Идеальный газ. Уравнение Клапейрона-Менделеева.

БИЛЕТ 1

Идеальный газ. Уравнение Клапейрона-Менделеева.

Идеальный газ – это простейшая физическая модель реального газа. Газ считается идеальным, если:

1) размеры молекул малы по сравнению со средним расстоянием между ними; молекулы можно принимать за материальные точки;

2) силы притяжения между молекулами бесконечно малы и не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях;

3) молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики.

Газ является идеальным при небольших давлениях и не очень низких температурах. При высоких давлениях молекулы газа настолько сближаются, что между ними возникают силы притяжения. При низких температурах кинетическая энергия уменьшается и становится сравнимой с потенциальной.

Для описания свойств газов можно пользоваться: 1) микропараметрами (скорость, масса молекулы, её энергия, импульс и т.д.); 2) макропараметрами (давление, температура, объём).

Давление газа – это средняя сила ударов молекул о стенки сосуда, отнесённая к единице площади.

Абсолютная температура – это мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул.

Под объёмом газа понимают объём сосуда, в котором находится газ.

 

Эти три параметра связаны друг с другом уравнением

Р=nkT, где n – концентрация газа, k=1,38 10-23 Дж/К – постоянная Больцмана

Где m – масса газа, M – молярная масса газа, N_А- постоянная Авогадро,

R=8,31 Дж/моль К - универсальная газовая постоянная,

Полученное уравнение называется уравнением Клапейрона-Менделеева.

При m=const

Это уравнение Клапейрона.

Для данной массы газа произведение его давления на объём, делённое на абсолютную температуру, есть величина постоянная.

БИЛЕТ 2

Внутренняя энергия. Изменение внутренней энергии при теплообмене и совершении механической работы. Количество теплоты. Теплоёмкость.

Внутренняя энергия вещества – это сумма кинетической энергии теплового хаотического движения всех молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Внутренняя энергия является функцией состояния, т.е. данному состоянию газа соответствует вполне определённая внутренняя энергия.

Для идеального газа внутренняя энергия - это кинетическая энергия теплового движения всех молекул.

Для одноатомного идеального газа внутренняя энергия

Для двухатомного идеального газа внутренняя энергия

Таким образом, внутренняя энергия зависит от температуры и числа молекул.

Изменить внутреннюю энергию можно: 1) путём совершения работы самой газовой системой или внешними силами над системой; 2) путём теплопередачи (теплообмена). Существует три вида теплообмена: 1) теплопроводность – процесс теплообмена при непосредственном контакте двух тел; 2) конвекция – перенос теплоты потоками жидкости или газа; 3) тепловое излучение – перенос теплоты посредством электромагнитных волн.

Работа газа А в термодинамике определяется формулой А=Р DV, где Р –давление газа, DV=(V₂-V₁) – изменение объёма.

Газ выполняет работу только в процессе изменения своего объёма. При расширении DV>0 газ совершает положительную работу, а внешние силы А¢=-А отрицательную. При сжатии газа DV<0 газ совершает отрицательную работу, а внешние силы – положительную.

При изобарном процессе работа А= Р DV;

При изохорическом работа А=0;

При изотермическом работа

 

Количество теплоты Q – это мера изменения внутренней энергии в процессе теплообмена. Если тело нагревается, то Q>0, если тело охлаждается, то Q<0.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m от температуры Т₁ до температуры Т₂ рассчитывается по формуле

Q=cm(T₂-T₁)=cmDT, где с – удельная теплоёмкость вещества.

Удельная теплоёмкость вещества с – это количество теплоты, которое необходимо сообщить телу массой 1 кг, чтобы нагреть на 1 К.

 

БИЛЕТ 3

Теплота сгорания топлива. Тепловые двигатели. КПД теплового двигателя. Цикл Карно.

БИЛЕТ 4

Сила взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость среды. Электрическая постоянная.

Электрический заряд – скалярная физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Существуют два вида заряда – положительный и отрицательный. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Единица измерения заряда – 1 Кл (кулон).

1 Кл – это электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.

Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел.

Взаимодействие точечных зарядов описывается законом Кулона.

Закон Кулона.

Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей эти заряды.

где k=9 10⁹ Н м²/Кл² – коэффициент пропорциональности.

где e₀=8,85 10^-12 Кл²/Н м² - электрическая постоянная.

 

Если взаимодействие точечных зарядов происходит не в вакууме, а в некоторой среде, то сила взаимодействия уменьшается в e раз, где e - диэлектрическая проницаемость среды.

