Инфракрасное излучение(включает в себя ультрафиолет)

Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 210-6м= 2мкм до 10-8м=10нм (по частоте от1.51014гц до 31016гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета

• Световое излучение;

• Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов.

• Гамма излучение.

Гамма излучение является следствием явлений, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате ядерных реакций. Граница между рентгеновским и гамма излучением определяются условно по величине кванта энергии , соответствующего данной частоте излучения.

52. Спектр. Спектральные приборы. Виды спектров. Спектральный анализ и его применение.

Спектр – это разложение света на составные части, лучи разных цветов.

Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой.

Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот (или то же самое, что энергий квантов) электромагнитного излучения.

Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения называют спектральным анализом.

Виды спектров:

• Непрерывные спектры. Солнечный спектр или спектр дугового фонаря является непрерывным. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу.

Характер непрерывного спектра зависит от взаимодействия атомов друг с другом.

• Линейчатые спектры. Это частокол цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами.

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный, основной тип спектров.

• Полосатые спектры. Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом.

• Спектры поглощения. Все вещества, атомы которых находятся в возбужденном состоянии, излучают световые волны, энергия которых определенным образом распределена по длинам волн. Поглощение света веществом также зависит от длины волны. Так, красное стекло пропускает волны, соответствующие красному свету, и поглощает все остальные.

Непрерывные спектры - дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. (К ним относятся солнечный спектр или спектр дугового фонаря).

Линейчатые спектры - дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. (Обычно для наблюдения этих спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом).

Полосатые спектры - состоят из отдельных полос разделенных темными промежутками. Создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом. (Для наблюдения используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда).

Спектры поглощения - образуют в совокупности темные линии (линии поглощения) на фоне непрерывного спектра. Поглощение света веществом зависит от длины волны.

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.

В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральный анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения.

Применение:

Спектральный анализ — чувствительный метод и широко применяется в аналитической химии, астрофизике, металлургии, машиностроении, геологической разведке и других отраслях науки.

В теории обработки сигналов, спектральный анализ также означает анализ распределения энергии сигнала (например, звукового) по частотам, волновым числам и т. п.

53. Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Полная энергия. Энергия покоя. Релятивистский импульс.

Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света.

Система отсчёта представляет собой некоторое материальное тело, выбираемое в качестве начала этой системы, способ определения положения объектов относительно начала системы отсчёта и способ измерения времени.

Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это такая система, относительно которой объект, не подверженный внешним воздействиям, движется равномерно и прямолинейно. Постулируется, что любая система отсчёта, движущаяся относительно данной инерциальной системы равномерно и прямолинейно, также является ИСО.

1постулат Эйнштейна или принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета.

Все физические, химические, биологические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково.

2 постулат или принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме постоянна и одинакова по отношении» к любым инерциальным системам отсчета.

Скорость света не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости его приемника. Ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Более того, пи одна частица вещества, т.е. частица с массой покоя, отличной от нуля, не может достичь скорости света в вакууме, с такой скоростью могут двигаться лишь полевые частицы, т.е. частицы с массой покоя, равной нулю.

Энергия покоя - энергия тела (или частицы) в системе отсчета, относительно которой тело покоится.

Энергия покоя численно равна произведению массы покоя тела - m_o на квадрат скорости света в вакууме- с².

Полная энергия физического тела - это сумма его потенциальной, кинетической и внутренней энергий.

Внутренняя энергия тела - это суммарная кинетическая и потенциальная энергия частиц (например, молекул или атомов), входящих в состав этого тела.

54. Квантовая природа света. Фотоэффект. Опыты а.Г. Столетова. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Фотон. Применение фотоэффекта в технике.

Квантовая теория полностью объясняет с единых позиций все свойства света. Характерной чертой квантовой теории света является объяснение всех явлений, в том числе и тех, ко­торые ранее казались объяснимыми лишь с позиций волновой теории. Например, явления интерференции и дифракции света квантовая теория описывает как результат перераспределения фотонов в пространстве.

Квантовая природа света объясняет фотоэффект, а также химическое действие света, играющее большую роль в жизни природы.

Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света.

Законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

Применение фотоэффекта:

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент.

