68.М.Фарадей и его вклад в физику.

Открытие электромагнитной индукции

-Исследования в области электромагнетизма и индукционного электричества, составляющие наиболее ценный алмаз в венце славы Фарадея, поглотили большую часть его жизни и его сил. По своему обыкновению Фарадей начал ряд опытов, долженствовавших выяснить суть дела. На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки; концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой -- с чувствительным гальванометром. Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение.

-Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных индукцией, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе. Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке. Благодаря этому во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), -- индукция, и новый вид этой энергии -- индукционное электричество.

-Эти открытия повлекли за собой новые. Если можно вызвать индуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не получится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа?

-Он проводит опыт такого рода: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая -- вокруг другой. Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и когда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи -- на этот раз уже под влиянием магнетизма. Таким образом, здесь впервые магнетизм был превращен в электричество.

-Фарадей также заметил, что действие магнита проявляется и на некотором расстоянии от него. Это явление он назвал магнитным полем.

69.Ядро атома.Размеры атома и ядра.

Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса, и структура которого определяет химический элемент, к которому относится атом. Размеры ядер различных атомов составляют от одного фемтометра, что в более чем в 100 тысяч раз меньше размеров самого атома. Масса ядер примерно в 4000 раз больше массы входящих в атом электронов и сильно зависит от количества входящих в него частиц и энергии их связи[источник не указан 208 дней].

Атомные ядра изучает ядерная физика.

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным [сн 1] и связанным с ним магнитным моментом.

Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом.

Размеры атомов лежат в диапазоне от 10 в -10 до 10 в -8 метра, а размеры ядра — в пределах нескольких единиц Ферми [от (1...10)10 в -15 метра]. Если говорить об объёме атома, то мы имеем величину порядка 10 в -30 ...10 в -24 кубических метров, а объём ядра — 10 в -48 ...10 в -45 кубических метров.

Для ядер, расположенных вблизи долины стабильности, были установлены следующие закономерности.

Плотность ядерной материи в центре ядра приблизительно одинакова у всех ядер и составляет ~ 0.17 нукл./Фм3 (см. рис.3).

Толщина поверхностного слоя (спад плотности от 0.90р до 0.10р) у всех ядер примерно одинакова d = 4.4a = 2.4·Фм.

Величина радиуса ядра определяется числом нуклонов, R = 1.3A1/3 Фм.

Таким образом, мы видим, что атомные ядра вблизи долины стабильности представляют собой довольно компактные объекты. Их радиусы меняются от 2-3 Фм у самых легких ядер до 9-10 Фм у самых тяжелых. Для ядер, удаленных от долины стабильности, ситуация иная.

70.Волновые свойства света (см.46 вопрос)

71.Закон сохранения импульса.Примеры. (см 6 вопрос (а)

72.Явление внешнего фотоэффекта.Вольтамперная характеристика.Законы фотоэффекта

Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

Явление выравнивания электронов из вещества под действием света называют фотоэффектом, а вырванные такимобразом электроны называют фотоэлектронами.

Фотоэффект называется внешним, если вырванные электроны покидают вещество. Наблюдается у металлов.Фотоэффект называется внутренним, если вырванные из атомов электроны остаются в веществе в качестве свободных электронов. Наблюдается у полупроводников и некоторых диэлектриков.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник(многополюсник имеющий две точки подключения) от напряжения на этом двухполюснике. Вольт-амперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности : бетта = U / I · d I / d U ) , поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса.

Характерные примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, тиристор, стабилитрон.

Диод - двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Тиристор - полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости (тиристор заперт) и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства.

Стабилитрон - полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.

Законы фотоэффектра и крассная граница.

Опытным путем установлены три закона внешнего фотоэффекта:

1) фототок насыщения (число фотоэлектронов, вырываемых из катода за 1 с) прямо пропорциональна интенсивности света при постоянной частоте.

2) максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности;

3) для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. наибольшая длина при которой еще возможен внешний фотоэффект. Красной эта граница названа потому, что при (λ > λкр)., т.е. при «более красном» свете,фотоэффект не происходит.Формула Красной границы (см.вопрос 13 на листочке).

73.Принцип Паули и таблица элементов Менделеева.

Принцип Паули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.

Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.

В статистической физике принцип Паули иногда формулируется в терминах чисел заполнения: в системе одинаковых частиц, описываемых антисимметричной волновой функцией, числа заполнения могут принимать лишь два значения Np = 0,1

Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. Количество электронов в отдельном атоме равно количеству протонов. Так как электроны являются фермионами (элементарные частицы, из которых складывается вещество), принцип Паули запрещает им принимать одинаковые квантовые состояния. В итоге, все электроны не могут быть в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией (для невозбуждённого атома), а заполняют последовательно квантовые состояния с наименьшей суммарной энергией (при этом не стоит забывать, что электроны неразличимы, и нельзя сказать, в каком именно квантовом состоянии находится данный электрон). Примером может служить невозбуждённый атом лития (Li), у которого два электрона находятся на 1S орбитали (самой низкой по энергии), при этом у них отличаются собственные моменты импульса и третий электрон не может занимать 1S орбиталь, так как будет нарушен запрет Паули. Поэтому, третий электрон занимает 2S орбиталь (следующая, низшая по энергии, орбиталь после 1S).

Дмитрий Иванович Менделеев любил рассказывать, что идея периодической системы пришла ему во сне. Как и многие химики середины XIX века, он пытался как-то систематизировать огромное количество открываемых химических элементов. Менделеев тогда работал над книгой «Основы химии», и ему все время казалось, что для веществ, которые он описывал, непременно должен существовать какой-то способ упорядочивания, который сделает их больше чем просто случайным набором элементов. Именно такой способ упорядочивания, такой закон он и увидел во сне.

В своей таблице (сегодня мы ее называем периодической таблицей, или системой, элементов) Менделеев расположил химические элементы по рядам в порядке возрастания их массы, подобрав длину рядов таким образом, чтобы химические элементы в одной колонке имели похожие химические свойства. Так, например, правая крайняя колонка таблицы содержит гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Это благородные газы* — вещества, которые неохотно реагируют с другими элементами и проявляют низкую химическую активность. В противоположность этому, элементы самой левой колонки — литий, натрий, калий и др. — реагируют с другими веществами бурно, процесс носит взрывной характер. Аналогичные утверждения можно сделать и о химических свойствах элементов в других колонках таблицы — внутри колонки эти свойства подобны, но варьируются при переходе от одной колонки к другой.