Интенсивность каждого взаимодействия принято характеризовать константой взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия.
Гравитационное взаимодействие. Константа этого взаимодействия имеет величину порядка . Радиус действия не ограничен . Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения частицы. Однако в процессах микромира это взаимодействие существенной роли не играет. Существует предположение, что это взаимодействие передается гравитонами (квантами гравитационного поля). Однако к настоящему моменту ни каких экспериментальных фактов, которые подтвердили бы их существование не обнаружено.
Электромагнитное взаимодействие. Константа взаимодействия равна примерно , радиус действия не ограничен .
Сильное взаимодействие . Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия имеет величину порядка 10. Наибольшее расстояние на котором проявляется сильное взаимодействие составляет величину порядка м.
Слабое взаимодействие. Это взаимодействие отвечает за все виды - распада ядер, включая электронный К-захват, за процессы распада элементарных частиц и за процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Порядок величины константы этого взаимодействия составляет . Слабое взаимодействие, также как и сильное, является короткодействующим.
Вернемся к частице Юкавы. По его теории существует частица, передающая сильное взаимодействие, так же как фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, её назвали мезоном (промежуточный). Эта частица должна иметь массу промежуточную между массами электрона и протона и составлять . Поскольку фотоны не только передают электромагнитное взаимодействие, но существуют и в свободном состоянии, следовательно, должны существовать и свободные мезоны.
В 1937 году в космических лучах был открыт - мезон (мюон), который, однако не обнаруживал сильного взаимодействия с веществом. Искомую частицу обнаружили тоже в космических лучах через 10 лет Пауэлл и Оккиалини, назвали её - мезоном (пион).
Существуют положительный , отрицательный и нейтральный мезоны.
Заряд и мезонов равен элементарному заряду. Масса заряженных мезонов одинакова и равна 273 , масса электронейтрального - мезона немного меньше и составляет 264 . Спин всех трех мезонов равен нулю; время жизни заряженных мезонов составляет 2,6 с, а время жизни - мезона 0,8 с.
Все три частицы не стабильны.
Элементарные частицы обычно делят на четыре класса:
1. Фотоны (кванты электромагнитного поля). Они участвуют в электромагнитном взаимодействии, но никак не проявляют себя в сильном или слабом взаимодействиях.
2. Лептоны . К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: электроны и позитроны , мюоны , а также все виды нейтрино. Все лептоны имеют спин равный ½. Все лептоны являются носителями слабого взаимодействия. Заряженные лептоны участвуют также в электромагнитном взаимодействии. Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Они не распадаются на составные части, не имеют внутренней структуры и не имеют поддающихся определению размеров верхний предел м).
Последние два класса составляют сложные частицы, имеющие внутреннюю структуру: мезоны и барионы . Их часто объединяют в одно семейство и называют адронами .
К этому семейству относятся все три - мезона, а также К-мезоны. В класс барионов входят нуклоны, которые являются носителями сильного взаимодействия.
Как уже говорилось, уравнение Шрёдингера не удовлетворяет требованиям принципа относительности – оно не является инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца.
В 1928 году англичанин Дирак получил релятивистское квантовомеханическое уравнение для электрона, из которого естественным образом вытекало существование спина и собственного магнитного момента электрона. Это уравнение позволило предсказать существование античастицы по отношению к электрону – позитрона.
Из уравнения Дирака получалось, что энергия свободной частицы может иметь как положительные, так и отрицательные значения.
Между наибольшей отрицательной энергией и наименьшей положительной энергией имеется интервал энергий, которые не могут реализоваться. Ширина этого интервала равна . Следовательно, получаются две области собственных значений энергии: одна начинается от простирается до + , другая начинается от и простирается до . Согласно Дираку, вакуум – это пространство, в котором все разрешенные уровни с отрицательными значениями энергии полностью заполнены электронами (согласно принципу Паули), с положительными – свободны. Поскольку заняты все без исключения уровни ниже запрещенной полосы, то электроны, находящееся на этих уровнях никак себя не проявляют. Если одному из электронов на отрицательном уровне сообщить энергию , то этот электрон перейдет в состояние с положительной энергией, то он будет вести себя там как обычная частица с отрицательным зарядом и положительной массой. Вакансия (дырка), образовавшаяся в совокупности отрицательных уровней буде восприниматься как частица с положительными зарядом и массой. Эта первая из предсказанных теоретически частиц была названа позитроном.
