Лекция 3 Свойство состояния материи
Формирование представлений о движении в новое время
Фундаментальные формы движения материи:
-физическая
-химическая
-биологическая
-социальная
Физическая форма движения материи в современном представлении включает в себя различные виды движения: механическое, волновое, тепловое, фазовый переход, радиоактивный распад и др.
Которые протекают на различных уровнях: атомно-молекулярном, внутриатомном, внутриядерном и др.
Движение происходит:
-либо с переносом вещества(механическое движение)
-либо без переноса вещества
Механическое движение - изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
Законы Ньютона:
Закон инерции
3.
4.
Волна - это изменение (возмущение) состояния среды, распространяющиеся в этой среде без переноса вещества и несущее собой энергию и импульс.
В зависимости от физической среды, а которой они распространяются волны различают:
-упругие (механические) волны
-гравитационные волны
-электромагнитные волны
В случае волнового движения речь идет не о перемещении среды или поля, а о перемещении возбужденного состояния среды или поля.
1820г - Ханс Эрстед открывает, что электрический ток обладает магнитной силой.
Майкл Фарадей:
Полевая концепция электрических и магнитных явлений
1831г закон электромагнитной индукции - э.д.с. электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром
Считавшиеся раньше различными явления - электричество и магнетизм взаимосвязаны.
Джеймс Максвелл:
Электромагнитная теория(электродинамика), описывающая с единых позиций как электрические, так и магнитные явления.
Следствие из уравнений Максвелла:
-электрический заряд является источником электрической индукции
-не существует магнитных зарядов
-изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле
-электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле
Выводы Максвелла:
связанные между собой переменные поля(электрическое и магнитное) образуют электромагнитную волну - изменение состояния среды, распространяющееся в этой среде с конечной скоростью без переноса вещества и несущее с собой энергию.
Свет это поток электромагнитных волн. Вычисленная с помощью системы уравнений Максвелла скорость распространения электромагнитной волны для вакуума совпада со скоростью света.
3. Должны существовать
1888г Генрих Херц открывает радиоволны.
1894г первый радиопередатчик - "беспроводное электричество".
Электромагнитное поле стало новой физической реальностью
Противоречия
Механики Ньютона и электродинамики Максвелла
Принцип дальнодействия(действие не Принцип близкодействия
от расстояния)
Гравитация передается мгновенно, т. е.
бесконечной скоростью
Корпускулярные характеристики
(энергия и импульс)
Попытки разрешить эти противоречия в конечном счете привели к открытию квантовой теории.
2. Квантовые свойства материи
1887г Г. Герц - открытие фотоэффекта(выбивание электронов из металла светом)
А. Г. Столетов:
Увеличиваем яркость => увеличивается число электронов, но не их скорость
Увеличиваем частоту света => увеличивается скорость электронов
Уменьшаем частоту света => электроны перестают вылетать совсем
Вывод: энергию вылетавших электронов определяет не полная энергия облучения, а его цвет, то есть частота волны.
1905г.
Для объяснения явления фотоэффекта, Эйнштейн использовал гипотезу Планка о том, что любая энергия испускается только дискретными порциями(квантами).
А. Эйнштен предположил:
- энергия не только излучается, но и поглощается квантами(порциями).
- если энергия, которая должна излучаться на данной длине, окажется меньше этой пориции, то излучение длины такой волны невозможно.
1905г Эйнштейн - свет это поток несущих энергию частиц не имеющих массы
1929г Льюис - открытие фотонов
1909г Эйнштейн - двойственная природа света: свет обладает свойствами и частицы и волны.
1923г Луи-де-Бройль - гипотеза об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: не только фотоны, но и любые тела являются одновременно частицей и волной.
Каждому микрообъекту свойственны с одной стороны корпускулярные характеристики( энергия и импульс), а с другой - волновые характеристики( частота и длина волны).
Доказательство волновых свойств частиц, имеющих массу - дифракция электронов.
К. Дэвиссон и Л. Джермер(1927г) - отражение электронов от монокристалла никеля.
Почему волновые свойства проявляются только у микрообъектов?
Длина волны любого тела определяются через импульс лямбда=h/mv
Из за малой величины h волновые свойтва у тел с большой массой не проявляются.
Резюме:
современное понимание физической формы движения строится с учетом квантовых свойств материи:
- всем объектам присущи и корпускулярные и волновые свойства
- у каждого объекта существует потенциальная возможность движения в зависимости от внешних условий либо в виде частицы, либо в виде волны.
- волновые свойства проявляются при скоростях близких к скорости света, которые характерны для микро- и мега- объектов.
Квантовая механика - теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер)
Важную роль в квантовой механике играют заложенную в ее основу принципы:
Принцип дополнительности
- многие явления природы не могут быть определены однозначно и требуют для своего определения, по крайней, мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий.
Принцип соотношения неопределенностей
- принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей. То есть произведение погрешностей в измерениях положения объекта и его момента(произведения массы объекта на его скорость) не может быть меньше постоянной Планка.
3. Состояния материи. Порядок и хаос.
Любое изменение - ..............- есть движение
Изменяется состояние материи
Состояние материи - это характеристика определенного компонента природы в данном месте и в данное время определяемая, как правило, параметрами выраженными цифровыми значениями.
Тема: эволюция взглядов на пространство и время