Планетарная модель строения атома(резерфорд)

атом сравнивается с планетой. В данном случае планету представляет из себя ядро атома. А вокруг ядра на довольно большом расстоянии вращаются электроны, как и вокруг планеты вращаются спутники. Только скорость вращения электронов в сотни тысяч раз превосходит скорость вращения самого быстрого спутника. Поэтому при своем вращении электрон создает как бы облако над поверхностью ядра. И существующие заряды электронов отталкивают такие же заряды, образованные другими электронами вокруг других ядер. Поэтому атомы не «слипаются», а располагаются на некотором расстоянии друг от друга.

И когда мы говорим о столкновении частиц, имеется в виду, что они подходят друг к другу на достаточно большое расстояние и отталкиваются полями своих зарядов. Непосредственного контакта не происходит. Частицы в веществе вообще расположены очень далеко друг от друга. Если бы каким-либо способом удалось схлопнуть вместе частицы какого-либо тела, оно бы уменьшилось в миллиарды раз. Земля стала бы меньше яблока размером. Так что основной объем любого вещества, как ни странно это звучит, занимает пустота, в которой расположены заряженные частицы, удерживающиеся на расстоянии электронными силами взаимодействия.

Первая попытка построить качественно новую - квантовую - теорию атома была предпринята в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором (1885--1962). Он поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ящерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил два постулата.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантованные значения момента импульса, 

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационар ной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией

Согласно квантовой теории строения атома, все электроны в атоме движутся по энергетическим уровням или орбитам. Эти уровни состоят из подуровней. В свою очередь подуровни состоят из атомных орбиталей. Такое строение легко себе представить, если предположить, что электронная оболочка атома – это дом, который стоит на ядре. Дом состоит из многих этажей – уровней. Каждый уровень имеет подуровни – это квартиры. В квартирах есть атомные орбитали, т.е. комнаты. Мы может определить не конкретное местонахождение электрона на орбиталях, а определить вероятность его нахождения на атомных орбиталях.

Электронные орбиты в модели Бора обозначаются целыми числами:1, 2, 3, 4,…  и так до n, или латинскими буквами по алфавиту, начиная с буквы K, L, M, N, O P, Q. Начиная от ближайшего к ядру уровня. В дальнейшем мы будем называть такие орбиты - уровни.

Уровни в свою очередь состоят из подуровней. Число подуровней на каждом уровне равно номеру уровня. Подуровни имеют названия.

1ый подуровень каждого уровня называется S,

2-ой подуровень каждого уровня называется P,

3-ий подуровень каждого уровня называется d,

4-ий подуровень каждого уровня называется f

Орбитали существуют разной формы.

s- орбиталь сферической формы, p-орбиталь имеет форму объёмной восьмерки.d и f –орбитали еще более сложной формы.

Электронный уровень (n) Сколько может разместиться электронов на данном уровне 2n²

1 2

2 8

3 18

4 32

Билет7

• Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой. Пусть материальная точка одновременно участву­ет в двух колебаниях, происходящих вдоль одной линии. Анали­тически такие колебания выражаются следующими уравнениями:

Допустим, что частоты скла­дываемых колебаний одинаковы тогда результи­рующее смещение точки

Выполним такое сложение с по­мощью векторной диаграммы. Изо­бразим положение векторов и в начальный момент времени (рис. 5.9), углы между этими век­торами и осью ОХ равны начальным фазам слагаемых колебаний j₀₁ и j₀₂. Вектор — амплитуда результирующего колебания. Так как и вращаются содинаковой угловой скоростью, то и сумма их — вектор — будет вращаться с той же угловой скоро­стью, т. е. результирующее движение является гармоническим с круговой частотой

(5.29)

Выразим амплитуду А этого колебания и начальную фазу j₁ через заданные значения Применяя теорему косинусов к треугольнику, заштрихованному на рис. 5.9, получаем

