності металів
! ефект Джозефсоаа
Завдання
Розділ 31. Елементи фізики твердого тіла
§ 240. Поняття про зонну теорію твердих тіл
§ 241. Метали, діелектрики та напівпровідники з зонної теорії
§ 242. Власна провідність напівпровідників
§ 243. Домішна провідність напівпровідників
§ 244. Фотопровідність напівпровідників
§ 245. Люмінесценція твердих тіл
§ 246. Контакт двох металів за зонною теорією
§ 247. Термоелектричні явища та їх застосування
§ 248. Випрямлення на контакті метал-напівпровідник
§ 250. Напівпровідникові діоди та тріоди (транзистори
Завдання

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Розділ 32. Елементи фізики атомного ядра.

§ 252. Дефект маси та енергія зв'язку, ядра

§ 253. Спин ядра та його магнітний момент

§ 254. Ядерні сили. Моделі ядра

§ 255. Радіоактивне випромінювання та його види Правила усунення

§ 257. Закономірності а-розпаду

§ 259. Гамма-випромінювання та його властивості.

§ 260. Резонансне поглинання у-випромінювання (ефект Мессбауера

§ 261. Методи спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань та частинок

§ 262. Ядерні реакції та їх основні типи

§ 263. Позитрон. /> -Розпад. Електронне захоплення

§ 265. Реакція поділу ядра
§ 266. Ланцюгова реакція поділу
§ 267. Поняття про ядерну енергетику
§ 268. Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій
Завдання
Розділ 33. Елементи фізики елементарних частинок
§ 269. Космічне випромінювання
§ 270. Мюони та їх властивості
§ 271. Мезони та їх властивості
§ 272. Типи взаємодій елементарних частинок
§ 273. Частинки та античастинки
§ 274. Гіперони. Дивність та парність елементарних частинок
§ 275. Класифікація елементарних частинок. Кварки
Завдання
Основні закони та формули
1. Фізичні основи механіки
2. Основи молекулярної фізики та термодинаміки
4. Коливання та хвилі
5. Оптика. Квантова природа випромінювання
6. Елементи квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл

7. Елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок
Предметний покажчик

Про те, як читати книги у форматах pdf djvu - див. розділ " програми; архіватори; формати pdf, djvu та ін. "

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 Т761

Рецензент – професор кафедри фізики ім. А. М. Фабриканта

Московського енергетичного інституту (технічного університету) В.А. Касьянов

Трофімова Т. І.

Т761 Курс фізики: навч. посібник для вузів / Таїсія Іванівна Трофімова. - 11-те вид., стер. – М.: Видавничий центр «Академія», 2006. – 560 с.

ISBN 5-7695-2629-7

Навчальний посібник (9-е видання, перероблене та доповнене, - 2004 р.) складається з семи частин, у яких викладено фізичні основи механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл, фізики атомного ядра та елементарних частинок. Раціонально вирішено питання про поєднання механічних та електромагнітних коливань. Встановлено логічну наступність та зв'язок між класичною та сучасною фізикою. Наведено контрольні питання та завдання для самостійного вирішення.

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Оригінал-макет цього видання є власністю Видавничого центру «Академія» та його відтворення будь-яким способом

без згоди правовласника забороняється

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник написаний відповідно до чинної програми курсу фізики для інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. Невеликий обсяг навчального посібника досягнуто за допомогою ретельного відбору та лаконічного викладу матеріалу.

Книга складається із семи частин. У першій частині дано систематичне виклад фізичних основ класичної механіки, і навіть розглянуті елементи спеціальної (приватної) теорії відносності. Друга частина присвячена основам молекулярної фізики та термодинаміки. У третій частині представлені електростатика, постійний електричний струм та електромагнетизм. У четвертій частині, присвяченій теорії коливань і хвиль, механічні та електромагнітні коливання розглянуті паралельно, зазначені їх подібності та відмінності та зіставлені фізичні процеси, що відбуваються за відповідних коливань. У п'ятій частині викладено елементи геометричної та електронної оптики, хвильова оптика та квантова природа випромінювання. Шес-

та частина присвячена елементам квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл. У сьомій частині розглянуто елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Виклад матеріалу ведеться без громіздких математичних викладок, особливу увагу звернено на фізичну суть явищ і понять і законів, що їх описують, а також на спадкоємність сучасної та класичної фізики. Усі біографічні дані наведено за книгою Ю. А. Храмова «Фізики» (М.: Наука, 1983).