Рождение электронно-позитронной пары происходит при прохождении -фотонов через вещество. Это один из процессов, приводящих к поглощению - излучения веществом. Минимальная энергия - кванта, необходимая для рождения электронно-позитронной пары равна 1,02 МэВ (что совпадало с расчетами Дирака) и уравнение такой реакции имеет вид:
Где Х – ядро, в силовом поле которого происходит рождение электронно-позитронной пары; именно оно и принимает избыток импульса - кванта.
Теория Дирака показалась современникам слишком «сумасшедшей» и была признана только после того, как в 1932 году Андерсон обнаружил позитрон в составе космического излучения. При встрече электрона с позитроном происходит аннигиляция, т.е. электрон снова возвращается на отрицательный уровень.
В несколько измененном виде уравнение Дирака применимо к другим частицам с полуцелым спином. Следовательно, для каждой такой частицы существует своя античастица.
Почти все элементарные частицы, как было уже сказано, принадлежат к одному из двух семейств:
1. Лептоны.
2. Адроны.
Основное различие между ними заключается в том, что адроны участвуют в сильном и электромагнитном взаимодействиях, а лептоны – нет.
Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Их всего было четыре: электрон (), мюон (), электронное нейтрино (), мюонное нейтрино . Позже были открыты лептон и его нейтрино . Они не распадаются на составные части; не обнаруживают ни какой внутренней структуры; не имеют поддающихся определению размеров .
Адроны более сложные частицы; они обладают внутренней структурой и участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Это семейство частиц можно разделить на два класса:
мезоны и барионы (протон, нейтрон, -барионы). Последние четыре вида барионов могут распадаться, в конечном счете, на протоны и нейтроны.
В 1963 году Гелл-Манн и независимо от него Цвейг высказали идею, согласно которой все известные адроны построены из трех истинно элементарных частиц – кварков, которые имеют дробный заряд.
u- кварк q = + ; d – кварк q = - ; s – кварк q = - .
До 1974 года все известные адроны удавалось представить как комбинацию этих трех гипотетических частиц, но открытый в этот год тяжелый - мезон не укладывался в трехкварковую схему.
Основываясь на глубокой симметрии природы, часть физиков высказала гипотезу о существовании четвертого кварка, который получил название «очарованный» его заряд равен q = + . Отличается этот кварк от остальных наличием свойства или квантового числа С = +1 - названного «очарованием» или «charm».
Вновь открытый - мезон оказался комбинацией «очарованного» кварка и его антикварка.
Дальнейшие открытия новых адронов потребовало введение пятого (в) и шестого (t) кварка. Различие между кварками стали называть «цветом» и «ароматом».
ГРАВИТАЦИЯ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ
Гаджиев С.Ш., д.т.н., проф.
НОУ ВПО «Социально-педагогический институт» г. Дербент
Аннотация: В статье рассматриваются явления движения силы природы, и по этим силам остальные явления, позволяющие раскрыть сущность познания природных явлений в целом, и, в частности, загадки «тяготения» и (или) физическую сущность гравитации. Всеобщий закон взаимодействия сил системы и основанный на нем универсальный метод служат ключом познания природных явлений и процессов. Из проведенного всестороннего анализа взаимодействия тел системы выходит, что причина не раскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии в природе как такового тяготения тел друг к другу.
Ключевые слова: познание природных явлений, закон, метод, взаимодействие тел.
Abstract: This article examines the phenomenon of motion the forces of nature, and these forces other phenomena, allowing to discover the essence of knowledge of natural phenomena in general and, in particular, the puzzle of "gravitation" and (or) the physical nature of gravity. Universal law of the interaction offorces and systems based on it are key universal method of knowledge of natural phenomena and processes. Of conducted a comprehensive analysis of the interaction of bodies appears that the reason is not solved the physical essence of the law of universal gravitation was in the nature of the absence of gravity as such bodies to each other.
Keywords: knowledge of natural phenomena, law, method, interacting bodies.
История возникновения мысли о всемирном тяготении
Академик С.И. Вавилов в своей книге «Исаак Ньютон» приводит широко известный рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева в Вульсторпе. Рассказ этот, по-видимому, достоверен и не является легендой. Стекелей передает следующую сцену, относящуюся к старости Ньютона: «После обеда в Лондоне (у Ньютона) погода была жаркая; мы перешли в сад, и пили чай втени нескольких яблонь; были только
мы вдвоем. Между прочим сер Исаак сказал мне, что в такой обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоки падают отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли. Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».