Так как –cos b = -cos [p - (j₀₂ - j₀₁)] = cos (j₀₂ - j₀₁), то

 (5.30)

Как видно из рис. 5.9, tg j равен отношению проекции на ось OY к проекции на ось ОХ, т. е. А_у /А_х. Учитывая, что проек­ция суммы равна сумме проекций, имеем

 (5.31)

Таким образом, поставленная задача решена: по формулам (5.30) и (5.31) можно найти амплитуду и начальную фазу резуль­тирующего колебания. Из выражения (5.30) вытекают следую­щие частные случаи: и тогдат. е. амплитуда результирующего колебания равна сумме ампли­туд слагаемых колебаний, если разность начальных фаз равна четному числу p (рис. 5.10, а);

тогда

т. е. амплитуда результирующего колебания равна разности амп­литуд слагаемых колебаний, если разность начальных фаз равна нечетному числу p (рис. 5.10, б).В частности, при A₁ = A₂ имеем А = О, т. е. колебания нет (рис. 5.10, в). Это достаточно очевидно: если материальная точка участвует одновременно в двух колеба­ниях, имеющих одинаковую амплитуду и совершающихся в противофазе, то точка неподвижна. Если частоты складываемых ко­лебаний не одинаковы, то сложное колебание уже не будет гармо­ническим.

• БИЕНИЯ - периодич. изменения во времени амплитуды колебания, возникающего при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами. Б. появляются вследствие того, что величина разности фаз между двумя колебаниями с разл. частотами всё время изменяется так, что оба колебания оказываются в какой-то момент времени в фазе, через нек-рое время в противофазе, затем снова в фазе и т. д. Соответственно амплитуда результирующего колебания периодически достигает то максимума, равного сумме амплитуд складываемых колебаний, то минимума, равного разности этих амплитуд (рис.). Напр., Б. возникают при звучании двух камертонов с близкими частотами - звук поочерёдно усиливается и ослабевает, при сложении нормальных колебаний с близкими частотами в связанных линейных осцилляторах.

Биения, возникающие в результате сложения двух гармонических колебаний с одинаковыми амплитудами и близкими частотами.

При сложении двух бегущих в одном направлении волн с близкими частотами и волновыми числами Б. возникают не только во времени, но и в пространстве. Складывая, напр., волны с равными амплитудами

получаем результирующую волну

с частотой и волновым числом , к-рые близки к частоте и волновому числу любой из компонент. Амплитуда волны модулирована в пространстве и времени медленно меняющейся огибающей с частотой и волновым числом. Частота Б. равна разности частот складываемых компонент .

При сложении двух волн с равными частотами и разными, но близкими по направлению волновыми векторами Б. возникают только в пространстве в результате интерференции волн (т. н. муар). Именно такую структуру имеют волны в френелевской зоне излучателей, а также волны в разл. волноводных системах.

Колебания в виде суперпозиции колебаний (или волн) с близкими частотами могут возникать в нелинейных системах. Так, если на нелинейное устройство, напр. квадратичный детектор, подать сумму двух колебаний, получим:

Последнее слагаемое - колебание с разностной частотой - наз. разностным тоном или тоном Б. Режимом Б. наз. также режим модуляции результирующего колебания разностной частоты, возникающий при действии на нелинейный осциллятор внеш. колебания с близкой частотой.

Измерение тона Б. лежит в основе точных измерений малых разностей двух близких частот, в частности сравнения нек-рой измеряемой частоты с эталонной.

• Ж.. Фурье показал, что периодическая функция любой сложнос­ти может быть представлена в виде суммы гармонических функций, частоты которых кратны частоте сложной периодической функции.

Такое разложение периодической функции на гармонические составляющие и, следовательно, разложение различных периоди­ческих процессов (механические, электрические и т. п.) на гармо­нические колебания называется гармоническим анализом. Су­ществуют математические выражения, которые позволяют найти составляющие гармонические функции. Автоматически гармони­ческий анализ колебаний, в том числе и для целей медицины, осуществляется специальными приборами — анализаторами.

