1. Дисперсия и поглощение света;

2. Спектроскоп и спектрограф.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиоле­тового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломле­ния света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, сле­довательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

Прибор для разложения сложного света и наблюдения спектров называется спектроскопом. Спектроскоп состоит из 2 труб: коллиматорной и зрительной, укреплённой на подставке и стеклянной призмы под крышкой. Спектр можно наблюдать через окуляр, используемый в качестве лупы.

Спектрограф – спектральный прибор, в котором приёмник излучения регистрирует практически одновременно весь спектр, развёрнутый в фокальной плоскости оптической системы. В качестве приёмников излучения в С. служат фотографические материалы, многоэлементные фотоприёмники или электроннооптические преобразователи. Если регистрирующее устройство приспособлено для исследования быстро меняющихся во времени спектров, то в зависимости от конструкции С. называется киноспектрографом, спектрохронографом, хроно-спектрографом.

Билет №20 (1)

1. Модель строения твёрдых тел.

2. Изменения агрегатных состояний вещества,

3. кристаллические тела: анизотропия кристаллов;

4. плотная упаковка;

5. пространственная решётка;

6. монокристаллы и поликристаллы;

7. полиморфизм: аморфные тела.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Агрегатные состояния: твёрдое, жидкое, газообразное. Молекулы и атомы в твёрдом теле совершают беспорядочные колебания относительно положений, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешены. В жидкости молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее, эти перескоки молекул являются причиной текучести жидкости, её способности принимать форму сосуда. В газах обычно расстояния между атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул. Силы отталкивания на больших расстояниях очень малы, поэтому газы легко сжимаются. Практически не действуют между молекулами газа и силы притяжения, поэтом газы обладают свойством неограниченно расширяться.

Опыт показывает, что для превращения жидкости в пар при постоянной температуре необходимо передать ей кол-во теплоты Qп, пропорциональной массе m жидкости, превратившейся в пар: Qп = rm. Коэффициент проп-и r называется удельной теплотой парообразования. Выражается в Дж/кг У.т.п. показывает, какое кол-во теплоты необходимо для превращения 1 кг. жидкости в пар при постоянной t Теплота парообразования расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул вещества и работу при расширении пара. При конденсации происходи выделение такого же количчества теплоты, какое поглощалось при испарении: Qк=-rm. Qплавления=λm λ – удельная теплота плавления Дж/кг Показывает, какое кол-во теплоты необходимо для плавления 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления.

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Кристаллы по - разному проводят теплоту и ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Различаются четыре типа кристаллической решетки: 1). Ионные кристаллы – большинство неорганических соединений, например соли, окиси металлов; 2). Атомные кристаллы – кристаллические решетки полупроводников, многие органические твердые тела; 3). Молекулярные кристаллы – бром, метан, нафталин, парафин, многие твердые органические соединения; 4). Металлические кристаллы – металлы. Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическими. Одиночные кристаллы называют монокристаллами. Аморфные тела не имеют определенной формы в своей структуре строения атома или молекулы, не имеют кристаллической решетки, обладают свойством изотропии. Изотропия – это свойство одинаково передавать тепло, электрический ток по всем направлениям одинаково. Определенной температуры плавления у аморфных тел нет. Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела. Упругость – это деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешних сил. Модуль упругости или модуль Юнга – это коэффициент пропорциональности Е, входящий в закон Гука : =Е| |. Предел упругости - максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации (0,1%). Прочностью материала называется его свойство выдерживать действия внешних сил без разрушения. Пределом прочности называется механическое напряжение, которому соответствует наибольшая выдерживаемая телом нагрузка перед разрушением его кристаллической структуры. Запасом прочности называется число, показывающее, во сколько раз предел прочности больше допускаемого напряжения. Пластичными называют материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации (глина, песок). Деление материалов на упругие и пластичные в значительной мере условно. Получение материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и др. свойствами – одно из основных направлений современной физики твердого тела. Теоретические исследования приводят к созданию твердых тел, свойства которых совершенно необычны.

Билет №20 (2)

1. Опыт Резерфорда;

2. ядерная модель атома;

3. квантовые постулаты Бора;

4. лазеры.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопи­лось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения ато­мов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а- частиц при про­хождении через тонкие слои вещества. В этих опы­тах узкий пучок α-частиц, испускаемых радиоак­тивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обна­ружено, что большинство α-частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохож­дения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые α-частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние α-частиц Резерфорд объяснил тем, что положитель­ный заряд не распределен равномерно в шаре радиу­сом 10^-10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома — атомном ядре. При прохождении около ядра α-частица, имеющая поло­жительный заряд, отталкивается от него, а при по­падании в ядро — отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует цент­ральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10^-15 μ.