Рассказ Стекелея почему-то остался малоизвестным, зато по свету распространился аналогичный пересказ Вольтера со слов племянницы Ньютона. Рассказ понравился, стали показывать яблоко, будто бы послужившее поводом возникновения «Начал», поэты и философы воспользовались благодарной метафорой, сравнивая ньютоново яблоко с яблоком, погубившим Адама, или с яблоком Париса; людям далеким от науки, понравилась простая механика возникновения сложной научной идеи. Существуют и другие выдуманные легенды. Как мы видим, здесь Ньютон дал свое предположение о происходящем явлении, не раскрывая его физический механизм, и, естественно, это ему показалось реальной догадкой сущности природного явления.
Хотя гравитация самая явно ощутимая из всех четырех фундаментальных сил природы, которая действует на все и всех нас, начиная с самого детства, когда едва вставали и падали, не удерживаясь на ногах. Однако она до сих пор осталась неразгаданной загадкой природы.
Более трехсот лет прошло после открытия закона всемирного тяготения, установленного Ньютоном в виде математической формулы, и до сих пор все же не выявлен физический механизм тяготения тел друг к другу.
Причиной всему - это отсутствие как такового закона всемирного вообще тяготения, и в связи с отсутствием тяготение каких-либо тел друг к другу в природе. Все процессы, происходящие и приписываемые «тяготению», совершаются гравитационным полем, а не тяготением, приписанное природе сил гравитационного поля. Гравитация не является тяготением. Ничто не может создать тяготение тел друг к другу, в том числе и гравитация. Любое физическое поле совершает свою работу. Разве мы приписываем действию известного магнитного поля понятие «тяготение»? Нет. Потому что одновременно наблюдается и отталкивание. Вся причина заключается во взаимодействии, то есть в направленности движения этих (рассматриваемых) магнитных полей.
Считают, что согласно Эйнштейну, пространство и время - это форма существования материи. В реальности, никто не может возразить и сомневаться в том, что пространство и время определяют место нахождения и продолжительность существования материи и в том числе всевозможных физических полей. Основой всего Мироздания составляет пространство, где занимает место материальные составляющие, а также все известные и еще не выявленные физические поля, а
время определяет продолжительность существования материальных тел и длительность протекания явлений и процессов природы.
Возникшие представления об искривленности пространства и еще похуже, когда считают, что материя - это искривленное пространство. Тогда выходит, что материя отсутствует в природе, она становится пространством, то есть материя превращается в искривленное пространство. Из этого вытекает, что пространство бывает в двух состояниях: искривленное и не искривленное. Только не могут указать место нахождения и превращения или перехода материи в искривленное пространство. Нельзя же распределение (или нахождение) энергии в пространстве принимать за искривление самого пространства. Утверждение о том, что не луч меняет свое направление, проходя мимо Солнца, а искривленное пространство его так направляет, следует считать не обоснованным. Для изменения направления движения должна быть приложена определенная сила, что могло бы дать причину для обоснования того или иного явления. Иначе говоря, такие не обоснованные утверждения вызывают не что иное, как иронию трезвого ума. Выходит, что материя в природе отсутствует, остается только искривленное и не искривленное пространство.
Без надобности «прилепили» к пространству время и его, «по щучьему велению», назвали четырехмерным пространством. В итоге из трех фундаментальных составляющих Мироздание осталось только одно пространство, которому приписывают множество гипотетических предположений, которые уже вошли в обиход ученых, не имея реального физического представления о таких многомерных пространствах. Однако такие многомерности пространства - всего лишь умозрительные построения, не опирающиеся на практику, которые вводят в заблуждение многие поколения.
В любом случае очевидным остается то, что природа имеет в своей основе три фундаментальные ее составляющие: пространство, время, материя. Без их независимого существования, естественно, протекание каких-либо явлений и процессов немыслимо. Самый простой пример. Тело движется. Для этого необходимо пространство, время и еще само тело (материя). Что из них можно исключить из этого явления? Синкретизм, то есть слитность им обеспечила сама Природа. К чему их по частям объединять: пространство-время, пространство-тело (материя) или же объединить время с материей? Они объединены без нас и навсегда. Эта есть та «Святая Троица», без которой ничто быть не может.