Так же фотоэффект применяется в компьютерных мышах, пультах управления TV, фотоумножитель, датчики счета количества моделей и другое.

фотоэлектронный умножитель – электронный прибор, преобразующий световой сигнал или пучок света в эквивалентный усиленный электрический сигнал.

55. Квантовая природа света. Энергия и импульс фотона.

Квантовая теория полностью объясняет с единых позиций все свойства света. Характерной чертой квантовой теории света является объяснение всех явлений, в том числе и тех, которые ранее казались объяснимыми лишь с позиций волновой теории. Например, явления интерференции и дифракции света квантовая теория описывает как результат перераспределения фотонов в пространстве.

Фотон — элементарная частица. Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю.

Фотон — безмассовая нейтральная частица.

В вакууме энергия и импульс фотона зависят только от его частоты или, что эквивалентно, от длины волны

где Е – энергия фотона, h –постоянная Планка (6,6*10^-34 Дж/с), V – частота.

где p – импульс фотона, V – частота, с – скорость света(3*10⁸ м), h –постоянная Планка (6,6*10^-34 Дж/с)

Видимый свет — это электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра ~ от 380 (Фиолетовый) до 780 нм (Красный).

56. Опыты Резерфорда по рассеванию альфа–частиц. Планетарная модель атома. Квантовые постулаты Бора и линейчатые структуры.

Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопилось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения атомов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а-частиц при прохождении через тонкие слои вещества. В этих опытах узкий пучок а-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обнаружено, что большинство а-частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохождения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые а-частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние а-частиц Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд не распределен равномерно в шаре радиусом 10¹⁰ м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома — атомном ядре. При прохождении около ядра а-частица, имеющая положительный заряд, отталкивается от него, а при попадании в ядро — отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует центральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10¹⁵ м.

Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вращаются электроны (как планеты вокруг Солнца). Заряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

В основу своей теории Бор положил два постулата:

Первый постулат: атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона соответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях:

, где

h — постоянная Планка.

57. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы.

Радиоактивность – распад атомных ядер, сопровождающийся альфа, бета и гамма излучениями.

Виды излучений:

Альфа-лучи – ядра атома гелия.

Бета-лучи – электроны.

Гамма-лучи – электромагнитные волны (самые короткие).

Закон радиоактивного распада:

, где N – число нераспавшихся атомов, No – число атомов в начальный момент времени, t – интервал времени, T – период полураспада.

Период полураспада-t, за которое распадается ½ первоначальнорадиоактивных частиц.

Основные отдаленные последствия ионизирующего облучения:

• возникновение злокачественных новообразований (раков) практически любых органов (у человека это чаще всего рак крови (лейкемия), кожи, костей, молочной железы, яичников, легких и щитовидной железы);

• нарушения генетического кода (мутации в половых и других клетках);

• развитие иммунодепрессии и иммунодефицита и, как результат, повышение чувствительности организма к обычным заболеваниям;

• нарушение обмена веществ и эндокринного равновесия;

• поражения органов зрения (помутнение хрусталика и возникновение катаракты);

• возникновение временной или постоянной стерильности (поражения яйцеклеток, сперматозоидов) и развитие импотенции;

• органические поражения нервной системы, кровеносных и лимфатических сосудов в результате гибели медленно размножающихся клеток нервной ткани и эндотелия (выстилки сосудов);

• ускоренное старение организма;

• нарушения психического и умственного развития.

58. Модели строения атомного ядра. Ядерные силы. Нуклонная модель ядра.

Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно (но его заряд=0), заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом.

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

Существует множество моделей атома, но я приведу только две:

• Модель атома Резерфорда-Бора – В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра . Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

• Модель атома Томсона – Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.

Ядерные силы — это силы, удерживающие нуклоны в ядре, представляющие собой большие силы притяжения, действующие только на малых расстояниях. Они обладают свойствами насыщения, в связи с чем ядерным силам приписывается обменный характер. Ядерные силы не зависят от электрического заряда и не являются центральными силами.

59. Дефект массы атомных ядер. Энергия связи атомных ядер.

Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.

При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц.

При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших.

M_я<Z*m_p+N*m_n

Дефект масс является мерой энергии связи атомного ядра.

