Сборник задач по физике Курс лекций по физике Оптика Кинематика Теплопроводность Японский язык обучение самоучитель японского языка eroglif.com.

Лекции по физике теория газов

Теплопроводность металлов обусловлена колебаниями кристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов (называемых иногда электронным газом). Движение электронов ответственно и за электропроводность металлов, а потому неудивительно, что хорошие проводники тепла (например, серебро или медь) являются также хорошими проводниками электричества.

Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резко уменьшается при понижении температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 K). Это явление, называемое сверхпроводимостью, используется для повышения эффективности работы многих устройств – от приборов микроэлектроники до линий электропередачи и больших электромагнитов.

Теплообмен теплопроводностью. Проделаем опыт. Две проволоки одинаковой длины и толщины – медную и стальную – укрепим так, чтобы их концы попали в пламя свечи. Кусочками воска приклеим к ним маленькие гвоздики. Мы увидим, что с медной проволоки они начнут падать раньше. Значит, теплота по медной проволоке распространяется быстрее, чем по стальной.

Приклеенные воском гвоздики с медной проволоки опадают быстрее, чем со стальной. Длина и толщина проволок одинакова. Следовательно, теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.

Опыты показывают, что теплопроводность различных веществ различна. Это значит, что при одинаковых условиях они передают теплоту с разной скоростью.

Радиатор - это ребристая деталь, изготовленная из вещества с хорошей теплопроводностью (обычно меди или алюминия). Радиатор, изображенный на рисунке, служит для ускорения охлаждения процессора в настольном компьютере.

На рисунке вы видите радиатор, служащий для ускорения охлаждения процессора настольного компьютера. Процессор 1 вместе с другими микросхемами укреплен на плате 2. К верхней части процессора плотно прижат радиатор 3 – ребристая металлическая деталь. Теплота, выделяющаяся в процессоре, путем теплопроводности распространяется по ребрам радиатора и рассеивается в окружающем пространстве.

Понятие о сверхпроводимости Явление сверхпроводимости заключается в скачкообразном исчезновении сопротивления при очень низких температурах (см. рис. 7, где представлена зависимость удельного сопротивления r от Т для талия, ртути и свинца). Температура, при которой происходит этот процесс, называется критической температурой Тк. В этом случае слабое магнитное поле не проникает в сверхпроводник, т. е. для него m = 0 . Сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер и

Шриффер (БКШ). Согласно этой теории электрон немного притягивает к себе соседние положительные ионы решётки, слегка деформируя её. Электрон и деформированная решётка создают положительно заряженную систему, к которой притягивается второй электрон. Наиболее энергетически выгодным будет такое состояние, когда два электрона вращаются по окружности вокруг деформированной положительно заряженной области решётки. Такие пары электронов

называются куперовскими парами. Эта пара движется в поле как единая частица - бозон. В настоящее время реализована сверхпроводимость при относительно высоких температурах. 

III Физика атомного ядра и элементарных частиц

 В двух последних лекциях курса общей физики будут изучены некоторые элементы ядерной физики. В основном будут излагаться опытные факты.

Лекция 11. Элементы ядерной физики

11.1Строение атомных ядер

Ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд. Размер атома составляет единицы ангстрем  (1А=10-10м), а ядра ~ 10-4 – 10-5А. Ядро состоит из протонов р, имеющих заряд +е и нейтронов n – нейтральных частиц. Протоны и нейтроны называют одним словом нуклоны. Прежде чем дать массу нейтрона и протона, отметим, что в атомной и ядерной физике масса измеряется в атомных единицах массы (аем). Одна аем равна 1/12 массы наиболее распространенного изотопа углерода, что в единицах СИ составляет 1,66×10-27кг, чаще масса измеряется в единицах энергии – электрон-вольтах (1эВ=1,6×10-19Дж). Учитывая соотношение Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии покоя Е0=mc2, можно показать, что одной аем соответствует энергия Е0=1,66 ×10-27 (3 ×108)2 /(1,6 ×10-19)=931,5 МэВ.

Итак, масса нейтрона mn=1,00867 аем или mn=939,6 МэВ, масса протона mp=1.00728 аем или mp=938,3 MэВ (масса электрона me=5,486×10-4 аем или me=0,511 МэВ).

 Заряд ядра Ze, где Z – порядковый номер элемента в периодической системе элементов Менделеева, равный числу протонов в ядре. Если N – число нейтронов в ядре, то число нуклонов A=Z+N называют массовым числом. У протона и нейтрона А=1, у электрона А=0.

Принято следующее обозначение ядер , где X – символ элемента. Например, , отсюда следует, что в ядре урана число нуклонов (массовое число) А=Z+N=235, а число протонов Z=92, число нейтронов N=A-Z=235-92=143. Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. Например изотопы урана  Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытой границы ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра R=R0A1/3,где R0=(1,3¸1,7)×10-15м, отсюда объем ядра V=V0A, т.е. пропорционален числу нуклонов А. Плотность ядерного вещества очень велика: r»1017кг/м3 и постоянна для всех ядер. Если бы Земля имела такую большую плотность, то ее радиус был бы » 200м, а не 6400 км.

Количество теплоты. Единицы измерения количества теплоты. Количество теплоты - энергия, которую тело теряет или получает при теплопередаче. Единица измерения: Джоуль, по определению. Опыт: Количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит: " от рода вещества, из которого состоит тело, " от массы этого тела, " от величины изменения его температуры.
На главную