Тема 11. Атомные ядра и ядерные явления

11.1. Атомное ядро. Строение атомного ядра

Атомное ядро – центральная массивная часть атома. Оно состоит из нуклонов – протонов и нейтронов. Ядро заряжено положительно. Заряд ядра , где – количество протонов в ядре. Точное положение нуклона в ядре в конкретный момент времени установить невозможно. Они как бы размазаны в области ядра.

11.2. Ядерные реакции

Ядерные реакции – процессы, идущие при столкно­вении ядер между собой и с элементарными частицами, приводящие к изменению состояния и состава исходных ядер, рождению новых частиц. Они происходят на расстояниях ~ 10^-10 см между частицами и служат основным методом изучения сильного и слабого взаимодействий, структуры ядра, получения новых изотопов и элементов. Ядра, преодолев электростатическое отталкивание, сближаются на расстояние действия ядерных сил притяжения и объединяются (при синтезе) или перераспределяются (при делении) в новые ядра, в которых нуклоны более прочно связаны. При очень высоких температурах (10⁷ – 10⁸ К) происходят термоядерные реакции. Термоядерный синтез – слияние легких атомных ядер при высоких температурах с вы­делением энергии.

11.3. Радиоактивность

Радиоактивность – свойство атомных ядер самопроизвольно испускать частицы или части ядра. Радиоактивный распад происходит, если он энергетически выгоден, то есть если масса исходного ядра больше суммарной массы продуктов распада. Большинство радиоактивных ядер получено искусственно в результате ядерных реак­ций.

Тема 12. Классическая электродинамика

12.1. Классическая электродинамика как наука

Классическая электродинамика – область физики, в которой изучаются классические (неквантовые) свойства ЭМП, движение и взаимодействие электрических зарядов и магнитов посредством ЭМП. Это одна из наиболее развитых областей физики. В ней свойства пространства-времени считаются не завися­щими от ЭМП и движений заряженного вещества. Исходные понятия электродинамики: заряды частиц и токи, связанные с их движением; ЭМП; силы, действующие на частицы.

12.2. Электромагнитное поле

Макроскопическое ЭМП рассматривается как непрерывное силовое поле, обладающее распределённой энергией, массой, импульсом, момен­том импульса. ЭМП – физическое поле, взаимодей­ствующее с частицами, имеющими электрический заряд, собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты.

12.3. Источники электрического и магнитного полей

Разделение ЭМП на электрическое и магнитное зависит от выбора системы отсчёта. Источники электрического поля: электрические заряды и переменные магнитные поля. Источники магнитного поля: электрические токи и переменные электрические поля.

12.4. Характеристики состояния ЭМП

Состояние ЭМП характеризуется двумя основными векторами: напря­жённостью электрического поля и магнитной индукцией , зависящими от координат и времени. Их основные единицы измерения в СИ соответственно 1 В/м и 1 Тл. С ними связаны вспомогательные характеристики ЭМП: электрическая индукция и напряжён­ность магнитного поля .

12.5. Характеристики электромагнитных свойств вещества

Электромагнитные свойст­ва вещества задаются тремя величинами: диэлектрической про­ницаемостью , магнитной проницаемостью и удельной элект­ропроводностью , которые должны быть определены экспериментально.

12.6. Электрический заряд и его свойства

Электрический заряд – внутренняя характеристика элементарных частиц, определяющая их электромагнитное взаимодействие. Свойства:

1) существование двух видов зарядов, условно названных «положительный» и «отрицательный». Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются;

2) закон Кулона: модуль силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов равен ;

3) квантова­ние (дискретность) заряда: заряд любого тела кратен элементарному Кл. Пример: заряд протона равен ; заряд электрона – ;

4) закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически замкнутой системы сохраняется при любых взаимодействиях внутри системы.