Дефект масс равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра:

где Мя – масса ядра ( из справочника), Z – число протонов в ядре, m_p – масса покоя свободного протона (из справочника), N – число нейтронов в ядре,m_n – масса покоя свободного нейтрона (из справочника)

Уменьшение массы при образовании ядра означает, что при этом уменьшается энергия системы нуклонов.

Энергия связи атомов:

Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов.

Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратить определенную работу А.

Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.

Е _связи = - А

60. Ядерные реакции. Законы сохранения, выполняющиеся при ядерных реакциях. Энергетический выход ядерных реакций.

Ядерные реакции – это искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами (протонами, нейтронами, альфа-частицами, гамма-частицами) или другими ядрами.

Условие, когда протекание ядерной реакции становится возможным:

• когда ядро и частица (или другое ядро) сближаются на расстояния, при которых начинают действовать ядерные силы.

Так как в реакцию могут вступать ядро и положительно заряженная частица (протон), то необходимо преодолеть возникающие между ними силы отталкивания. Это возможно при больших скоростях частиц. Эти скорости достигаются в ускорителях элементарных частиц.

Источниками заряженных частиц для проведения ядерных реакций могут быть:

• естественные радиоактивные элементы

• ускорители элементарных частиц

• космическое излучение.

Прохождение ядерной реакции:

Превращения ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергии связи).

Разность сумм энергии покоя ядер и частиц до реакции и после реакции называется энергетическим выходом ядерной реакции.

Расчет энергетического выхода ядерной реакции:

• рассчитать сумму масс (М₁) ядер и частиц до реакции; М₁=m₁+m₂

• рассчитать сумму масс (М₂) ядер и частиц после реакции; М₂=m₃+m₄

• рассчитать изменение массы – Е_выхода=(М₁-М₂)*с², где с² – 931,5 МэВ

Если

М₁-М₂>0, то энергия выделяется.

М₁-М₂<0, то энергия поглощается.

Законы сохранения в ядерных реакциях:

• Закон сохранения энергии:

Если Е₁, Е₂, Е₃, Е₄ — полные энергии двух частиц до реакции и после реакции, то на основании закона сохранения энергии:

Е₁+Е₂=Е₃+Е₄

При образовании более двух частиц соответственно число слагаемых в правой части этого выражения должно быть больше. Полная энергия частицы равна её энергии покоя Mc2 и кинетической энергии E, поэтому:

Разность суммарных кинетических энергий частиц на «выходе» и «входе» реакции Q = (E3 + E4) − (E1 + E2) называется энергией реакции (или энергетическим выходом реакции). Она удовлетворяет условию:

Множитель 1/c2 обычно опускают, при подсчёте энергетического баланса выражая массы частиц в энергетических единицах (или иногда энергии в массовых единицах).

Если Q > 0, то реакция сопровождается выделением свободной энергии и называется экзоэнергетической, если Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется эндоэнергетической.

• Закон сохранения импульса:

Полный импульс частиц до реакции равен полному импульсу частиц-продуктов реакции. Если р₁, р₂, р₃, р₄ — векторы импульсов двух частиц до реакции и после реакции, то

р₁+ р₂=р₃+р₄

Каждый из векторов может быть независимо измерен на опыте, например магнитным спектрометром. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что закон сохранения импульса справедлив как при ядерных реакциях, так и в процессах рассеяния микрочастиц.

• Закон сохранения момента импульса:

Момент количества движения также сохраняется при ядерных реакциях. В результате столкновения микрочастиц образуются только такие составные ядра, момент импульса которых равен одному из возможных значений момента, получающегося при сложении собственных механических моментов (спинов) частиц и момента их относительного движения (орбитального момента). Каналы распада составного ядра также могут быть лишь такими, чтобы сохранялся суммарный момент количества движения (сумма спинового и орбитального моментов).

61. Реакция деления ядер урана. Управляемая ядерная реакция. Ядерная энергетика. Ядерный реактор. Термоядерный синтез и условия его осуществления.

В результате опытов по облучению нейтронами урана было найдено, что под действием нейтронов ядра урана делятся на два ядра (осколка) примерно половинной массы и заряда; этот процесс сопровождается испусканием нескольких (двух-трех) нейтронов.

Делиться могут только ядра некоторых тяжелых элементов, например, урана.

Ядро урана - 235 имеет форму шара. Поглотив нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться.