Совокупность гармонических колебаний, на которые разложе­но сложное колебание, называется гармоническим спектром сложного колебания.

Гармонический спектр удобно представить как набор частот (или круговых частот) отдельных гармоник совместно с соответст­вующими им амплитудами. Наиболее наглядно такое представле­ние выполняется графически. В качестве примера на рис. 5.16, а изображены графики сложного колебания (кривая 4) и составляю­щих его гармонических колебаний (кривые /, 2 и 3); на рис. 5.16, б показан гармонический спектр, соответствующий этому примеру.

Гармонический анализ позволяет достаточно детально описать и проанализировать любой сложный колебательный процесс, он находит применение в акустике, радиотехнике, электронике и других областях науки и техники.

• Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.Пусть материальная точка одновременно участвует в двух колебаниях: одно направлено вдоль оси ОХ, другое — вдоль оси OY. Колебания заданы следующими уравнениями:

 (5.34)

Допустим, что частоты колебаний одинаковы, т. е.тогда

 (5.35)

Уравнения (5.35) задают траекторию движения материальной точки в параметрической форме. Если в эти уравнения подставлять разные значения t, то можно определить координаты х и у, а сово­купность координат и есть траектория. Более наглядно траекторию можно представить в виде зависимости у = f(x), для получения ко­торой следует исключить время из уравнений (5.35).Произведя ма­тематические преобразования, получим уравнение эллипса:

 (5.36)

Таким образом, при одновременном участии в двух взаим­но перпендикулярных гармонических колебаниях одинаковой частоты материальная точка движется по эллиптической траектории (рис. 5.12).

Из выражения (5.36)вытекают некоторые частные случаи:

Это каноническая форма уравнения эллипса, соответствующая симметричному расположению его относительно осей координат (рис. 5.13, а).Из (5.37) при А₁ = А₂ = R (рис. 5.13, б) получаем уравнение окружности радиусом R:

 (5.38)

тогда

 (5.39)

и после преобразований

 (5.40)

Билет18

Гидродинамика — это раздел гидравлики, изучающий законы механического движения жидкости и ее взаимодействия с неподвижными и подвижными поверхностями. Основная задача гидродинамики: определение гидродинамических характеристик потока, таких как гидродинамическое давление, скорость движения жидкости, сопротивление движению жидкости, а также изучение их взаимосвязи.

Стационарное течение жидкости - это такое течение, при котором скорость жидкости в каждой данной точке остается постоянной как по величине, так и по направлению. Для стационарного течения форма и расположение линий тока со временем не изменяются. 

Условие неразрывности струи: при стационарном течении несжимаемой жидкости через любые сечения трубки тока каждую секунду протекают одинаковые объемы жидкости, равные произведению площади сечения на среднюю скорость движения ее частиц.

Уравнение (7.1) выражает условие неразрывности струи. Оно устанавливает соотношение между скоростями течения жидкости в различных сечениях трубки тока:

Рассмотрим стационарное течение идеальной жидкости. Выделим в стационарно текущей идеальной жидкости трубку тока малого сечения. Рассмотрим объём жидкости V, ограниченный стенками трубки токаи и перпендикулярными к линиям тока сечениями S1 и S2. За время Δt этот объём переместится. В силу непрерывности струи:

ΔV1 = ΔV2 = ΔV

Энергия каждой частицы жидкости складывается из её кинетической и потенциальной энергии. Вследствие стационарности течения приращение энергии ΔЕ всего рассматриваемого объёма V можно вычислить как разность энергий заштрихованных объёмов  ΔV1  и ΔV2.

где ρ — плотность жидкости.

В идеальной жидкости приращение энергии должно равняться работе, совершаемой над выделенным объёмом силами давления:

ΔЕ = А                                                           (1)

А = P1S1Δl1 — P2S2Δl2 = (P1 — P2)ΔV.

