Экзаменационный билет №25

1. Элементарные частицы. Виды фундаментальных взаимодействий. называются мельчайшие наблюдаемые частицы материи, которые не являются атомами или атомными ядрами, т.е. объектами заведомо составной природы (исключение составляет протон — ядро атома водорода). Элементарные частицы ведут себя как единое целое и обладают способностью к рождению, взаимопревращению и уничтожению (испусканию и поглощению) при взаимодействии с другими частицами. В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие — это взаимодействие с интенсивностью значительно большей, чем у других типов взаимодействий.

Слабое взаимодействие весьма мало по сравнению с сильным и электромагнитным взаимодействиями. Оно присуще всем частицам, кроме фотонов, и обусловливает нестабильность многих элементарных частиц, таких как нейтрон, мюон, л-мезоны и т.д. Несмотря на малую величину и короткодействие, слабое взаимодействие играет важнейшую роль в природе. Гравитационное взаимодействие —самое слабое среди фундаментальных взаимодействий, характеризующееся участием гравитационного поля (поля тяготения) в процессах взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие осуществляется через электромагнитное поле. Оно значительно слабее сильного взаимодействия. Однако из-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются доминирующими. В процессах электромагнитного взаимодействия непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны.

2. Энергия заряженного проводника, конденсатора. Энергия заряженного уединенного проводника равна той работе, которую необходимо совершить, чтобы зарядить этот проводник, т.е. Определим энергию заряженного конденсатора. Если q - заряд конденсатора, а Δφ = (φ₁ - φ₂) - разность потенциалов между его обкладками, то для переноса малого заряда dq с одной обкладки на другую внешние силы должны совершить работу. Плотность энергии электрического поля. Это физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии поля, заключенной в элементе объема, к этому объему. Для однородного поля объемная плотность энергии равна   . Для плоского конденсатора, объем которого Sd, где S - площадь пластин, d - расстояние между пластинами, имеем:

 С учетом, что   и   :

 или   .

Экзаменационный билет №26

1. Строение ядра. Ядро состоит из нуклонов: протонов и нейтронов.

Г. Мозли (Англия) установил, что положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен числу протонов. Энергия связи. Дефект массы. Дефект масс - величина, на которую уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра. Дефект масс равен разности между суммой масс покоя нуклонов и массой ядра М_я: ∆М=[Zm_p + (A-Z)m_n] - М_я, где m_p, m_n - массы протона и нейтрона, соответственно.

Энергия связи – минимальная энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны или энергия, выделяющаяся при слиянии свободных нуклонов в ядро. Расчетная формула энергии связи:

Е _св=∆mc²= [Zm_p+(A-Z)m_n- М_я ]c² , где с=3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

2. Энергия магнитного поля катушки с током. Работа магнитного поля идет на превращение механической энергии движения частиц в электрическую энергию тока. Энергию магнитного поля катушки можно определить по формуле: Эта формула достаточно просто запоминается, если произвести аналогию с механикой. В данном случае характеристикой рассматриваемого объекта является индуктивность, аналогичная массе. А скорость тела в механике аналогична силе тока.

Плотность энергии магнитного поля — энергия единицы объема пространства, занятого полем:

w=W/V,

где W — энергия магнитного поля, занимающего объем V.

В Международной системе единиц плотность энергии магнитного поля измеряется в джоулях, деленных на кубический метр (1 Дж/м³).

Плотность энергии магнитного поля в соленоиде (катушке) также определяется отношением

w=W/V,

где W — энергия магнитного поля в соленоиде, W = LI ²/2; L — индуктивность соленоида; I — сила тока в обмотке соленоида; V — объем внутреннего пространства соленоида, V = Sl; S — площадь поперечного сечения соленоида; l — длина соленоида.

Энергия электромагнитных волн. Как показывает опыт, электромагнитные волны могут производить различные действия: нагревание тел при поглощении света, вырывание электронов с поверхности металла под действием света (фотоэффект). Это свидетельствует о том, что электромагнитные волны переносят энергию. Эта энергия заключена в распространяющихся в пространстве электрическом и магнитном полях.

В курсе электричества и магнетизма было показано, что объемная плотность энергии электрического поля равна

Вектор Пойтинга.

43