Для вакуума и воздуха e=1.

Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в среде

Закон Кулона справедлив и для заряженных шаров на любом расстоянии между их центрами, если объёмная или поверхностная плотность заряда каждого из них постоянна.

 

БИЛЕТ 5

БИЛЕТ 6

Закон Ома для участка цепи без ЭДС. Сопротивление проводника. Падение напряжения. Потеря напряжения.

Закон Ома был установлен экспериментально.

Для участка, который не содержит источника тока, и, следовательно, сторонние силы отсутствуют, и перемещение носителей происходит только под действием кулоновских сил, закон формулируется следующим образом.

Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Dq, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Dt, к этому промежутку.

Единица измерения силы тока – 1 А. Это сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным прямолинейным параллельным проводникам очень малого сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между ними 2 10^-7 Н на каждый метр проводников.

Напряжением на участке цепи называется скалярная физическая величина, численно равная полной работе А, которая совершается кулоновскими и сторонними силами по перемещению вдоль участка цепи единичного положительного заряда.

Единица измерения напряжения – 1 В.

Электрическое сопротивление – физическая величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных носителей заряда в проводнике.

Сопротивление металла связано с рассеянием электронов проводимости на ионах кристаллической решётки и структурных неоднородностях (дефектах и примесях решётки).

Единица измерения сопротивления – 1 Ом. Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при напряжении 1 В сила тока в нём 1 А.

Сопротивление зависит от рода вещества проводника, его геометрических размеров и формы.

Где r - удельное сопротивление проводника, l – длина проводника, S – сечение проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от вещества и температуры

где r₀ – удельное сопротивление проводника при 0⁰С, r - удельное сопротивление проводника при t⁰C, a -температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов он равен 1/273.

Сопротивление проводника определяет вид зависимости тока от напряжения.

Зависимость силы тока от напряжения называется вольт-амперной характеристикой. Для металлов это линейная зависимость.

Падением напряжения на резисторе называется напряжение, которое должно быть приложено к проводнику сопротивлением R, чтобы по нему протекал ток I. Оно равно

U=IR

Для однородного участка цепи падение напряжения равно напряжению.

Потерями напряжения называется падение напряжения на подводящих проводах.

БИЛЕТ 8

Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. При напряжении U между точками цепи работа электрического поля определяется выражением

A=qU

где q – переносимый заряд.

При постоянном токе q=It, где I – сила тока в проводнике, t - время прохождения тока. Тогда А=IUt

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока на напряжение на этом участке и на время прохождения тока.

Единица измерения работы тока – 1 Дж= 1 В 1А 1 с

Если ток протекает по однородному участку цепи сопротивлением R, то на основании закона Ома для однородного участка цепи, можно получить следующие формулы для расчёта работы тока

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени

Единица измерения мощности – 1 Вт =1 Дж/1 с.

Внесистемная единица измерения работы тока – 1 киловатт-час. 1кВт ч=1000 Дж´3600 с=3,6 10⁶ Дж.

Под действием электрического поля электроны приобретают дополнительную кинетическую энергию. При соударении электрона с ионом решётки эта энергия полностью передаётся решётке и идёт на увеличение внутренней энергии проводника, т.е. проводник нагревается.

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Джоуля-Ленца.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.

Q=I²Rt

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического действия, то вся работа тока затрачивается на нагревание проводника Q=А.

Если участок цепи однородный, то на основании закона Ома для однородного участка цепи можно записать

Если два проводника сопротивлениями R₁ и R₂ соединены последовательно, то

Количество теплоты, выделяемое током на последовательно соединённых проводниках, пропорционально сопротивлениям этих проводников.

Если два проводника сопротивлениями R₁ и R₂ соединены параллельно, то

Количество теплоты, выделяемое током на параллельно соединённых проводниках, обратно пропорционально сопротивлениям этих проводников.

На законе Джоуля-Ленца основано действие многих электронагревательных приборов.

 

 

БИЛЕТ 7

Внешний и внутренний участки цепи. Закон Ома для замкнутой цепи с одной ЭДС.

Для существования постоянного тока в цепи необходимо поддерживать неизменную разность потенциалов на её концах. Эту функцию выполняет устройство, которое называется источником тока. Внутри источника тока за счёт сил неэлектростатической природы, так называемых сторонних сил, происходит перенос положительного заряда от меньшего потенциала к большему, т.е. происходит разделение зарядов, в результате которого на одном из полюсов источника накапливается положительный заряд, а на другом – отрицательный, т.е. поддерживается разность потенциалов между полюсами источника тока.