Автор висловлює глибоку подяку колегам та читачам, чиї доброзичливі зауваження та побажання сприяли покращенню книги, та особливу вдячність професору В. А. Касьянову за рецензування посібника та зроблені ним зауваження.

ВСТУП

ПРЕДМЕТ ФІЗИКИ І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ НАУКАМИ

Навколишній світ, все існуюче навколо нас і виявлене нами за допомогою відчуттів є матерією.

Невід'ємною властивістю матерії та формою її існування є рух. Рух у сенсі слова - це всілякі зміни матерії - від простого переміщення до найскладніших процесів мислення.

Різноманітні форми руху матерії вивчаються різними науками, зокрема і фізикою. Предмет фізики, як, втім, і будь-якої науки, може бути розкритий лише з його детального викладу. Дати суворе визначення предмета фізики досить складно, бо межі між фізикою та низкою суміжних дисциплін умовні. На цій стадії розвитку не можна зберегти визначення фізики лише як науки про природу.

Академік А. Ф.Іоффе (1880-1960; російський фізик) визначив фізику як науку, що вивчає загальні властивості

і закони руху речовини та поля.

У Нині загальновизнано, що це взаємодії здійснюються у вигляді полів, наприклад гравітаційних, електромагнітних, полів ядерних сил. Поле поряд із речовиною є однією з форм існування матерії. Нерозривний зв'язок поля і речовини, і навіть відмінність у властивостях будуть розглянуті з вивчення курсу.

Фізика - наука про найпростіші і водночас найбільш загальні форми

рухи матерії та їх взаємних перетвореннях. Форми руху матерії, що вивчаються фізикою, (механічна, теплова та ін.) присутні у всіх вищих і більш складних формах руху матерії (хімічних, біологічних та ін.). Тому вони, будучи найпростішими, є водночас найбільш загальними формами руху матерії. Вищі і складніші форми руху матерії - предмет вивчення інших наук (хімії, біології та інших.).

Найтісніший зв'язок фізики з багатьма галузями природознавства, як відзначав академік С.І. В результаті утворився ряд нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика та ін.

Фізика тісно пов'язана і з технікою, причому цей зв'язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у древніх греків, наприклад, було викликано запитами будівельної та військової техніки того часу), і техніка, у свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, свого часу завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликало інтенсивне розвиток термодинаміки). З іншого боку, від розвитку фізики залежить технічний рівень

ОДИНИЦІ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Основним методом дослідження у фізиці є досвід - засноване на практиці чуттєво-емпіричне пізнання об'єктивної дійсності, тобто спостереження досліджуваних явищ в умовах, що точно враховуються, що дозволяють стежити за ходом явищ і багаторазово відтворювати його при повторенні цих умов.

Для пояснення експериментальних даних висуваються гіпотези. Гіпотеза - це наукове припущення, що дозволяє усвідомити сутність явищ, що відбуваються і вимагає перевірки на досвіді і теоретичного обґрунтування для того, щоб стати достовірною науковою теорією.

Внаслідок узагальнення експериментальних даних, а також накопиченого досвіду людей встановлюються

фізичні закони - стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що у природі. Найважливіші закони встановлюють зв'язок між фізичними величинами. Вимір фізичної величини є дія, що виконується за допомогою засобів вимірювань для знаходження значення фізичної величини у прийнятих одиницях.

p align="justify"> Одиниці фізичних величин можна вибрати довільно, але тоді виникнуть труднощі при їх порівнянні. Тому доцільно запровадити систему одиниць, що охоплює одиниці всіх фізичних величин.

