Передмова

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені взагалі. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їхньої самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

• основні фізичні величини, одиниці їх вимірювань, основи теорії похибок та правила оброблення результатів вимірювань;

• фундаментальні поняття і теорії класичної та сучасної фізики з тим, щоб ефективно опанувати спеціальні навчальні дисципліни та використати знання фізичних закономірностей у майбутній роботі;

• методи розв'язування практичних фізичних задач та проблем;

• принципи дії приладів, в тому числі електронно-обчислювальної апаратури;

Студенти повинні уміти:

• проводити математичну і статистичну обробку результатів вимірювань;

• користуючись фізичними положеннями, законами і теоріями, застосовувати набуті теоретичні та практичні знання для вивчення спеціальних дисциплін та в майбутній роботі за спеціальністю;

• пояснювати фізичні процеси та явища, які відбуваються під час роботи різного роду механізмів, що використовуються у практичній діяльності;

• застосовувати сучасні фізичні методи і прилади на практиці.

Таким чином, основною метою дисципліни «Фізика» є послідовне вивчення студентами основних законів і положень фізики для пізнання загальних закономірностей явищ природи; використання даних законів у оперативному розв'язанні проблем; освітлення можливих прикладних застосувань фізичних методів і приладів у практичній діяльності фахівця інженерного профілю. Надані у посібнику тестові завдання, допомагають кращому засвоєнню знань та досягненню цієї мети.

Зміст модулю № 6 «ОСНОВИ АТОМНОЇ І ЯДЕРНОЇ ФІЗИКИ»

Розділ 6.1. Атомна фізика.

Моделі будови атома Томсона і Резерфорда. Досліди Резерфорда. Лінійчатий характер спектру випромінювання атома водню. Серіальні закономірності спектральних ліній: серії Лаймана, Бальмера, Пашена, Брекета, Пфунда. Узагальнена формула Бальмера. Постулати Бора. Досліди Франка та Герца. Будова атома водню та воднеподібних атомів за Бором: квантування радіусів електронних орбіт та енергії атома. Пояснення серіальних закономірностей спектрів воднеподібних атомів. Загальна кількість можливих спектральних ліній у спектрі. Потенціали збудження та іонізації.

Розділ 6.2. Елементи квантової механіки.

Хвильові властивості речовини. Гіпотеза і формула де Бройля. Співвідно-шення невизначеностей Гейзенберга. Хвильова функція та її статистичний зміст. Загальне хвильове рівняння Шредінгера. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Частинка у одновимірній потенціальній ямі. Власні хвильові функції та власні значення енергії. Тунельний ефект. Квантовий гармонічний осцилятор.

Атом водню у квантовій механіці. Квантування енергії, моменту імпульсу електрона та його проекції. Квантові числа: головне, орбітальне, магнітне. Орбітальне гіромагнітне відношення електрона. Магнетон Бора. Досліди Штерна і Герлаха. Спін електрона. Спінове квантове число. Квантування спінового магнітного моменту електрона та його проекції. Спінове гіромагнітне відношення електрона. Кратність виродження енергетичних рівнів електрона в атомі без урахування спіна і з урахуванням його.

Принцип нерозрізненості тотожних частинок. Ферміони та бозони. Статистики Фермі-Дірака та Бозе-Ейнштейна. Принцип Паулі. Розподіл електронів за станами у атомі. Систематика заповнення електронних станів (оболонок та шарів) у атомах. Періодична система елементів Менделєєва.

Розділ 6.3. Ядерна фізика.

Розміри, склад і заряд атомних ядер. Нуклони. Масове і зарядове число. Ізотопи хімічних елементів. Особливості ядерних сил. Дефект маси та енергія зв’язку ядра. Питома енергія зв’язку ядра. Явище природної радіоактивності. Види радіоактивного випромінювання та їхні закономірності. Закон радіоактивного розпаду. Стала розпаду, період піврозпаду ізотопу. Активність радіоактивного ізотопу та середній час його життя. Правила зміщення для -, - та -випроміню-вання. Нейтрино і антинейтрино. Людина і радіація. Методи спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань і частинок.

Ядерні реакції та їхні основні типи. Екзотермічні і ендотермічні ядерні реакції. Ядерні реакції під дією нейтронів. Коефіцієнт розмноження нейтронів. Ланцюгова реакція поділу. Реакції синтезу легких атомних ядер. Проблеми керованих термоядерних реакцій. Ядерні реактори. Класифікація і властивості елементарних частинок. Основні типи фундаментальних взаємодій.