Резерфорд предположил, что атом устроен по­добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра­щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За­ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:

электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом — это устойчивая система; при движении по круговой ор­бите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непре­рывный спектр, на практике же получается иное:

электроны атомов излучают свет, имеющий линейча­тый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.

В основу своей теории Бор положил два посту­лата. Первый постулат: атомная система может на­ходиться только в особых стационарных или кван­товых состояниях, каждому из которых соответ­ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона со­ответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного ста­ционарного состояния в другое испускается или по­глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Е_m – Ε_n; h = 6,62 • 10^-34 Дж • с, где h — постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

Теория Бора позволила объяснить существова­ние линейчатых спектров.

Лазер – устройство, в котором энергия (напрмер: тепловая, химическая, электрическая) превращается в энергию электромагнитного поля – лазерный луч.

Билет №21 (1)

1. Термодинамический подход к изучению физических явлений.

2. Внутренняя энергия и способы её изменения.

3. Первый закон термодинамики.

4. Применение первого закона термодинамики к изотермическому, изохорному, изобарному и адиабатному процессам.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотиче­ски движутся и взаимодействуют друг с другом, по­этому любое тело обладает внутренней энергией.

Внутренняя энергия — это величина, характери­зующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц си­стемы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2• т/М • RT.

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существуют два способа изменения внутрен­ней энергии: теплопередача и совершение механи­ческой работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопере­дача бывает трех видов: теплопроводность (непо­средственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излуче­ние (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче яв­ляется количество теплоты (Q).

Эти способы количественно объединены в за­кон сохранения энергии, который для тепловых про­цессов читается так. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теп­лоты, переданной системе, и работы, внешних сил, совершенной над системой. ∆U= Q + А, где ∆U— изменение внутренней энергии, Q — количество теп­лоты, переданной системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым за­коном термодинамики, можно записать так: Q = Α' + ∆U, т. е. количество теплоты, переданное систе­ме, идет на совершение системой работы и измене­ние ее внутренней энергии.

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ∆U=А+Q. Если система не совершает работу А=0 и она не обменивается теплотой с окружающими телами (Q=0) =>∆U=U-U=0 т.е. внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной. Из 1 закона: Q=∆U+A (A= −A) количество теплоты, переданное системе идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Изохорный процесс. При изохорном процессе объем газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной теплоты: ∆U=Q. Если газ нагревается, то Q>0 и ∆U>0, его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении газа Q<0 и ∆U=U−U<0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа уменьшается.

Изотермический процесс. При изотермическом процессе (Т=const) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы: Q=A. Если газ получает теплоту Q>0, то он совершает положительную работу (А>0). Если напротив газ отдает теплоту окружающей среде, то Q<0 и A<0. Работа же внешних сил над газом в последнем случае положительна.

Изобарный процесс. При изобарном процессе согласно формуле Q=∆U+A передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении. Адиабатный процесс. Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.

При адиабатном процессе Q=0 и согласно уравнению: ∆U=A+Q, изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы: ∆U=A. Согласно этому уравнению при совершении над системой положительной работы, например при сжатии газа, внутренняя энергия его увеличивается, что означает повышение температуры газа. И наоборот при расширении газа сам газ совершает положительную работу (А>0) и внутренняя энергия его уменьшается - газ охлаждается.

Билет №21 (2)

1. Модели строения атомного ядра;

2. ядерные силы;

3. нуклонная модель ядра;

4. энергия связи ядра;

5. ядерные реакции.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Электрический заряд атома ядра q равен произведению элементарного электрического заряда e на порядковый номер Z химического элемента в таблице Менделеева . Атомы, имеющие одинаковое строение, имеют одинаковую электронную оболочку и химически неразличимы. В ядерной физике применяются свои единицы измерения. 1 ферми – 1 фемтометр, . 1 атомная единица массы – 1/12 массы атома углерода . . Атомы с одинаковым зарядом ядра, но различными массами, называются изотопами. Изотопы различаются своими спектрами. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно зарядовому числу Z, число нейтронов – массе минус число протонов A–Z=N. Положительный заряд протона численно равен заряду электрона, масса протона – 1.007 а.е.м. Нейтрон не имеет заряда и имеет массу 1.009 а.е.м. (нейтрон тяжелее протона более чем на две электронные массы). Нейтроны стабильны только в составе атомных ядер, в свободном виде они живут ~15 минут и распадаются на протон, электрон и антинейтрино. Сила гравитационного притяжения между нуклонами в ядре превышает электростатическую силу отталкивания в 10³⁶ раз. Стабильность ядер объясняется наличием особых ядерных сил. На расстоянии 1 фм от протона ядерные силы в 35 раз превышают кулоновские, но очень быстро убывают, и при расстояния около 1.5 фм ими можно пренебречь. Ядерные силы не зависят от того, имеется ли у частицы заряд. Точные измерения масс атомных ядер показали наличие различия между массой ядра и алгебраической суммой масс составляющих его нуклонов. Для разделения атомного ядра на составляющие необходимо затратить энергию . Величину называют дефектом массы. Минимальную энергию, которую необходимо затратить на разделение ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра, расходуемой на совершение работы против ядерных сил притяжения. Отношение энергии связи к массовому числу называется удельной энергией связи. Ядерной реакцией называется превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое, отличное от исходного. В результате ядерной реакции могут испускаться частицы или гамма-кванты. Ядерные реакции бывают двух видов – для осуществления одних надо затратить энергию, при других происходит выделение энергии. Освобождающаяся энергия называется выходом ядерной реакции. При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения. Закон сохранения момента импульса принимает форму закона сохранения спина.