Характеристикой действия сторонних сил является электродвижущая сила – ЭДС.

ЭДС численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи.

Единица измерения ЭДС – 1 В.

Замкнутая цепь состоит из внутренней и внешней частей. Внутренняя часть цепи представляет собой источник тока, обладающий внутренним сопротивлением r; внешняя – различные потребители, соединительные провода, приборы и т.д. с общим сопротивлением R.

Работа сторонних сил по перемещению по замкнутой цепи заряда q равна

А_ст=qe

Если в цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического действия, то вся работа затрачивается на нагревание проводника.

По закону Джоуля-Ленца

Q=I²Rt+I²rt=I²(R+r)t

Так как А_ст= Q, то qe= Ite= I²(R+r)t и e= I(R+r). Отсюда получаем закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Если сопротивление внешней цепи стремится к нулю, то в цепи возникает максимально возможный ток, который называется током короткого замыкания.

Закон Ома можно записать в следующем виде

e= IR+ I r=U+Ir

Это значит, что ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи.

Полная мощность источника

Р= Ie= I²(R+r)

Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной мощностью

Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении в источнике тока, называется теряемой мощностью

Коэффициент полезного действия источника тока h равен отношению полезной мощности Р_пол к полной мощности Р

БИЛЕТ 9

Взаимодействие токов. Магнитное поле. Графическое изображение магнитных полей проводников с токов различной формы. Правило буравчика.

Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, установленная под проводником с током, стремится установиться перпендикулярно проводнику. Точно также ведёт себя стрелка, т.е. устанавливается определённым образом, в магнитном поле. Следовательно, проводник с током является источником магнитного поля.

Если проводник с током поместить между полюсами подковообразного магнита, то он будет отклоняться. Следовательно, магнитное поле действует на проводник с током.

Таким образом: 1) проводник с током является источником магнитного поля; 2) магнитное поле действует на проводник с током.

Эти два вывода подтверждаются следующим опытом Ампера.

Два проводника, по которым пропускали ток в одном направлении, отклонялись, а именно, притягивались друг к другу. Два проводника, по которым пропускали ток в противоположных направлениях, отталкивались друг от друга. Следовательно, каждый из проводников находится в магнитном поле, созданном другим проводником. Именно посредством магнитного поля происходит взаимодействие проводников с током.

Проводник с током – это движущиеся по проводнику заряду. Значит можно сказать, что магнитное поле создаётся движущимися электрическими зарядами и действует на движущиеся магнитное заряды.

Обнаруживается магнитное поле по действию на постоянные магниты (магнитные стрелки), проводники с током, отдельные движущиеся электрические заряды и рамки с током.

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

Магнитная индукция – это векторная величина, модуль которой равен отношению максимальной силы, действующей на проводник с током единичной длины, к силе тока

За направление вектора магнитной индукции в данной точке пространства принимается направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки.

Единица измерения магнитной индукции – 1 тесла.

Графически магнитное поле изображается с помощью линий магнитной индукции. Это линии, в каждой точке которых касательная совпадает по направлению с вектором магнитной индукции.

Свойства линий магнитной индукции:

1) линии не пересекаются;

2) густота линий там больше, где больше модуль магнитной индукции;

3) линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Примеры магнитных полей.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

Модуль индукции магнитного поля проводника с током I на расстоянии r

m₀ =4p 10^-7 Н/А² – магнитная постоянная, m - магнитная проницаемость седы

Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной к проводнику, с центром на оси проводника. Направление линий определяется по правилу буравчика: если ввинчивать буравчик так, чтобы его рукоятка двигалась по направлению тока, то направление вращения буравчика даёт направление магнитных линий.

Магнитное поле кругового тока.

В центре кругового проводника с радиусом R, по которому протекает ток I, модуль индукции магнитного поля

Если буравчик вращать по направлению тока в проводнике, то направление движения рукоятки даёт направление вектора магнитной индукции в центре кругового проводника.

Магнитное поле в соленоиде.

Внутри соленоида длиной l и с количеством витков N, по которому протекает ток I, поле однородно, линии магнитной индукции параллельны друг другу, и модуль магнитной индукции равен

Если буравчик вращать по направлению тока в соленоиде, то направление движения рукоятки даёт направление вектора магнитной индукции внутри соленоида.

 

 

БИЛЕТ 11

БИЛЕТ 10

БИЛЕТ 12

БИЛЕТ 13

Билет 14

Свободные электромагнитные колебания. Амплитуда, частота и период колебаний. Фаза калебания. Энергетические преобразования при колебаниях.