Для побудови системи одиниць довільно вибирають одиниці для кількох фізичних величин, що не залежать один від одного. Ці одиниці називаються основними. Інші ж одиниці, звані похідними, виводяться з фізичних законів, що пов'язують їх з основними одиницями.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73 Т761

Рецензент – професор кафедри фізики ім. А. М. Фабриканта

Московського енергетичного інституту (технічного університету) В.А. Касьянов

Трофімова Т. І.

Т761 Курс фізики: навч. посібник для вузів / Таїсія Іванівна Трофімова. - 11-те вид., стер. – М.: Видавничий центр «Академія», 2006. – 560 с.

ISBN 5-7695-2629-7

Навчальний посібник (9-е видання, перероблене та доповнене, - 2004 р.) складається з семи частин, у яких викладено фізичні основи механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл, фізики атомного ядра та елементарних частинок. Раціонально вирішено питання про поєднання механічних та електромагнітних коливань. Встановлено логічну наступність та зв'язок між класичною та сучасною фізикою. Наведено контрольні питання та завдання для самостійного вирішення.

Для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Оригінал-макет цього видання є власністю Видавничого центру «Академія» та його відтворення будь-яким способом

без згоди правовласника забороняється

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник написаний відповідно до чинної програми курсу фізики для інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів. Невеликий обсяг навчального посібника досягнуто за допомогою ретельного відбору та лаконічного викладу матеріалу.

Книга складається із семи частин. У першій частині дано систематичне виклад фізичних основ класичної механіки, і навіть розглянуті елементи спеціальної (приватної) теорії відносності. Друга частина присвячена основам молекулярної фізики та термодинаміки. У третій частині представлені електростатика, постійний електричний струм та електромагнетизм. У четвертій частині, присвяченій теорії коливань і хвиль, механічні та електромагнітні коливання розглянуті паралельно, зазначені їх подібності та відмінності та зіставлені фізичні процеси, що відбуваються за відповідних коливань. У п'ятій частині викладено елементи геометричної та електронної оптики, хвильова оптика та квантова природа випромінювання. Шес-

та частина присвячена елементам квантової фізики атомів, молекул та твердих тіл. У сьомій частині розглянуто елементи фізики атомного ядра та елементарних частинок.

Виклад матеріалу ведеться без громіздких математичних викладок, особливу увагу звернено на фізичну суть явищ і понять і законів, що їх описують, а також на спадкоємність сучасної та класичної фізики. Усі біографічні дані наведено за книгою Ю. А. Храмова «Фізики» (М.: Наука, 1983).

Автор висловлює глибоку подяку колегам та читачам, чиї доброзичливі зауваження та побажання сприяли покращенню книги, та особливу вдячність професору В. А. Касьянову за рецензування посібника та зроблені ним зауваження.

ВСТУП

ПРЕДМЕТ ФІЗИКИ І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ІНШИМИ НАУКАМИ

Навколишній світ, все існуюче навколо нас і виявлене нами за допомогою відчуттів є матерією.

Невід'ємною властивістю матерії та формою її існування є рух. Рух у сенсі слова - це всілякі зміни матерії - від простого переміщення до найскладніших процесів мислення.

Різноманітні форми руху матерії вивчаються різними науками, зокрема і фізикою. Предмет фізики, як, втім, і будь-якої науки, може бути розкритий лише з його детального викладу. Дати суворе визначення предмета фізики досить складно, бо межі між фізикою та низкою суміжних дисциплін умовні. На цій стадії розвитку не можна зберегти визначення фізики лише як науки про природу.

Академік А. Ф.Іоффе (1880-1960; російський фізик) визначив фізику як науку, що вивчає загальні властивості

і закони руху речовини та поля.

У Нині загальновизнано, що це взаємодії здійснюються у вигляді полів, наприклад гравітаційних, електромагнітних, полів ядерних сил. Поле поряд із речовиною є однією з форм існування матерії. Нерозривний зв'язок поля і речовини, і навіть відмінність у властивостях будуть розглянуті з вивчення курсу.

Фізика - наука про найпростіші і водночас найбільш загальні форми

рухи матерії та їх взаємних перетвореннях. Форми руху матерії, що вивчаються фізикою, (механічна, теплова та ін.) присутні у всіх вищих і більш складних формах руху матерії (хімічних, біологічних та ін.). Тому вони, будучи найпростішими, є водночас найбільш загальними формами руху матерії. Вищі і складніші форми руху матерії - предмет вивчення інших наук (хімії, біології та інших.).