Подставляя в (1) и сократив ΔV, получим:

 

Поскольку сечения S1 и S2  произвольные, то это справедливо в любом сечении трубки тока. В стационарно текущей идеальной жидкости вдоль любой линии тока выполняется условие:                          

–уравнение Бернулли.

Для горизонтальной линии тока уравнение Бернулли примет вид:

                           ,

т.е. давление оказывается меньшим в тех точках, где скорость больше.

При движении реальной жидкости между ее слоями возникают силы внутреннего трения, или силы вязкости. Со стороны слоя, движущегося более быстро, за счет сил межмолекулярного сцепления действует ускоряющая сила, а со стороны слоя, движущегося более медленно, на более быстрый слой действует замедляющая сила. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев и называются силами внутреннего трения. В газах возникновение сил внутреннего трения обусловлено в основном переходом молекул между движущимися слоями. Пусть два слоя жидкости, которые находятся на расстоянии ∆z друг от друга, движутся со скоростями ОбозначимОтношение характеризует, как быстро изменяется скорость от слоя к слою в направлении, перпендикулярном скорости движения слоев, и называется градиентом скорости. Как показал Ньютон, сила внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости и площади соприкасающихся слоев текущей жидкости

F= ηS где η — коэффициент динамической вязкости.

Течение жидкости называется ламинарным (слоистым), если выделенный вдоль потока слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними. Ламинарное течение стационарно. Течение жидкости называется турбулентным (вихревым), если в потоке происходит перемешивание частиц жидкости. Турбулентное течение нестационарно.

Английский физик Осборн Рейнольдс (1842—1912), исследуя характер течения жидкостей по трубам, установил, что переход от ламинарного течения к турбулентному определяется безразмерным числом, которое получило название числа Рейнольдса:

Re =

где ρ — плотность жидкости, υ — средняя скорость потока по сечению трубы, η

— коэффициент динамической вязкости, l — характерный размер сечения потока

(пр Соотношение (8.12) было установлено французским физиком и физиологом

Жаном Пуазейлем (1799—1869) и получило название формулы Пуазейля. и течении в длинных цилиндрических трубах l равно диаметру).

V =(p2-p1)t

Потери энергии (уменьшение гидравлического напора) можно наблюдать в движущейся жидкости не только на сравнительно длинных участках, но и на коротких. В одних случаях потери напора распределяются (иногда равномерно) по длине трубопровода - это линейные потери; в других - они сосредоточены на очень коротких участках, длиной которых можно пренебречь, - на так называемых местных гидравлических сопротивлениях: вентили, всевозможные закругления, сужения, расширения и т.д., короче всюду, где поток претерпевает деформацию. Источником потерь во всех случаях является вязкость жидкости.

Следует заметить, что потери напора и по длине и в местных гидравлических сопротивлениях существенным образом зависят от так называемого режима движения жидкости.

Билет33

Рентгеновские лучи - электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную областьмежду гамма- и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн 10-3 – 100 нм (от 10-12 до 10-5см).

Энергетический диапазон от 100 эВ до 0,1 МэВ. Рентгеновские лучи с длиной волны l <0,2 нм условноназываются жёсткими, с l >0,2 нм — мягкими рентгеновскими лучами.

Рентгеновская трубка — электровакуумный прибор, предназначенный для получения рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение   возникает   при   торможении ускоренных электронов на экране антикатода (анода), изготовленного из тяжелого металла (например, вольфрама). Получение электронов, их ускорение и торможение осуществляется в самой рентгеновской трубке, представляющей вакуумированный стеклянный баллон, в который впаяны металлические электроды: катод (см.) — для получения электронов и анод (см.) — для их торможения (рис. 1). Для ускорения электронов к электродам подводится высокое напряжение.

Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходахэлектронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр).

Тормозное рентгеновское излучение.

