1. Что такое поле? Приведите примеры полей в природе.

Физическим полем называют особую форму материи, связывающую частицы (объекты) вещества в единые системы и передающую с конечной скоростью действие одних частиц на другие.

Могут быть поля давлений, в том числе и атмосферного воздуха, поле распределения людей на Земле или различных наций среди населения, распределения оружия на Земле, разных песен, животных, всего что угодно. Могут быть и векторные поля, как, например, поле скоростей текущей жидкости.

2. Чем отличаются поля Фарадея –Максвелла от полей Галилея – Ньютона?

Фарадей по-новому подошел к изучению электричества и магнитных явлений, указывая на роль среды и вводя концепцию поля, описываемого им с помощью силовых линий. Максвелл придал идеям математическую завершенность, ввел точный термин «электромагнитное поле», которого еще не было у фарадея, сформулировал математические законы этого поля. Галилей и Ньютон заложили основы механической картины мира, фарадей и Максвелл—основы электромагнитной картины мира.

3. Как можно представить себе гравитационное и электромагнитное поля?

Гравитация, то есть свойство материальных объектов притягивать другие тела.

Гравитационное поле— физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие. ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ, пространство вокруг предмета, чья масса способна притягивать другой предмет. Сила этого притяжения, разделенная на массу второго предмета, и есть сила гравитационного поля. Предмет с большой массой, такой как Земля, имеет мощное гравитационное поле, и оказываемое им воздействие называется силой гравитации (или тяготения). Слабая гравитационная сила существует даже между очень маленькими частицами.

Электромагнитным полем (ЭМП) называется вид материи, оказывающий на заряженные частицы силовое воздействие и определяемый во всех точках двумя парами векторных величин, которые характеризуют две его стороны - электрическое и магнитное поля.

При постоянном электрическом токе создает¬ся постоянное магнитное поле, которое действует на заряжен¬ную частицу перпендикулярно направлению ее движения, и оно не совершает работы. В случае переменного магнитного поля, вызванного переменным электрическим полем, заряды в про-воднике испытывают ускорение вдоль направления движения и энергия может передаваться зарядам, находящимся в простран¬стве вблизи проводника. Поэтому только движущиеся с ускоре-нием заряды могут передавать энергию посредством создаваемо¬го ими переменного электромагнитного поля.

4. Чем была вызвана необходимость перехода от механической картины мира к электромагнитной?

5. Какую роль в классической физике играет модель эфира?

Эфира - механическая среда, передающая колебания. Представление об эфире — одна из самых известных физи¬ческих моделей колебательных процессов. Это понятие введе¬но, чтобы объяснить ньютоновскую теорию тяготения как «действие на расстоянии» — передачу гравитационной силы через пустое пространство. Эфир представляли в виде некото¬рого невидимого и невесомого «желе», которое передавало «толчок» действия из одной точки в другую. Это была немате¬риальная среда без всяких контактных сил, но способная пе¬редавать световые колебания.

6. Опишите шкалу длин волн

Исключительным успехом электромагнитной теории Максвелла явилось создание шкалы электромагнитных волн. Вдоль шкалы слева направо непрерывно возрастает одна величина — частота (уменьшается длина волны), а ее увеличение приводит к появлению качественно различных излучений.

В виду огромного различия длин волн эта шкала построена в логарифмическом масштабе: метки на шкале соответствуют длинам, каждая из которых отличается в 10 раз от соседней. На шкале указаны участки длин волн (или ), занимаемые различными типами электромагнитных волн. Распределение электромагнитных волн по типам сделано в соответствии со способами их генерации. С изменением длины электромагнитных волн изменяется и их взаимодействие с веществом, поэтому методы их регистрации и изучения различны. Различают следующие участки на шкале:

1) электромагнитные колебания низкой частоты м

2) радиоволны м м

3) инфракрасное излучение м м

4) видимый свет м м

5) ультрафиолетовое излучение м м

6) рентгеновское излучение м м

7) -излучение м

7. Определения понятий близкодействия и дальнодействия.

Близкодействие — передача взаимодействия посредством полей от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

Дальнодействие — действие на расстоянии, при котором действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на любые расстояния без каких—либо посредствующих звеньев.

8. Откуда следует, что свет является электромагнитной волной?

В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической физики, строго оформив её математически, и на ее основе получив твердое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.

9. Что представляет собой электромагнитная картина мира? Отметьте её достоинства и недостатки.

Отметим некоторые общие характеристики этой парадигмы. Она включает не только представления о полях, но и появившиеся к тому времени новые данные об электронах, фотонах, ядерной модели атома, закономерностях химического строения веществ и расположения элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева и ряд других результатов познания природы. В эту же концепцию вошли идеи квантовой механики и теории относительности, о которых речь еще будет идти дальше.

Главным в таком представлении является возможность описать большое количество явлений на основе понятия поля. В отличие от механической картины было установлено, что материя существует в виде вещества и в виде поля. Электромагнитное взаимодействие на основе волновых представлений достаточно уверенно описывает не только электрические и магнитные, но и оптические, химические, тепловые и механические явления.

Недостатки. Так, в ней не рассматриваются вероятностные подходы; по существу, вероятностные закономерности не признаются фундаментальными, сохранены детерминистский подход Ньютона к описанию отдельных частиц и жесткая однозначность причинно-следственных связей (что сейчас оспаривается синергетикой), ядерные взаимодействия и их поля объясняются не только электромагнитными взаимодействиями между заряженными частицами.

