Электрический ток в металлах Астрономия квантовая механика электромагнитная индукция Магнитные моменты атомов Особенности структуры электронных уровней в сложных атомах

Учебник физики Примеры решения задач и лабораторных работ

Статистический метод исследования и его связь с учением ди алектического материализма о соотношении случайности и необходи мости. Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование термодинамической температуры. Число степеней свободы молекул. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Закон Максвелла для распре деления молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплово го движения. Закон Больцмана для распределения частиц во внеш нем потенциальном поле. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул. 

Строение атмосферы Солнца.

1. Фотосфера - нижний слой солнечной атмосферы толщиной 300 - 400 км, который излучает практически всю приходящую к нам солнечную энергию. Состоит, в основном, из водорода, плотность 10-4 кг/ м3, температура 6000 К.

Гранулы (грануляция солнечной фотосферы) - совокупность ярких площадок, окруженных относительно темными тонкими промежутками, сплошь покрывающих видимую поверхность Солнца. Диаметр » 700 км, время жизни » 8 мин. Гранулы - верхушки конвекционных потоков, проникающих в фотосферу из более глубоких слоев.

Солнечное пятно - “темная” (4300 К) коническая воронка в фотосфере глубиной 300 - 400 км, диаметр » 35000 км, время жизни от 2 до 100 сут. Количество пятен колеблется с периодом » 11 лет. В группе пятен головное и хвостовое пятна имеют разную магнитную полярность; во всех группах пятен в одном полушарии магнитная полярность голова-хвост одинакова; в соседних 11-летних циклах полярность пятен в полушариях инвертируется. Сеть ярких цепочек вокруг пятен - фотосферные факелы.

2. Хромосфера - средний слой солнечной атмосферы толщиной 10 - 14 тыс. км. Температура у фотосферы »5000 К, в верхних слоях » 104 К. Состоит из темных и светлых узелков, образующих сетку; размер ячеек - 30 - 50 тыс. км. Наиболее яркие участки - хромосферные факелы, располагающиеся над фотосферными факелами и пятнами.

Вспышки - взрывные процессы, при которых освобождается энергия магнитного поля солнечных пятен; сопровождаются мощным ультрафиолетовым, рентгеновским и радиоизлучением, выбросом в межпланетное пространство электрически заряженных частиц (корпускул). Внешне - увеличение яркости области хромосферы площадью »1010кв.км, время жизни от 5 - 10 мин. до нескольких часов.

Протуберанцы - гигантские яркие выступы или арки, как бы опирающиеся на хромосферу и врывающиеся в солнечную корону. Время жизни » 1 месяца, длина - до 1/3 радиуса Солнца.

3. Солнечная корона - внешний слой солнечной атмосферы, простирающийся на несколько солнечных радиусов от его поверхности. В годы максимума солнечной активности она почти круглая, в годы минимума - вытянута вдоль экватора. Все детали солнечной короны вращаются синхронно с расположенными под ними участками фотосферы.

4. Солнечный цикл - периодический процесс (период » 11 лет) появления и развития на Солнце активных областей (пятна и связанные с ними фотосферные факелы, вспышки и протуберанцы), характеризующихся выходом на поверхность сильных магнитных полей.


Внутреннее строение Солнца

Солнце - плазменный шар.

Под действием гравитации Солнце стремится сжаться. Этому сжатию противодействует перепад давления, возникающий из-за высокой температуры и плотности внутренних слоев Солнца (В центре Т = 1,6´107К, r = 160 г/см3). Столь высокая температура поддерживается ядерными реакциями синтеза гелия из водорода.

Термоядерные реакции происходят только в центральной области (0,3R).

От 0,3R до 0,7R - зона переизлучения. Энергия “просачивается” медленно (» 1млн. лет), длина волны от слоя к слою увеличивается (от рентгена до видимого диапазона).

От 0,7R до поверхности - зона конвекции ( перенос энергии движением вещества) - грануляция фотосферы - результат.

Солнце и жизнь Земли.

  Солнечное излучение - источник всех форм энергии на Земле.

1. Коротковолновое излучение.

Источник - хромосфера и корона (высокая температура газа).

Увеличивается в годы максимума солнечной активности, особенно во время вспышек. (8мин. после вспышки)

Взаимодействие с атмосферой Земли - ионосфера (200-500 км - коротковолновая радиосвязь), озоновый слой (О3) (10-50 км - результат фотохимических реакций - предохраняет живые организмы от воздействия коротковолнового излучения - озоновые дыры - выброс в атмосферу хлоросодержащих веществ (промышленность, вулканы)).

