Физика

Изотопы – это элементы, вещества, ядра атомов которых имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

1.3.Энергия связи. Дефект массы атомного ядра.

Энергией связи называется та энергия, которую необходимо сообщить ядру атома, чтобы разобщить все нуклоны.

Удельная энергия связи - это энергия, приходящиеся на один нуклон.

Наибольшая удельная энергия у элементов с массовым числом больше или равно

100.

Нуклоны связаны между собой ядерными силами. Энергия необходимая для их полного разобщения называется энергией связи атомного ядра. В соответствии с законом сохранения энергии, энергия нуклонов в ядре меньше энергии разобщенных нуклонов на энергию связи ε . С другой стороны, в соответствии с универсальным законом Эйнштейна:

E = mc 2

Т.к. E = ε , то масса ядра должна быть меньше суммы масс нуклонов на величину m , которая называется дефектом массы.

Энергия связи любого ядра (в джоулях) по его дефекту массы будет:

m= (zm p + ( A − z)mn ) − mя

ε= с2 {[Zm p + ( A − Z )mn ]− mя }

Z – Атомный номер

A – Массовое число

1.4.Виды ядерных реакций

Ядерная реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. При делении атомов с тяжелыми ядрами на атомы с более легкими выделяется энергия.

При синтезе ядер также выделяется энергия.

Выделение энергии происходит как при делении ядер так и при их синтезе, причем выделенная энергия равна разности энергий связи продукта реакции и исходного материала:

ε = E2 − E1

91

Реакция деления.

Возбужденное ядро распадается на две части. Для возбуждения ядра можно использовать ядра гелия, протоны и нейтроны. Наиболее эффективными являются нейтроны, т.к. они электрически нейтральны. Проникнув в ядро нейтрон возбуждает атом и, если энергия достаточна, то ядро распадается на два осколка и выбрасывается 2-3 мгновенных нейтрона с энергетическим спектром 1 эВ – 10 МэВ.

Для того чтобы получить значительные количества выделенной энергии реакция должна развиваться, т.е. быть цепной – при каждом делении должны появляться новые нейтроны, из которых хотя бы один вызывал следующее деление. Развитие ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

K = N n / N n−1

где, N n−1 - число нейтронов на предыдущем, а N n - на последующих этапах деления.

Если K<1 – реакция идти не будет;

K=1 – реакция с постоянной интенсивностью; K>1 – неуправляемая реакция

Масса делящегося вещества, в которой цепная реакция происходит с К=1 называется критической.

Реакция синтеза (термоядерная реакция)

Удельная энергия связи в ядре с увеличением массового числа возрастает, поэтому при соединении легких ядер в более тяжелые должна освобождаться энергия, так как в новом ядре нуклоны связаны сильнее. При малых значениях массового числа (водород и его изотопы) удельная энергия возрастает особенно быстро

Для осуществления такой реакции ядра необходимо сблизить и они должны иметь значительную кинетическую энергию, чтобы преодолеть электрические силы отталкивания между ними. Это возможно при высоких температурах (несколько десятков миллионовКельвинов), когдакинетическая энергия ядер будет порядка 0,01 МэВ.

Действительно средняя кинетическая энергия теплового движения частицы равна Е =

ЗкТ/2 → Т = 2Е/Зк = 2 / 0,01×106 ×1,6 ×10−19 / 31,38 ×10−23 = 77.106 К. Поэтому такая

реакция получила название термоядерной. В Земных условиях такие температуры могут быть созданы пока в течение небольшого промежутка времени, а в недрах Солнца и звездах они существуют. Атомы полностью ионизированы, и вещество находится в плазменном состоянии (отдельно атомы и отдельно электроны). Ядра водорода превращаются в ядра гелия с образованием двух позитронов, двух нейтрино и фотона и освобождением энергии порядка 25 МэВ

Применение ядерной энергии.

Сформировалось два основных направления использования ядерной энергии – развитие ядерной энергетики и применение радиоактивных изотопов. Преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется по схеме.

Теплота, отводимая из активной зоны реактора, передается воде в парогенераторе и превращает ее в пар, который приводит в действие турбину с электрогенератором.

Очень широкое применение получили радиоактивные изотопы в различных областях научной и практической деятельности – автоматизация контроля, стерилизация, нейтрализация статистического электричества.

92

Вопросы для самоконтроля

1.Из каких частиц состоит ядро атома?

2.Что называется энергией связи?

3.Что называется изотопами?

4.Какие виды радиоактивного излучения вам известны?

5.Назвать виды ядерных реакций.

6.В чем заключается дефект масс атомного ядра?

7.Какие существуют методы регистрации радиоактивного излучения?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Грабовский, Р.И. Курс физики. / Р.И. Грабовский. – 6-е изд – СПБ. : Издательство

«Лань», 2002.- 608 с

2.Пронин, В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с

Дополнительная

1.Паршанов А.Н. Введение в квантовую физику: Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 352с. 500 экз.

2.Пронин В.П. Практикум по физике : уч. пособия / В.П. Пронин.- 2-е изд. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

93

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Грабовский, Р.И. Курс физики. / Р.И. Грабовский. 6-е изд. – СПБ. : Издательство Лань,

2002.- 608 с.

2.Пронин, В.П. – краткий курс физики. / В.П. Пронин -С.: СГАУ. 2007 г., 200с.

1.Термодинамика. Учебное пособие / И.П. Чернов, В.В. Ларионов, Ю.И. Порин. – М.:

Высш. школа. - 2007. – 405 с.

2.Теоретическая механика: учебное пособие для студентов ВУЗов/ В.Е. Павлов, Ф.Д. Дороник – М.: Издательский центр Академия, 2009г. – 320 с. 500 экз.