Найтісніший зв'язок фізики з багатьма галузями природознавства, як відзначав академік С.І. В результаті утворився ряд нових суміжних дисциплін, таких як астрофізика, біофізика та ін.

Фізика тісно пов'язана і з технікою, причому цей зв'язок має двосторонній характер. Фізика виросла з потреб техніки (розвиток механіки у древніх греків, наприклад, було викликано запитами будівельної та військової техніки того часу), і техніка, у свою чергу, визначає напрямок фізичних досліджень (наприклад, свого часу завдання створення найбільш економічних теплових двигунів викликало інтенсивне розвиток термодинаміки). З іншого боку, від розвитку фізики залежить технічний рівень

ОДИНИЦІ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Основним методом дослідження у фізиці є досвід - засноване на практиці чуттєво-емпіричне пізнання об'єктивної дійсності, тобто спостереження досліджуваних явищ в умовах, що точно враховуються, що дозволяють стежити за ходом явищ і багаторазово відтворювати його при повторенні цих умов.

Для пояснення експериментальних даних висуваються гіпотези. Гіпотеза - це наукове припущення, що дозволяє усвідомити сутність явищ, що відбуваються і вимагає перевірки на досвіді і теоретичного обґрунтування для того, щоб стати достовірною науковою теорією.

Внаслідок узагальнення експериментальних даних, а також накопиченого досвіду людей встановлюються

фізичні закони - стійкі повторювані об'єктивні закономірності, що у природі. Найважливіші закони встановлюють зв'язок між фізичними величинами. Вимір фізичної величини є дія, що виконується за допомогою засобів вимірювань для знаходження значення фізичної величини у прийнятих одиницях.

p align="justify"> Одиниці фізичних величин можна вибрати довільно, але тоді виникнуть труднощі при їх порівнянні. Тому доцільно запровадити систему одиниць, що охоплює одиниці всіх фізичних величин.

Для побудови системи одиниць довільно вибирають одиниці для кількох фізичних величин, що не залежать один від одного. Ці одиниці називаються основними. Інші ж одиниці, звані похідними, виводяться з фізичних законів, що пов'язують їх з основними одиницями.

затверджую

Декан навчального центру

Біомедичної інженерії Пущ ГЕНІ

Д.Б.Н., професор

___________ Е.А.Пермяков

«_____»_____________2012р.

Програма вступних іспитів

«ФІЗИКА»

Напрямок підготовки магістра 200300 Біомедична інженерія Магістерська програма

«Біомедичні вимірювальні інформаційні системи та технології»

Програму складено відповідно до державного освітнього стандарту вищої професійної освіти за відповідним напрямом.

Іспит - усний, у квитку 2 питання, вирішення завдань не передбачено.

I. Класична механіка

Кінематіка.

Механічне рух. Види руху. Система відліку.

Рівняння руху матеріальної точки. Траєкторія, довжина колії, вектор переміщення.

Швидкість, прискорення та його складові.

Кінематика обертального руху твердого тіла. Кутова швидкість та кутове прискорення.

Динаміка поступального руху.

Сила, маса, імпульс тіла. Закони Ньютона.

Інерційні системи відліку. Принцип відносності Галілея. Закон збереження імпульсу.

Динаміка обертального руху.

Момент інерції, момент сили, момент імпульсу.

Рівняння динаміки обертального руху твердого тіла.

Робота та механічна енергія.

Енергія, робота, потужність.

Кінетична та потенційна енергія. Закон збереження та перетворення механічної енергії.

Кінетична енергія обертального руху твердого тіла щодо нерухомої осі.

Механічні коливання.

Гармонічні коливання та його характеристики.

Рівняння вільних коливань математичного та фізичного маятника.

Зміна швидкості, прискорення, кінетичної та потенційної енергії тіла, що коливається.

Вільні загасаючі коливання. Вимушені коливання.