Колебанием называется процесс, при котором физические величины принимает одинаковые значения через равные промежутки времени.

Колебания характеризуются периодом и частотой.

Период Т – длительность одного колебания.

Частота n - число колебаний в единицу времени.

Гармоническими колебаниями называются колебания, при которых изменение физических величин происходит по закону синуса или косинуса.

х(t)=Аcos(wt+j₀) или х(t)=Аsin(wt+j₀), где х(t) – отклонение колеблющейся величины от положения равновесия; А – максимальное отклонение от положения равновесия или амплитуда; w - циклическая или круговая частота, которая связана с периодом и частотой соотношениями w=2p/T, w=2pn; j=(wt+j₀) – фаза колебания, показывающая, какая часть периода прошла от начала колебаний; j₀ - начальная фаза.

Единицы измерения [n]=с^-1, [w]=рад/с, [j]=рад.

Электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности и ёмкости, называется колебательным контуром, так как в ней могут происходить свободные электромагнитные колебания.

Свободные электромагнитные колебания в контуре – это периодические изменения заряда на конденсаторе, силы тока в контуре и напряжения на обоих элементах контура, происходящие без потребления энергии от внешних источников.

Пусть в начальный момент времени на конденсаторе имеется заряд q₀, а, следовательно, и напряжение на конденсаторе, и энергия электрического поля внутри конденсатора. С течением времени конденсатор начинает разряжаться. В цепи появляется ток. Заряд конденсатора, напряжение и энергия электрического поля уменьшаются. Нарастание тока в катушке обусловливает возникновение в катушке ЭДС самоиндукции, поэтому нарастание тока и разрядка конденсатора происходят не мгновенно, а по гармоническому закону.

В момент полной разрядки конденсатора сила тока и, следовательно, энергия магнитного поля в катушке достигают максимального значения.

Так как конденсатор разряжен, ток начинает убывать. Убывание тока в катушке вызывает появление ЭДС самоиндукции, стремящейся поддержать убывающий ток. Поэтому убывание тока происходит не мгновенно, а по гармоническому закону, при этом конденсатор перезаряжается.

В момент, когда ток в цепи становится равным нулю, заряд на конденсаторе, напряжение и энергия электрического поля в конденсаторе максимальны. Полярность заряда обкладок конденсатора противоположна первоначальной.

Далее весь процесс идёт в обратном направлении.

Период свободных электромагнитных колебаний определяется формулой Томсона

Т=2pÖLC.

Заряд на конденсаторе, ток в цепи, напряжение на обоих элементах контура изменяются по гармоническому закону.

q=q₀coswt; U=U₀coswt; I=-I₀sinwt

Поскольку тепловые потери отсутствуют, то полная энергия идеального контура, равная сумме энергий электрического поля в конденсаторе и магнитного поля в катушке, остаётся постоянной.

W=W_эл+W_маг=CU²/2 + LI²/2

В моменты, когда ток в цепи отсутствует, вся энергия сосредоточена в конденсаторе и равна CU ²_max /2.

Когда конденсатор разряжен, вся энергия сосредоточена в катушке и равна LI ²_max /2.

В результате свободных электромагнитных колебаний в контуре происходит постоянный переход электрической энергии в магнитную и обратно, при этом полная энергия остаётся постоянной.

Возникновение свободных колебаний в контуре обусловлено явлением самоиндукции.

 

БИЛЕТ 15

Преобразования переменного тока. Повышающие и понижающие трансформаторы, их устройство и принцип действия. Передача электрической энергии на расстояние.

Трансформатор – это электротехническое устройство, служащее для преобразования (повышения или понижения) переменного напряжения.

Состоит трансформатор из двух обмоток – первичной и вторичной, которые намотаны на общий сердечник.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции.

На первичную обмотку подаётся преобразуемое переменное напряжение. Переменный магнитный поток индуцирует в каждом витке первичной обмотки ЭДС самоиндукции e_si. Если этот магнитный поток, благодаря наличию сердечника, практически не рассеивается и пронизывает вторичную обмотку, то в каждом витке вторичной обмотки возникает ЭДС индукции e_i= e_si. Значения ЭДС, возникающей в первичной и вторичной обмотках, равны Е₁=n₁e_si и Е₂=n₂e_i соответственно. Следовательно, отношение ЭДС в обмотках равно отношению числа витков n₁/n₂.

Отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной называется коэффициентом трансформации k. Если k>1, то трансформатор понижающий; если k<1, то – повышающий.

Режимом холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. Тогда напряжение на вторичной обмотке U₂= n₂e_i., а на первичной U₁=Е₁.

Отношения напряжений на первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков этих обмоток U₁/U₂=n₁/n₂.

Рабочим режимом трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка. Тогда U₂=Ei- I₂R_обмот., где I₂ - ток, протекающий во вторичной обмотке.

КПД современных трансформаторов 95-99,5%. Потери энергии происходят из-за выделения тепла в обмотках трансформатора, рассеяния магнитного потока и при перемагничивании сердечника.

Трансформаторы широко используются при передаче электроэнергии на большие расстояния, так как тепловые потери пропорциональны квадрату силы тока, то более выгодно передавать электроэнергию при малом токе.

На электростанции устанавливается повышающий трансформатор, уменьшающий силу тока, а на подстанции, от которой идёт энергия к потребителю, понижающий трансформатор.

 

БИЛЕТ 18

Электромагнитная и квантовая теории света. Формула Планка. Корпускулярно-волновой дуализм. Энергия, импульс и масса фотона.

После создания электромагнитной теории Максвелл обратил внимание на то, что скорость распространения света в вакууме совпадает со скоростью распространения электромагнитных волн. Он выдвинул гипотезу об электромагнитной природе света, которая была подтверждена опытами. Согласно электромагнитной теории света, всякое световое излучение является электромагнитными волнами. Частота световых волн находится в интервале от 4 10¹⁴ до 7,5 10¹⁴ Гц.

Волновая теория хорошо объясняла явления, связанные с распространением света. Например, интерференцию, дифракцию, поляризацию, отражение, преломление. Однако, явления, связанные с взаимодействием света с веществом, с испусканием и поглощением света, объяснить на основе этой теории нельзя.

Макс Планк предположил, что свет излучается не в виде волн, а в виде определённых и неделимых порций энергии, которые он назвал квантами.

Наименьшая порция энергии, которую несёт излучение с частотой n, определяется по формуле Планка

Е=hn=ħw

где h=6,63 10^-34 Дж с – постоянная Планка, ħ=1,05 10^-34 Дж с, n и w -частота и циклическая частота излучения.

Развивая теорию Планка, Эйнштейн высказал предположение, что свет и распространяется, и поглощается также отдельными порциями, т.е. распространяющийся свет представляет собой «набор» движущихся элементарных частиц – фотонов. Так была создана квантовая теория света.

Фотон – это элементарная частица, которая обладает следующими свойствами:

БИЛЕТ 22

Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома и её неустойчивость с точки зрения классической электродинамики. Строение атома водорода по Бору. Постулаты Бора.

Для экспериментальной проверки «пудинговой» модели атома Резерфорд провёл следующий опыт. Пучок положительно заряженных частиц (a-частиц) направлялся на сверхтонкую золотую фольгу толщиной около 400 нм. Частицы, прошедшие через фольгу, регистрировались на экране. Оказалось, что некоторая часть частиц, как и ожидалось, отклонялась на малые углы (4^о-6^о) от первоначального направления. Однако, были и такие частицы, которые рассеивались на угол больше 90^о или даже возвращались назад. Следовательно, внутри атома имеется сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, сконцентрированным в очень малом объёме. Резерфорд предложил этот положительный заряд назвать ядром.

Основные положения ядерной модели атома, предложенной Резерфордом.

1) В центре атома расположено ядро размером d£10^-14 м;

2) Почти вся масса атома (99,96%) сосредоточена в положительно заряженном ядре. Заряд ядра q=+Ze, где Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева, а е – заряд электрона;

3) Электроны под действием кулоновских сил движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Число электронов равно Z. Суммарный заряд электронов q=-Ze, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Такая модель называется планетарной.

Недостатки планетарной модели атома.

1) Электроны при движении по орбитам с ускорением должны непрерывно излучать электромагнитные волны с частотами, равными частотам их обращения вокруг ядра;

2) Так как излучение сопровождается потерей энергии, электроны за время порядка 10^-13 с должны упасть на ядро, и атом прекратит своё существование;

3) Частота вращения электрона по мере приближения к ядру будет изменяться непрерывно, т.е. спектр излучения атома должен быть непрерывным, а не линейчатым.

Н.Бор предложил квантовую модель атома, в основе которой лежат следующие постулаты.

1) Электрон в атоме может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия. Когда электрон находится в стационарном состоянии, атом не излучает.