Тормозное рентгеновское излучение (рентгеновские лучи) с непрерывным энергетическим спектром - коротковолновое электромагнитное (фотонное) излучение. Диапазон частот, 3⋅1016÷3⋅1019 Гц, диапазон длин волн 10-8 ÷10-12, м. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии)быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов.

Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен,максимальная энергия равна начальной энергии частицы.

Билет25

Электрический ток называется переменным, если он в течение времени меняет свое направление и непрерывно изменяется по величине.

Переменный ток, который используется для подключения бытовых или производственных электрических приборов, изменяется по синусоидальному закону:

i = I_msin(2πft)

• i – мгновенное значение тока

• Im – амплитудное или наибольшее значение тока

• f – значение частоты переменного тока

• t – время

Обычно цепь переменного тока включает в себя и активное сопротивление, и емкость, и индуктивность. Полное сопротивление (Z) - это векторная сумма всех сопротивлений: активного, емкостного и индуктивного.   - полное сопротивление цепи. Здесь: R - активное сопротивление. Xc - емкостное сопротивление. XL - индуктивное сопротивление. I - полное сопротивление определяет силу тока в цепи по закону Ома.

При резонансе напряжений (рис. 196, а) индуктивное сопротивление X_Lравно емкостному Х_с и полное сопротивление Z становится равным активному сопротивлению R:

z = √r² + (x_L - x_С)² = r

В этом случае напряжения на индуктивности U_L и емкости U_c равны и находятся в противофазе (рис. 196,б), поэтому при сложении они компенсируют друг друга. Если активное сопротивление цепи R невелико, ток в цепи резко возрастает, так как реактивное сопротивление цепи X = X_L—X_с становится равным нулю. При этом ток I совпадает по фазе с напряжением U и I=U/R. Резкое возрастание тока в цепи при резонансе напряжений вызывает такое же возрастание напряжений U_L и U_c, причем их значения могут во много раз превышать напряжение U источника, питающего цепь.

Если плавно изменять угловую частоту ? источника, то полное сопротивление Z сначала начинает уменьшаться, достигает наименьшего значения при резонансе напряжений (при ?_o), а затем увеличивается (рис. 197, а). В соответствии с этим ток I в цепи сначала возрастает, достигает наибольшего значения при резонансе, а затем уменьшается.

Ткани организма проводят не только постоянный, но и пе ременный ток. В организме нет таких систем, которые бы ли бы подобны катушкам индуктивности, поэтому индук тивность его близка к нулю.

Биологические мембраны (и, следовательно, весь ор ганизм) обладают емкостными свойствами, в связи с эт им полное сопротивление тканей организма определя ется только омическим и емкостным сопротивлениями Наличие в биологических системах емкостных элемен тов подтверждается тем, что сила тока опережает п фазе приложенное напряжение. Частотная зависимост импеданса позволяет оценить жизнеспособность тка ней организма, это важно знать для пересадки (транс плантации) тканей и органов. Импеданс тканей и орга нов зависит также и от их физиологического состояния Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяет ся в зависимости от состояния сердечно-сосудисто деятельности.

Диагностический метод, основанный на регистраци применения импеданса тканей в процессе сердечно деятельности, называют реографией (импеданс-пле тизмографией). С помощью этого метода получают рео граммы головного мозга (реоэнцефалограммы), сердц (реокардиограммы), магистральных сосудов, легких печени и конечностей. Измерения обычно проводят н частоте 30 кГц. Электрический импульс и импульсный ток Электрическим импульсом называется кратковремен ное изменение электрического напряжения или силы тока. В технике импульсы подразделяются на две боль шие группы: видео– и радиоимпульсы.

Видеоимпульсы – это такие электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля. Таким образом, видеоимпульс имеет преимущественно одну полярность. По форме видеоимпульсы бывают прямоугольными, пилообразными, трапецеидальными, экспоненциальными, колоколообразными и др.

Радиоимпульсы – это модулированные электромагнитные колебания.