ІІ. Молекулярна фізика та термодинаміка

Основи молекулярно-кінетичної теорії

Основні поняття молекулярно-кінетичної теорії: температура та температурні

шкали, маса та молекулярна маса, тиск та щільність газу.

Ідеальний газ. Закони бездоганного газу. Зрівняння стану ідеального газу.

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.

Основи термодинаміки

Закон про рівномірний розподіл енергії за ступенями свободи молекул.

Внутрішня енергія ідеального газу. Робота газу за зміни його обсягу.

Перший початок термодинаміки. Теплоємність.

Застосування першого початку термодинаміки до ізопроцесів. Адіабатний процес.

Другий початок термодинаміки.

ІІІ. Основи електродинаміки

Електростатика

Електричний заряд. Закон збереження заряду. Закон Кулону.

Напруженість електростатичного поля. Принцип суперпозицій полів. Диполь

Потенціал, різницю потенціалів.

Поляризація діелектриків. Поляризованість. Напруженість поля у діелектриці.

Провідники та розподіл у них зарядів. Провідник у зовнішньому електростатичному полі

Електрична ємність провідника Конденсатори Енергія електростатичного поля.

Постійний електричний струм

Електричний струм, основні характеристики: сила та щільність струму. Електрорушійна сила та напруга.

Закон Ома. Опір провідників.

Робота та потужність електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.

Магнітне поле

Характеристики магнітного поля. Одиниці виміру магнітної індукції та сили струму.

Магнітне поле струму. Магнітне поле заряду, що рухається. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів.

Сила Лоренца. Рух заряджених частинок у магнітному полі.

Магнітні властивості речовини. Парамагнетики, діамагнетики та феромагнетики.

Електромагнітна індукція

Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції (Закон Фарадея).

Індуктивність. Явище самоіндукції. Взаємна індукція.

Енергія магнітного поля.

Електромагнітні коливання

Електромагнітні коливання. Коливальний контур. Рівняння коливального контуру, власна частота коливального контуру.

Вимушені електромагнітні коливання. Явище електричного резонансу.

IV. Оптика

Інтерференція світла

- Інтерференція світлових хвиль. Дзеркала та біпризму Френеля.

Інтерференція світла при відображенні тонких плівках. Смуги рівного нахилу та рівної товщини.

Приклади застосування інтерференції світла. Просвітлення оптики.

Дифракція світла

- Дифракція світла . Принцип Ґюйгенса-Френеля.

Дифракція Фраунгофер на щілини. Дифракційні грати.

Роздільна здатність оптичних приладів

V. Основи квантової фізики

Основи квантової оптики

Теплове випромінювання та його характеристики. Закони Кірхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.

Фотоефект. Закони фотоефекту. Енергія та імпульс фотона.

Елементи фізики атома

Модель атома. Постулати Бора. Спектр атома водню за Бором.

Оптичні квантові генератори (лазери) та їх класифікація.

Властивості лазерного випромінювання.

Елементи фізики атомного ядра

- Характеристики та склад атомних ядер. ядерні сили.

Радіоактивність та її види. Альфа- та бета-розпад.

Ядерні реакції та їх класифікація

Література

Основна література:

Трофімова Т. І. «Фізика: Підручник для утвор. установ вищої професійної освіти». Видавничий центр "Академія", 2012.-320с.-(Серія "Бакалавріат").

Трофімова Т. І. «Курс фізики: Навчальний посібник для вузів».-2-ге вид., перераб. і доп.- М.: Вища школа, 1990 (та пізніші перевидання).- 478 з.: ил.

Додаткова література:

1. Савельєв І.В. "Курс загальної фізики: т. I-III", М.: Наука, 1989.

2. Яворський Б.М. та Детлаф А.А. «Довідник з фізики для інженерів та студентів ВНЗ», Видавництво: Онікс, 2008 р.

3. Грибов Л.А., Прокоф'єва Н.І. "Основи фізики". М., Фізматліт, 1995.

4. Ландсберг Г.С., "Елементарний підручник фізики", т.1, 2, 3., М., Фізматліт, 2001.

5. "Берклеївський курс фізики", т. I - V, М., Наука, 1977.