Если материя исчезнет (удалится), то время и пространство останутся невостребованными. Избавиться от пространства и времени не представляется возможным. Они абсолютны, то есть вечные и неизменные первоосновы, как и материя, для всего существующего в мироздании. Естественно, для нахождения (существования) материи обязательно пространство как вместилище, а время необходимо для продолжительности существования. Следовательно, все эти три составляющие самого Мироздания вступают в свои функции, обеспечивая все природные явления и процессы. Задача науки - познавать физический механизм и
причина возникновения явлений и процессов, то есть добираться до сущности этих закономерностей явлений и ответить на вопрос: почему это происходит именно так, а не иначе?
Материя (масса) не может изменить геометрию пространства. Она только концентрирует поток гравитонов, и гравитационное поле не принадлежит какой-либо планете или другим космическим телам, так же как и свет не принадлежит фокусирующей линзе. Совершенно другое дело, когда мы рассматриваем магнитное поле, создаваемое самим магнитом. Иначе говоря, магнит излучает в пространство свое поле, а свет и гравитационное поле, в рассматриваемых явлениях не принадлежат этим телам. Они попадают извне от других излучателей. Например. Свет на линзу может попасть от любых его источников. Мы же не говорим, что линза искривляет пространство, хотя существует реальное сходство искривления, то есть изменение направления потока света. Аналогичная картина наблюдается и с гравитационным полем при прохождении через массивные космические тела.
Здесь мы находим аналогию между потоком света и гравитационным полем. При искривлении направления света через линзу мы наблюдаем преломление света и никак не можем утверждать, что свет попадает в искривленное пространство около линзы. В отличие от них магнитное поле, создаваемое самим магнитом, принадлежит магниту, а гравитационное поле не принадлежит к какому либо телу, с которым они взаимодействуют. Линза только концентрирует или может, в зависимости от формы линзы (оптического стекла), рассеивать световой поток. То же самое можно сказать и о концентрации потока гравитационного поля, осуществляемое большой массой сферических тел в космосе.
Гравитационное поле создает не тяготение, а подталкивание тел
Всесторонний анализ взаимодействия сил системы показывает, что притяжение -это кажущееся явление, как ранее казалось вращение Солнца, звезд и планет вокруг нашей Земли.
Известно, поиск фундаментальных законов природы остается еще одной грандиозной задачей науки. Природа сил распознается по явлениям движения, когда происходит изменение количества движения во времени. Для выявления природы физической сущности сил тяготения, обуславливающая тяжесть тела, необходимо искать причину возникновения такой тяжести по явлениям движения взаимодействующих материальных тел рассматриваемой системы.
Вне всякого сомнения, что все попытки понять физическую природу гравитации
неизменно заканчивались неудачей. Еще Г. Галилей пришел по этому вопросу к выводу, что мы не знаем ничего, за исключением названия, которое для данного специального случая известно как «тяжесть».
И. Ньютон, столкнувшись с проблемой объяснения природы тяготения, вынужден был признать, что причину силы тяготения он не мог вывести из явлений.
М. Клайн пишет, что Ньютон объяснил ограниченный успех своей программы следующим образом: «То, что гравитация должна быть внутренним, неотъемлемым и существенным атрибутом материи, позволяя тем самым любому телу действовать на другое на расстоянии через вакуум, без какого-либо посредника, с помощью которого и через которого действие и сила могли бы передаваться от одного тела к другому, представляется мне настолько вопиющей нелепостью, что, по моему глубокому убеждению, ни один человек, сколько-нибудь искушенный в философских материях и наделенный способностью мыслить, не согласится с ней».
Ньютон ясно осознавал, что открытый им закон всемирного тяготения -описание, а не объяснение. Поэтому он Ричарду Бентли писал: «Иногда вы говорите о тяготении как о чем-то существенном и внутренне присущем материи. Молю вас не приписывать это понятие мне, ибо я отнюдь не претендую на знание причин тяготения, и поэтому не буду тратить время на их рассмотрение» . Там же далее М. Клайн пишет, что у Х. Гюйгенса вызывало удивление, что Ньютон взял на себя труд проделать множество громоздких вычислений, не имея для этого ни малейшего основания, кроме математического закона всемирного тяготения. Гюйгенс считал идею тяготения абсурдной на том основании, что действие его, передаваемое через пустое пространство, исключало, какой бы то ни было механизма. Г. В. Лейбниц тоже подверг критике труды Ньютона по теории гравитации, считая, что знаменитая формула для сил тяготения - не более чем вычислительное правило, не заслуживающее названия закона природы. «Лейбниц сравнивал этот закон с анимистическим объяснением Аристотеля падения камня на землю ссылкой на «желание» камня вернуться на свое естественное место» .
