Специальная теория относительности (сто)
СТО - это физическая теория, описывающая движение тел и элементарных частиц, движущихся с большими скоростями.
Теория относительности основывается на двух экспериментально подтвержденных принципах (постулатах):
а) во всех инерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково (принцип относительности Эйнштейна);
б) скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета, является предельной скоростью и не зависит от скорости источника.
Следствием постулатов СТО является зависимость массы тела от его скорости:
,
где m0
- масса покоящегося тела.
В теории относительности масса тела и его полная энергия взаимосвязаны:
.
Квантовая физика
Процесс испускания и поглощения света происходит не непрерывно, а порциями, квантами. Энергия кванта:
,
где h=6,6310-34Джс - постоянная Планка.
Явление выбивания электронов из металлов под действием света называется фотоэффектом.
Законы фотоэффекта.
Сила фототока насыщения (а следовательно, и число вырываемых фотоэлектронов) прямо пропорциональна падающему на поверхность световому потоку.
Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от светового потока, падающего на катод, а определяется частотой падающего света.
Для каждого вещества существует "красная граница" - наименьшая частота, при которой еще возможен фотоэффект.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
,
где
А
-работа выхода электрона из металла,
-
максимальная энергия вылетевшего
электрона.
Масса и импульс фотона:
,
.
Атомная и ядерная физика
Планетарная модель атома Резерфорда. Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра ( в нем сосредоточена почти вся масса атома), вокруг которого по различным орбитам вращаются электроны, причем суммарный заряд электронов равен по модулю заряду ядра.
Постулаты Бора: 1. Атомы могут находиться длительное время в устойчивых (стационарных) состояниях, в которых не излучают энергии.
2.
Атом может скачком переходить из одного
стационарного состояния в другое
стационарное состояние. При этом
излучается или поглощается квант
электромагнитной энергии
,
где
,
- энергия атома в стационарных состояниях.
Если
,
то происходит излучение кванта, если
,
то происходит поглощение.
Состав атомного ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы называются нуклонами. Число нуклонов в ядре равно массовому числу А, число протонов равно порядковому номеру элемента Z. Следовательно, число нейтронов в ядре N=A-Z.
Дефект массы - разность между суммой масс свободных протонов и нейтронов, составляющих ядро, и массой ядра, в котором нуклоны связаны:
.Энергия связи ядра:
определяется
работой, которую нужно совершить для
того, чтобы расчленить ядро атома на
отдельные нуклоны.Радиоактивность - самопроизвольный распад ядер некоторых атомов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным.
Виды излучения:
-лучи - поток ядер гелия;
-лучи - поток быстрых электронов;
-лучи - электромагнитное излучение очень малой длины волны.
Ядерные реакции - изменения атомных ядер при их взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом.
Ядерные
реакции на протонах. Пример схемы
реакции: 
.
Ядерные реакции на нейтронах:
.
Деление тяжелых ядер возможно благодаря тому, что масса покоя тяжелого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении. Такое ядро является неустойчивым и при поглощении лишнего нейтрона распадается на две части с испусканием двух-трех нейтронов. Если каждый из нейтронов деления взаимодействует с соседними ядрами делящегося вещества и вызывает в них реакцию деления, то происходит лавинообразное нарастание числа делений с выделением большой энергии - цепная реакция
Термоядерные реакции - это реакции слияния легких ядер при очень высокой температуре. Масса покоя синтезированного ядра (обычно это гелий) меньше суммы масс покоя двух ядер тяжелого водорода, на которые можно разделить ядро гелия. При реакции синтеза легких ядер также выделяется большая энергия. Пример:
