Билет № 25
Электроёмкость. Конденсаторы.
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
Задача на нахождения числа молекул.
Ответы:
Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность одной пластины. Вне пластин напряженность равна нулю.
Обозначаются конденсаторы на схемах так:
— конденсатор постоянной емкости;
— конденсатор переменной емкости.
Электроемкостью конденсатора называют величину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними. Электроемкость обозначается С.
По определению С — q/U. Единицей электроемкости является фарад (Ф).
1 Фарад — это электроемкость такого конденсатора, напряжение, между обкладками которого равно 1 вольту при сообщении обкладкам разноименных зарядов по 1 кулону.
Электроемкость плоского конденсатора (рис, 16) находится по формуле:
где — электрическая постоянная, — диэлектрическая постоянная среды, S — площадь обкладки конденсатора, d — расстояние между обкладками (или толщина диэлектрика).
В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные.
Конденсаторы применяются для накопления электрической энергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения, цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.
Радиоактивность — это испускание ядрами некоторых элементов различных частиц, сопровождающееся переходом ядра в другое состояние и изменением его параметров.
Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана, засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Радиоактивность элемента не зависит от того, является ли он химически чистым или находится в составе какого-либо химического соединения. Радиоактивность представляет собой внутриядерный процесс.
Это вытекает из того, что на него не оказывают никакого воздействия ни вид химического соединения, в которое входит данное ядро, ни агрегатное состояние вещества, ни большие давления, ни очень высокие температуры, ни электрические и магнитные поля, т. е. все те воздействия, которые могут изменить состояние электронной оболочки атома.
Итак, под естественной радиоактивностью понимают явление самопроизвольного превращения атомных ядер неустойчивых изотопов в устойчивые, сопровождающееся испусканием_ частиц и излучением энергии. Таким образом, открытие явления радиоактивности вплотную подвело физиков к изучению строения атомного ядра.
Закон радиоактивного распад
При изучении естественной радиоактивности перед экспериментаторами возник вопрос: по какому закону происходит распад радиоактивных элементов? Многочисленные опыты показывают, что с течением времени числе радиоактивных атомов в данном объеме вещества уменьшается. Для одних элементов это уменьшение происходит очень быстро — в течение минут и даже секунд; для других на это требуются миллиарды лет. Было установлено, что распад ядер — явление случайное. Невозможно сказать, что произойдет с данным ядром: оно может в равной мере и претерпеть распад, и сохраниться целым независимо от того, сколько времени оно вообще существует. Можно только утверждать, что имеется некоторая вероятность распада каждого радиоактивного элемента за определенный промежуток времени; следовательно, изменение радиоактивности со временем должно подчиняться статистической, закономерности. Одной из основных характеристик радиоактивного элемента является величина, которая определяет вероятность распада каждого отдельного атома за секунду. Ее обозначают и называют постоянной радиоактивного распада.
Если в начальный момент времени t = 0 имеется No радиоактивных атомов, то в момент времени t число оставшихся радиоактивных атомов
(22.1)
где е ~2,72— основание натурального логарифма.