Типи взаємодії

Для опису поведінки елементарних частинок слід враховувати тип взаємодії. Відомі такі чотири типи взаємодій між елементарними частинками: сильні (ядерні), електромагнітні, слабкі й гравітаційні.

Інтенсивність тієї чи іншої взаємодії характеризують певним безрозмірним параметром а, який інакше називають константою взаємодії.

Сильні взаємодії проявляються між адронами – мезонами, нуклонами, гіперонами. Прикладом їх можуть бути вже розглянуті ядерні взаємодії нуклонів, що забезпечуються я-мезонами. Порівняльна константа взаємодії дорівнює І; радіус їхньої дії має порядок розміру ядра – 10і5 м; характерний час життя частинок, що розпадаються в результаті взаємодії (час руху піона на відстані r-10-15 м при максимальній швидкості с=3•108 м/с) ~ 10-23с

Електромагнітні взаємодії – забезпечують зв'язки між зарядженими частинками; вони реалізуються за допомогою електромагнітного поля. Теорією електромагнітної взаємодії є квантова електродинаміка, згідно з якою заряджені частинки взаємодіють за допомогою віртуальних фотонів, якими обмінюються частинки; величина імпульсу фотона p=hν/c

Слабкі взаємодії відповідальні за всі р-розпади ядер, розпади багатьох елементарних частинок, за всі процеси взаємодії нейтрино з речовиною.

Гравітаційні взаємодії з усіх інших тилів фундаментальних взаємодій найслабкіші. Порівняльну константу цієї взаємодії знаходять за виразом ,де r – гравітаційна стала; М – маса нуклона, за підрахунками а =2·10-39. Гравітаційні взаємодії із збільшенням відстані повільно зменшуються, тому радіус їх дії необмежений. Час реалізації взаємодії ~108років. Чим слабкіші взаємодії, тим довший час потрібний для здійснення зумовленої ними реакції. У фізиці мікрочастинок гравітаційними силами нехтують, хоч цієї взаємодії зазнають усі частинки.

17. Електромагнітні коливання. Коливальний контур. Власні, вільні і вимушені коливання. Генерація незатухаючих електромагнітних коливань.

Серед різних електричних явищ особливе місце займають електромагнітні коливання, при яких фізичні величини (заряди, струми, електричні і магнітні поля) періодично змінюються. Для виникнення і підтримування електромагнітних коливань необхідні певні системи, найпростішою з який є коливальний контур – ланцюг, який складається з увімкнених послідовно котушки індуктивністю L, конденсатора ємністю С.

Власна частота - частота коливань системи, яка виконує вільні коливання.

Вільні електромагнітні коливання - які здійснюються без зовнішньої дії за рахунок раніше накопиченої енергії.

Вимушеними електромагнітними коливаннями називаються коливання в колі під дією зовнішньої періодичної ЕРС. Змінна ЕРС виникає під час обертання замкненого провідника в однорідному магнітному полі.

Розглянемо послідовні стадії коливального процесу в ідеалізованому контурі, опір якого безмежно малий Для виникнення в контурі коливань конденсатор попередньо заряджають, надаючи його обкладкам зарядиQ. Тоді в початковий момент часу (рис. 5, а) між обкладками конденсатора виникне електричне поле, енергія якого

Замкнувши конденсатор на котушку індуктивності, він почне розряджатися й у контурі потече зростаючий з часом струм I. У результаті енергія електричного поля буде зменшуватися, а енергія магнітного поля котушки – зростати.

Так як , то, відповідно до закону збереження енергії, повна енергія контуру буде дорівнювати

тому що енергія на нагрівання провідників у такому коливальному контурі не витрачається. У момент часу , коли конденсатор повністю розрядиться, енергія електричного поля зменшується до нуля, а енергія магнітного поля, а отже, і струм досягають найбільшого значення (рис. 5,б). Починаючи з цього моменту часу струм у контурі буде зменшуватися; отже, почне слабшати магнітне поле котушки й індукований у ній струм, який тече (відповідно до правила Ленца) у тому ж напрямку, що й струм розрядки конденсатора. Конденсатор почне перезаряджатися, при цьому виникне електричне поле, яке намагатиметься послабити струм, який зрештою зменшується до нуля, а заряд на обкладках конденсатора досягне максимуму (рис. 5, в). Далі ті ж процеси почнуть протікати в зворотному напрямку (рис. 5, г) і система до моменту часуt = Τ прийде в початковий стан (рис. 5, а). Після цього почнеться повторення розглянутого циклу розрядки і зарядки конденсатора.

Якби втрат енергії не було, то в контурі відбувалися б періодичні незатухаючі коливання, тобто періодично змінювалися (коливалися) б заряд Q на обкладках конденсатора, напруга U на конденсаторі і сила струму I, яка тече через котушку індуктивності.

Отже, у контурі виникають електричні коливання з періодом Т, причому протягом першої половини періоду струм тече в одному напрямку, протягом другої половини – у протилежному. Коливання супроводжуються перетвореннями енергій електричних і магнітних полів.

Електричні коливання у коливальному контурі можна зіставити з механічними коливаннями маятника (рис. 7), які супроводжуються взаємними перетвореннями потенціальної і кінетичної енергій маятника.

Генератор незатухаючих коливань

Працює автогенератор на транзисторі так. Під час вмикання джерела живлення через транзистор проходить імпульс струму, який заряджає конденсатор контуру. В результаті в коливальному контурі виникають вільні електромагнітні коливання. Змінний струм, проходячи котушкою контуру, індукує на кінцях котушки зворотного зв'язку змінну напругу. Ця напруга подасться на емітерний перехід транзистора. Внаслідок цього через транзистор проходять імпульси сили струму, тривалість яких заложить від режиму роботи транзистора. У перший півперіод коливання, коли емітерний перехід вмикається в прохідному напрямі, в колекторному колі транзистора йде струм. Цей струм збігається за напрямом зі струмом у котушці контуру. В результаті сила струму в котушці наростає і відбувається підзарядка конденсатора, тобто компенсуються втрати енергії в контурі.