Стационарные состояния отличаются друг от друга различными орбитами, по которым движутся электроны в атоме.

2) Электрон в атоме может «скачком» переходить из одного стационарного состояния (k-го) в другое (n-е). При этом переходе испускается или поглощается квант электромагнитного поля с частотой n_kn, определяемой разностью энергий электрона в атоме в данных состояниях:

Е_kn=hn_kn=E_k-E_n Þ n_kn=(E_k-E_n)/h

Если E_k>E_n, то происходит излучение энергии, если E_k<E_n, то – поглощение энергии.

3) стационарные (разрешённые) электронные орбиты в атоме находятся из условия

mvr_n=nħ, n=1,2,3 …

 

БИЛЕТ 24

Естественная радиоактивность. a, b и g-излучения. Период полураспада. Закон радиоактивного распада.

Радиоактивность – это явление самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием частиц, обладающих большой проникающей способностью.

Излучение можно разделить на три вида: a, b и g-лучи.

a-излучение – это испускание ядер атомов гелия. Реакции, сопровождаемые a-излучением, называются a-распадом.

a-распад может быть записан следующим образом

_Z^AX®_Z-2^A-4Y+₂⁴He

Особенности a-распада:

1)наблюдается для тяжёлых ядер с А>200;

2)энергия частиц лежит в пределах от 2 до 9 МэВ;

3)энергии и скорости испускаемых a-частиц в пучке очень близки друг к другу.

Проникающая способность a-частиц мала.

b-излучение – это испускание электронов. Реакции, сопровождаемые b-излучением, называются b-распадом.

b-распад может быть записан следующим образом

_Z^AX®_Z+1^AY+_-1⁰e

Особенности b-распада:

1)наблюдается для тяжёлых и средних ядер;

2)скорости электронов сильно различаются по величине.

Проникающая способность b-частиц гораздо больше, чем у a-частиц.

g-излучение – этофотоны очень большой энергии.

БИЛЕТ 25

БИЛЕТ 27

Реакции деления тяжёлых ядер. Цепная реакция деления. Критическая масса. Ядерный взрыв.

Реакции деления ядра – это реакции, при которых ядро по действием нейтронов (или других частиц) делится на несколько более лёгких ядер (осколков), чаще всего два, близких по массе. В результате таких реакций выделяется огромное количество энергии.

Впервые деление ядер урана путём бомбардировки их нейтронами было осуществлено в 1938 г. О.Ганом, Ф.Штрассманом и Л.Мейтнер. реакция шла по схеме:

₉₂²³⁵U+₀¹n®₅₆¹⁴⁵Ba+₃₆⁸⁸Kr+3₀¹n+200 МэВ

Выделение большого количества энергии можно объяснить тем, что удельная энергия связи для тяжёлых ядер приблизительно 7,6 МэВ, а для ядер, находящихся в середине таблицы Менделеева – 8,7 МэВ. Поэтому расщепление тяжёлого ядра на два более лёгких должно приводить к выделению энергии порядка 1,1 МэВ на один нуклон. Для урана с числом нуклонов 235 выделяется энергия более 200 МэВ. В основном, энергия выделяется в виде кинетической энергии осколков деления.

Процесс деления ядра можно представить, используя капельную модель ядра. Нуклоны, взаимодействуя со своими ближайшими соседями, стремятся уйти вглубь и создают силы ядерного поверхностного натяжения. Поэтому ядро принимает шарообразную форму, подобно жидкости, находящейся в состоянии невесомости. Нейтрон, поглощённый ядром, сообщает ему дополнительную энергию. Ядро переходит в возбуждённое состояние, при котором нуклоны начинают совершать колебательное движение. Это приводит к тому, что ядро приобретает удлинённую форму типа гантели. Ядерные силы уже не могут удержать все нуклоны вместе, и ядро, вследствие действия кулоновских сил отталкивания, распадается на несколько осколков.

Так как для средних ядер число нейтронов и протонов приблизительно одинаково, а для тяжёлых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов, то в результате реакции деления образуется 2-3 нейтрона с энергией в среднем 2 МэВ. Эти нейтроны могут вызвать деление других ядер урана. Процесс возникновения нейтронов и расщепления ядер нарастает лавинообразно. За короткий промежуток времени высвобождается большое количество энергии. Подобные процессы называются цепными реакциями.

Цепные реакции – это реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются как продукты этих реакций.

Характеристикой реакции деления является коэффициент размножения нейтронов k: отношение числа нейтронов в посл