10. Статистические и термодинамические свойства макросистем.

11. Полная и внутренняя энергия системы. Определение понятия энергии.

Энергия (греч. — действие) — общая количественная мера раз-личных форм движения материи, мера различных процессов и видов взаимодействия, всякое изменение в свойствах вещества, дающее ему возможность производить работу; имеет размерность работы, связывает воедино все явления природы.

Внутренняя энергия — энергия физической системы, зависящая от ее внутреннего состояния, она включает энергию хаотического движения всех микрочастиц системы и энергию их взаимодействия.

Полная энергия системы является суммой внешней и внутренней энергии системы. Внешняя энергия системы состоит из кинетической и потенциальной энергий системы как целого. Внутренняя энергия системы – это энергия системы, зависящая только от ее внутреннего состояния и не включающая в себя виды энергии системы как целого.

12. Нулевое начало термодинамики

Нулевое начало термодинамики (общее начало термодинамики) — физический принцип, утверждающий, что вне зависимости от начального состояния изолированной системы в конце концов в ней установится термодинамическое равновесие, а также что все части системы при достижении термодинамического равновесия будут иметь одинаковую температуру. Тем самым нулевое начало фактически вводит и определяет понятие температуры. Нулевому началу можно придать чуть более строгую форму:

Если система A находится в термодинамическом равновесии с системой B, а та, в свою очередь, с системой C, то система A находится в равновесии с C. При этом их температуры равны.

13. Понятие энтропии

Энтропия (греч. — поворот, превращение) — термодинамическая функция S, характеризующая меру внутренней неупорядоченности системы; в изолированной системе энтропия остается постоянной при обратимых процессах и в равновесии, максимальна или возрастает — при необратимых; равна отношению в равновесном процессе количеству теплоты Q к термодинамической температуре Т. описывает направление термодинамического процесса. Введена Клаузиусом (Р. Эма¬нуэль) в 1865 г. и широко используется в физике, химии, биологии, теории информации и в целом в современном естествознании.

14. Второе начало термодинамики: закон возрастания энтропии.

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не должна равняться 0.

15. Третье начало т-ки: теорема Нернста

ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ (Нернста теорема) устанавливает, что энтропия физической системы при стремлении температуры к абсолютному нулю не зависит от параметров системы и остается неизменной

16. Гипотеза Луи де Бройля.

Согласно гипотезе де Бройля каждая материальная частица обладает волновыми свойствами, причем соотношения, связывающие волновые и корпускулярные характеристики частицы остаются такими же, как и в случае электромагнитного излучения.

17. Квантовая гипотеза Планка, физический смысл постоянной Планка

Гипотеза Планка — гипотеза, заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию , пропорциональной частоте ν излучения.

Физический смысл постоянной Планка (квант действия) состоит в том, что ес¬ли в классической физике минимальное количество действия может быть любым, то в квантовомеханическом представлении оно не может быть меньше п. Не касаясь тонкостей доказа-тельств, заметим, что в этих условиях энергия, импульс и мо¬мент импульса (см. § 2.6) будут иметь дискретный спектр значе¬ний, т.е., как говорят физики, квантованы на величину А. По¬скольку значение Л мало, то в каждом кванте заключено очень малое количество энергии и поэтому, возвращаясь в макромир, отметим, что в больших количествах энергии ее дискретная при¬рода незаметна, поскольку небольшое изменение числа квантов оказывается пренебрежимо малым. Поэтому постоянная Планка имеет сугубо квантовый характер. Это свидетельствует, по мне¬нию английского теоретика С. Хокинга, о том, что «структура природы является зернистой, а не гладкой»

18. Основные этапы формирования квантово-полевой картины мира (КПКМ) .

19. Принцип дополнительности в квантовой физике и как принцип познания в современном естествознании.

Бор в 1928 г. обобщил и более широко трактовал принцип не¬определенности Гейзенберга в своем принципе дополнительнос¬ти, смысл которого в обобщенной формулировке состоит в том, что получение экспериментальной информации об одних физи¬ческих параметрах неизбежно приводит к потере других, допол¬нительных параметров, которые характеризуют это же явление (эффект) с несколько другой стороны.

Принцип дополнительности как общий принцип познания может быть сформулирован

следующим образом: всякое истинно глубокое явление природы не может быть

определено однозначно и требует для своего определения, по крайней мере, двух

взаимоисключающих, дополнительных понятий. Например, иллюстрацией принципа

дополнительности в какой-то мере может служить совместное существование науки

искусства как двух различных способов изучения окружающего мира

20. Принцип неопределенностей

Из соотношения неопределенности так¬же следует, что, измеряя сколь угодно точно одну из величин, мы получаем неопределенность в другой, поскольку их произведе¬ние равно определенной величине. Таким образом, принцип не¬определенности имеет принципиально вероятностный характер предсказания событий. Квантовая теория не может предсказать результат отдельного события, однако она с большой точностью дает средние значения для большого числа событий.

21. Понятия пространства и времени с позиций КПКМ

Все рассмотренные ранее картины мира отличались своей трактовкой таких фундаментальных понятий как пространство и время, движение, принцип причинности, взаимодействия. Рассмотрим, как они представлены в КПКМ.

Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что пространство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристики объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (x,y,z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер. Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставаться неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к другой.