2. Видимый диапазон, ИК-диапазон - парниковый эффект (увеличение количества СО2 в атмосфере - чрезмерное поглощение ИК-излучения поверхности Земли атмосферой - нарушение теплового баланса - глобальное потепление).

3. Радиоизлучение - тепловая составляющая и излучение нетепловой природы во время вспышек.

4. Корпускулярное излучение - поток протонов и электронов (разреженная плазма) со скоростями 400-1000 км/с - солнечный ветер (“порывы” во время вспышек) - магнитные бури, полярные сияния. (2-4сут. после вспышки)

5. Солнечные космические лучи - поток заряженных частиц, ускоренных до высоких энергий во время солнечных вспышек (10мин. после вспышки)


Солнечно-Земные связи.



Растояния до звезд.

Телескопы позволяют видеть более 109 звезд.

Годичным параллаксом (р) звезды называют угол, под которым со звезды можно было бы видеть большую полуось земной орбиты, если она перпендикулярна лучу зрения.

D = a(большая полуось)/sin p

Ближайшая звезда - a Центавра, р = 0,75’’, D = 270000 а.е. = 4 св.года.

Парсек (пк) - расстояние, с которого большая полуось Земли видна под углом 1’’.

1пк = 3,28 св.года = 206265 а.е. = 3´1013 км

(1 а.е. =1,496´108 км)

По параллаксу можно измерять расстояния до 300 св.лет.

Сейчас известны параллаксы нескольких тысяч звезд.

Видимая и абсолютная звездные величины.

Светимость (L) - полная энергия, излучаемая звездой в единицу времени.

Освещенность (I) - поток излучения, приходящий на землю от звезды.

Относительная звездная величина (m):

Эталон: Полярная звезда: 2m,12

Абсолютная звездная величина (М) - видимая (относительная) звездная величина светила, если бы оно находилось от нас на расстоянии 10 пк.

I0 - освещенность, которую создавала бы звезда, будучи расположена на расстоянии от Земли 10 пк = r0.

Создаваемая звездой освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от нее до Земли.

Гиганты: М = -9

Карлики: М = +17

Солнце: М » +5m; m » -26m

ЗАДАЧИ ГРУППЫ С

Рис. 5.14

1.(И.3.335). Катушка индуктивностью L=2,0 мкГн и сопротивлением R=1,0 Oм подключена к источнику постоянной ЭДС =3,0 В (рис. 5.14). Параллельно катушке включено сопротивление Rо=2,0 Ом. Найти количество тепла, которое выделится в катушке после размыкания ключа К. Внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

Указание к решению. До размыкания цепи силу тока в катушке можно определить по закону Ома, а после размыкания цепи необходимо учесть, что энергия магнитного поля катушки распределится между сопротивлениями R и R0.

Ответ: Q=3 мкДж.

2. (И.3.336). На железный тор намотано N=500 витков. Найти энергию магнитного поля, если при токе I=2,0 А магнитный поток через поперечное сечение тора Ф=1,0 мВб.

Указание к решению. Для определения энергии магнитного поля необходимо знать индукцию и напряжённость магнитного поля. Индукцию можно определить по формуле для потока, а напряжённость - по формуле для напряжённости тороида через силу тока и число витков.

Ответ: W=0,5 Дж.

3.(И.3.342). Исходя из выражения для объемной плотности магнитной энергии, показать, что работа, затрачиваемая на намагничивание единицы объема пара- или диамагнетика, равна .

Указание к решению. Использовать выражение для объёмной плотности энергии, учитывая, что намагниченность есть магнитный момент единицы объёма.

4.(И.3.346). Найти энергию W12 взаимодействия двух контуров с токами I1 и I2, если оба контура имеют вид окружностей с радиусами а и b (а << b), центры которых находятся в одной точке, а плоскости контуров составляют друг с другом угол a.

Указание к решению. Использовать выражение для механической энергии контура с током в магнитном поле другого контура.

Ответ: .

Рис. 5.15

Классическая молекулярно-кинетическая теория тёплоемкостей идеальных газов и ее ограниченность. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы (цикл). Цикл Карно и его КПД для идеального газа. Энтропия. Энтропия идеального газа. Второе начало термодинамики. Статистическое толкование второго начала термоди намики. Отступление от законов идеального газа. Реальные газы. Уравнение Ван-Дер-Ваальса. Сравнение изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными. Критическое состояние вещества. Фазовые переходы 1 и II рода. Внутренняя энергия реального газа.
Теория Максвелла для электромагнитного поля