Оно растягивается из стороны в сторону до тех пор, пока кулоновские силы отталкивания между протонами не начнут преобладать над ядерными силами притяжения. После этого ядро разрывается на две части и осколки разлетаются со скоростью 1/30 скорости света. При делении ядра образуются еще 2 или 3 нейтрона.

Появление нейтронов объясняется тем, что число нейтронов в осколках оказывается больше, чем это допустимо.

Так, в 1 г урана происходит всего лишь около 20 спонтанных делений в час.

Имеющие огромную скорость разлетающиеся осколки тормозятся окружающей средой. Кинетическая энергия осколков превращается во внутреннюю энергию среды, которая нагревается.

Таким образом, деление ядер урана сопровождается выделением большого количества энергии.

Управляемая ядерная реакция:

В основе работы ядерного реактора на атомных электростанциях лежит возможность цепной реакции деления ядер урана.

Цепная реакция - процесс при котором определенная реакция вызывает последующие реакции такого же типа, т.е. возникает лавинообразный процесс.

Цепная, т.к при делении ядер урана образующиеся нейтроны встречают в куске урана на своем пути другие ядра урана и реакция продолжается .

Цепная реакция может:

1. нарастать лавинообразно ( характер взрыва) - в атомной бомбе;

2. может прекратиться ( затухнуть) - мала масса урана;

3. может быть управляемой - на атомных электростанциях.

Для того, чтобы реакция была управляемой требуется:

1. контроль массы урана ( должна быть = критической массе);

2. использование отражающей оболочки;

3. использование замедлителя нейтронов;

4. контроль примесей других хим. элементов в массе урана.

Критическая масса - наименьшая масса, при которой возможно протекание ядерной реакции.

При массе урана ниже критической цепная реакция невозможна.

Итак, в активной зоне ядерного реактора идет управляемая ядерная реакция с выделением большого количество энергия.

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

В зависимости от способа получения ядерной энергии существуют 2 направления ядерной энергетики:

• Ядерная энергетика деления - в ядерных реакторах используется деление ядер урана и ядерная цепная реакция.

При делении ядер тяжелых элементов определяется энергетическая выгодность этого процесса, так как на выходе реакции деления энергии выделяется больше, чем затрачивается для возбуждения делящихся ядер.

Ядерная энергетика деления используется на современных атомных электростанциях (АЭС).

Преимущества АЭС:

1. малое количество топлива

2. экологическая чистота при правильной эксплуатации

Проблемы ядерной энергетики:

1. содействие распространению ядерного оружия

2. радиоактивные отходы

3. возможность аварий

2. Ядерная энергетика синтеза – в реакторах термоядерного синтеза (пока только в опытных реакторах типа ТОКАМАК) используется термоядерная реакция.

При сравнении реакций деления и синтеза ядер было установлено, что термоядерная реакция энергетически более выгодна, чем реакция деления ядра, так как энергия, выделившаяся на один нуклон в результате термоядерной реакции, значительно превышает энергию, выделившуюся на один нуклон в результате деления ядер урана.

Ядерная энергетика будущего - это термоядерный синтез - чистый и практически неисчерпаемый источник энергии из обыкновенной морской воды.

Ядерный реактор – это устройство на атомной электростанции для получения атомной энергии.

Назначение ядерного реактора: преобразование внутренней энергии атомного ядра в электрическую энергию.

В ядерном реакторе осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер

(при k =1).

Первый Я. р. построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми. В Европе первый Я. р. пущен в декабре 1946 в Москве под руководством И. В. Курчатова.

Основные элементы ядерного реактора:

• топливо (уран-235, уран-238, плутоний-239) в виде стержней

• замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит)

• теплоноситель (вода, жидкий натрий)

• устройство для регулирования реакции (кадмий, бор)

• защита (оболочка из бетона и железа).

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер.

Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра

Управляемый термоядерный синтез возможен при одновременном выполнении двух условий:

• Скорость соударения ядер соответствует температуре плазмы:

T > 108 K (для реакции D-T).

• Соблюдение критерия Лоусона:

(Для того, чтобы термоядерный синтез стал источником энергии, произведение концентрации частиц и времени их удержания на предельно близком расстоянии друг от друга должно превышать определённую величину).

n*τ > 10¹⁴ см⁻³·с (для реакции D-T), где n — плотность высокотемпературной плазмы, τ — время удержания плазмы в системе.