Билет №22 (1)

1. Тепловые машины:

2. основные части и принципы действия тепловых машин:

3. коэффициент полезного действия тепловой машины и пути его повышения;

4. проблемы энергетики и охрана окружающей среды.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Тепловой двигатель – это многократно действующие устройства, преобразующие тепловую энергию в механическую. Любой тепловой двигатель, независимо от его конструктивных особенностей, состоит из 3 основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочее тело – газ или пар – при расширении совершает работу, получая от нагревателя некоторое кол-во теплоты Q. Температура Т нагревателя остается при этом постоянной за счет сгорания топлива. При сжатии рабочее тело передает некоторое количество теплоты Q холодильнику – телу постоянной температуры Т , меньше чем Т. Давление газа при сжатии ниже, чем при расширении, и это обеспечивает полезн. раб двигат. Холод. может служить и окруж. среда (двигат. внутренн. сгор., реакт двигат.). Согласно закону сохран. раб. соверш двигат равна:А=|Q| - |Q|, где Q – кол-во теплоты, получ. от нагреват, а Q – кол-во теплоты, отданн холод. Коэфф полезн действ (КПД) тепл двигат наз отнош работы А, соверш двигат, к кол-ву теплоты, получ от нагреват: При Т = Т двигат работать не может. Французский инж и учен Санди Карно придумал идеал теплов машину с идеал газом вместо раб тела. Он получил для КПД этой машины следущ знач: Карно доказал, что любая реальн теплов машина, работаюшая с нагреват, имеющем темпер Т и холод с темпер Т не может иметь КПД, превышающ КПД идеал теплов машины. Действ знач КПД приблиз равно 40%. Максим КПД имеют двигат Дизеля. Распространение теплов двигат на земле велико: это теплов и атомн электростанции; автомоб транспорт; водный транспорт (паровые турбины);в авиации и т.д. Негативн последств теплов двигат – это главн образом загрязн окруж среды, выбрасыв в атмосф сернистых соедин, оксидов азота, оксида углерода СО и др. Особ опасн в этом отнош представл автомоб, число которых угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена.

Обычно в тепловых машинах работа совершается расширяющимся газом. Газ, совершающий работу при расширении, называется рабочим телом. Расширение газа происходит в результате повышения его температуры и давления при нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получает количество теплоты Q называется нагревателем. Устройство, которому машина отдает тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначала изохорически растет давление, изобарически расширяется, изохорически охлаждается, изобарически сжимается. <рисунок с подъемником>. В результате совершения рабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его внутренняя энергия принимает исходное значение. Это значит, что . Согласно первому закону термодинамики, . Работа, совершаемая телом за цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равно разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику . Следовательно, . Коэффициентом полезного действия машины называется отношение полезно использованной к затраченной энергии . Для повышения КПД тепловых машин существует 2 пути: повышение температуры T1 нагревателя и понижение температуры T2 холодильника (КПД max=(T2-T1)/T1 КПД тепловой машины мог бы стать равным 1, если бы имелась возможность использовать холодильник с температурой равной абсолютному нулю. Однако этот путь не может быть достигнут. Наиболее приемлимыми холодлильниками для реальных тепловых машин являются атмосферный воздух или вода при T около 300K Следовательно основной путь повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – переход от использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к использованию дизельных двигателей, в топливо которых не доюавля.т свинца (fixed) Перспективными являются разработку и испытания автомобилей, в которых вместо бензина двигателей используется электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигаетль, использующий в качестве топлива водород. В последнем типае двигателей при сгорании водорода образуется вода.

Билет №22 (2)