3.Теоретическая механика: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования / С.В. Болотин, А.В. Карапетян и т.д. – М.: Издательский центр Академия, 2010г.- 432с. 500 экз.

4.Механика: учебное пособие для студентов ВУЗов/ В.В.Едунов, А.В.Едунов – М. Издательский центр Академия, 2010г. – 352 с. 1000 экз.

5.Паршанов, А.Н. Введение в квантовую физику./А.Н. Паршанов -Учебное пособие СПБ.: Лань, 2010г.- 352с. 500 экз.

6.Фирганг, Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики./Е.В. Фирганг Учебное пособие 4-е издание. / СПБ.: 2009г.- 352с. 1000 экз.

7.Телесин, Р.В. Молекулярная физика./Р.В Телесин - Учебное пособие 3-е издание -

СПБ.: Лань, 2009г.- 368с. 1000 экз.

8.Рогачев, Н.М. Курс физики. Учебное пособие/Н.М. Рогачев – СПБ.: Лань, 2010г.- 448с. 1000 экз.

9.Матвеев, А.Н. Механика и теория относительности. /А.Н. Матвеев: Учебное пособие-

СПБ.: Лань, 2009г. 500экз.

94

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…….….…………………….…………………………………………………...3 Лекция 1 Механика………………..……………………………………………..……..4

1.1.Предмет физики……………………….………………………………………………4

1.2.Основные математические понятия…………………………………………………4

1.3.Основы теории погрешностей…………………………….………………………….7

1.4. . Кинематика. Основные параметры простейших видов движения……………….8

1.5.Основные динамические характеристики…………………………………………..11 1.6.Основные законы динамики…………………………………………………………12

1.7. Динамика вращательного движения…………...…………………………………..14 1.8.Динамика колебательного движения………...……………………………………..16 Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 2 Гидростатика. Гидродинамика………...………………………………….19

1.1.Основные законы гидростатики…………………………………………………….19

1.2.Основные понятия и законы гидродинамики……………..……………………….19

1.3.Свойства жидкости……………….…..……………………………………………...23

1.4.Жидкость в капиллярах……………..………………………………………………25

Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 3 Основы молекулярно-кинетической теории строения вещества........28 1.1. Основные положения МКТ:………..……………………………………………….28 1.2.ОсновныеуравненияМКТ…………..………………………………………………..29 1.3. Основные процессы и понятия……..……………………………………………....29

1.4.Диффузия…………………..…………………………………………………………33

1.5.Теплопроводность…………..………………………………………………………..33 1.6.Внутреннее трение………………………..………………………………………….33

1.7.Уравнение переноса в общем виде……..…………………………………………...34

Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 4 Термодинамика…………………………………………………………….36

1.1.Понятие числа степеней свободы…….………….……………………………….....36 1.2.Основные понятия термодинамики….………….…………………………………..36 1.3.Основные законы термодинамики………….….……………………………………37

1.4.Работа при термодинамических процессах……..………………………………….38 1.5.Тепловая машина. Цикл Карно………………..…………………………………….40

Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 5 Электростатика………………………………….……………………….....44 1.1.Электрическое поле………………………………………….……………………....44

1.2.Работа электрического поля. Потенциал электрического поля…….………..........46 1.3.Проводники и диэлектрики в электрическом поле…….…………………………..48 1.4.Электрическая емкость. Конденсатор……….……………………………………...48 Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 6Электрический ток………………………………………………………….51

1.1.Понятие электрического тока и условия его существования……………………..51

95

1.2.Параметры электрического тока……………………………………………………51

1.3.Основные законы…………………………………………………………………….52

1.4.Электрический ток в электролитах…………………………………………………54

1.5.Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковые приборы…………55

1.6.Электрический ток в газах…………………………………………………………...58 1.7. Термоэлектронная эмиссия. Электровакуумные приборы……...………………..58 Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 7 Магнетизм и электромагнетизм……….…………………………………62

1.1.Параметры магнитного поля……………..………………………………………….62

1.2.Основные формулы и законы…………………………………………….…………62

1.3.Действие магнитного поля на проводник с током……………...…………………64

1.4Виды магнетиков. Гистерезис………………………………….……………………64

1.5Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея……………..……………..65 1.6..Получение переменного тока………………………………….……………………66

1.7.Явление взаимной индукции и самоиндукции………….… ……….. ………………… 66

1.8. RLC – цепь…………………………..……………………………………………….68

1.9.Резонанс в цепи переменного тока…………...……………………………………..71 1.10.Колебательный контур…………….……………………………………………….72

1.11.Электромагнитные волны……………………….…………………………………73

Вопросы для самоконтроля Список литературы

Лекция 8 Оптика…………………………...…………………………………………...76 1.1. Природа света………………………………………………………………………..76

1.2.Геометрическая оптика……...……………………………………………………….76 1.3.Элементы волновой оптики………………………………………………………….78

1.4.Фотоэффект и законы внешнего фотоэффекта………...…………………………..83 1.5.Люминесценция………………………………………………………………………84

1.6.Световое давление……………………………………………………………………86

1.7. Излучение и поглощение света веществом….…………………………………….86 1.8.Законы излучения абсолютно черного тела………………………………………..87

Лекция 9 Основы ядерной физики………………….………………………………..89 1.1.Строение ядра атома…………………………………………………………………89

1.2.Видырадиоактивногоизлучения………..…………….……………………………………90

1.3.Энергия связи. Дефект массы атомного ядра…………...………………………….91

1.4.Виды ядерных реакций……………….……………….……………………………..91

Библиографический список………………………………………………….

Содержание…………………………………………………………………….

96