От значения этих двух критериев в основном зависит скорость протекания той или иной термоядерной реакции.

В настоящее время (2011) управляемый термоядерный синтез ещё не осуществлён в промышленных масштабах. Строительство международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) находится в начальной стадии.

62. Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звезд.

Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца.

Солнечная система состоит из Солнца и системы планет. Планетная система состоит из всех тел, вращающихся вокруг Солнца, это планеты, карликовые планеты, спутники планет, стероиды, метеориты, кометы и космическая пыль.

Солнечная система возникла пять млрд. лет назад в результате сжатия газопылевого облака.

Солнечная система включает в себя:

Планеты и их спутники:

• Меркурий,

• Венера,

• Земля (спутник Луна),

• Марс (спутники Фобос и Деймос),

• Юпитер (63 спутника),

• Сатурн (49 спутника и кольца),

• Уран (27 спутника),

• Нептун (13 спутников).

Малые тела Солнечной системы:

• Астероиды,

• Объекты пояса Койпера (Квавар и Иксион),

• Карликовые планеты (Церера, Плутон, Эрида),

• Объекты облака Орта (Седна, Оркус),

• Кометы (комета Галлея),

• Метеорные тела.

Звёзды – самосветящиеся небесные тела, состоящие из раскалённых газов, по своей природе сходные с Солнцем. Солнце кажется несравненно больше звезды только благодаря близости его к Земле, но на самом дела – солнце очень маленькое.

Параметры звёзд:

Основные характеристики звезды - масса, радиус, светимость (полное количество излучаемой энергии); эти величины часто выражаются в долях массы, радиуса и светимости Солнца.

Звёзды бывают разреженные и чрезвычайно плотные.

У некоторых типов звёзд блеск периодически изменяется; такие звёзды называются переменными звёздами.

Источники излучения звезд – химические элементы, которые входят в состав этих звезд.

Согласно современным представлениям, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд. лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного молекулярного облака. Большая часть вещества оказалась в гравитационном центре коллапса с последующим образованием звезды — Солнца. Вещество, не попавшее в центр, сформировало вращающийся вокруг него протопланетный диск, из которого в дальнейшем сформировались планеты, их спутники, астероиды и другие малые тела Солнечной системы.

Гравитационный коллапс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил.

63. Наша галактика. Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной. Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной.

Млечный Путь – это звездная система, в которой мы живем. Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, обращается вокруг центра этой звездной системы. Наша Галактика населена миллиардами звезд, которые живут и умирают, так же, как и люди, но жизнь их составляет миллионы и миллиарды лет. Из остатков звезд появляются туманности, в которых опять зарождаются звезды.… Вокруг одной из таких звезд (Солнца) в 26000 световых годах от центра Галактики и возникла разумная жизнь, которая может наблюдать и изучать окружающий мир, изменения внутри Млечного пути и за его пределами. За последние 20 лет астрономия сделала большой шаг вперед, используя самые современные технологии для исследований Галактики в радио, инфракрасном, оптическом, рентгеновском и других диапазонах. Эти исследования позволили нам глубже понять строение и эволюцию Галактики. Научные методы познания окружающего мира . Физические законы и теории, гипотезы. Границы применимости физических законов и теорий. Моделирование явлений и объектов природы.

Млечный Путь - огромная, гравитационно-связанная система, содержащая около 200 миллиардов звезд (из которых лишь 2 миллиарда звезд доступно наблюдениям), тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей (см. рис. слева). Млечный Путь сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку» (см. рис. справа). По геометрическим соображениям наш звездный остров состоит из трех основных частей:

• Центральная часть Галактики (ядро), которая состоит из миллиардов старых звезд;

• Относительно тонкий диск из звезд, газа и пыли диаметром 100000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет;

• Сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ.

Кроме этого, Галактика содержит темную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру эта скорость растет. Солнечная система делает оборот вокруг центра Галактики за 220 миллионов лет.

64. Научные методы познания окружающего мира. Физические законы и теории, гипотезы. Границы применимости физических законов и теорий. Моделирование явлений и объектов природы.