Сам Ньютон не считал, что природу тяготения нельзя раскрыть. Он просто полагал, что уровень знаний его времени недостаточен для решения этой задачи, и надеялся, что природу тяготения исследуют другие. Однако его последователи этот временный отказ Ньютона от объяснения тяготения возвели в незыблемый принцип науки, который должен ограничиться только описанием явлений, не раскрывая глубоко их причин, еще недоступные человеческому пониманию.
Такой подход решения проблем свойственно некоторым исследователям при затруднениях познания явлений природы. Подобным методом ограничивали решение проблемы псевдоожиженного слоя. Некоторые даже решили псевдоожижение принять как новое состояние материи и отказаться от дальнейшего поиска физической сущности этого явления. Особый интерес ученых к этому вопросу «угас» во всем мире после раскрытия нами реальной физической сущности неоднородного псевдоожиженного состояния и опубликования результатов в ряде стран за рубежом.
Вековой проблемой остается объяснение «отрицательного» результата опыта Майкельсона-Морли. Из-за отсутствия, за определенный период времени, реального однозначного объяснения результата лишь одного этого эксперимента и
своего бессилия исследователи стали подвергать сомнению весь фундамент классической механики, в том числе и незыблемые законы сохранения. В результате ввели не свойственные природе зависимости: массы, времени и пространства от скорости движения тел. Решение этой проблемы и найденный нами реальный подход вполне может оказаться окончательным. Будем надеяться, что нас услышат, поймут, объективно оценят и примут наше решение, которое вернет непоколебимость основ классической механики. Эту тему следует подробно раскрыть в отдельной работе. Несмотря на широко распространенный закон всемирного тяготения, никому еще не удавалось объяснить его физический механизм, и природа его действия остались не раскрытыми.
На современном этапе развития науки нам представляется, что тяжесть возникает не из-за тяготения, а в результате подталкивания, вызываемое сопротивлением, оказываемое телом при прохождении через него гравитационного поля.
Анализируя реальную сущность наблюдаемых явлений, можно прийти к выводу, что «притяжение»- это кажущееся явление. Не тела притягиваются, а их подталкивают друг к другу или их отдаляют друг от друга.
В природе, видимо, не существует физического механизма «притяжения» тел, так как не наблюдается притяжение на расстоянии без действия извне. Взаимодействие тел обусловливает лишь подталкивание и отталкивание их. В механизм, наблюдаемой (в реальности кажущейся) «притягательной силы» двух тел, входит подталкивание за счет изменения количества движения (или импульса) третьего взаимодействующего с ними тела.
Таким третьим телом, которое обусловливает кажущееся нам притяжение к Земле, служит гравитационное поле (т.е. гравитоны), оказывающее давление на все материальные тела, что в реальности создает тяжесть, принимаемая нами за «притяжение» к Земле.
Здесь наблюдается аналогичная картина, как в свое время считали, что Земля является центром Вселенной, а все небесные тела движутся вокруг нее. В гравитационном поле тоже очевидным показалось «притяжение» к Земле, а в реальности каждая частица самой планеты и окружающая атмосфера испытывают давление (силу) гравитационного поля, направленное перпендикулярно к поверхности Земли. Следовательно, не Земля притягивает к себе, а она сама испытывает силу давления гравитонов, придающая «тяжесть» всем материальным составляющим элементам системы Земли.
В явлениях гравитационного поля и электромагнитного взаимодействия имеется существенная разница. В электромагнитных полях существует притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле - возникает только тяжесть. Видимо, в электрических зарядах одни заряженные тела излучают электрическое поле, а другие принимают, подобно магниту, где силовые линии всегда исходят из северного полюса и направляются к южному полюсу, в который входят. В
результате одноименные отталкиваются, а разноименные составляющие этих полей подталкивают тела друг к другу.
В отличие от них гравитационное поле пронизывает все тела. При этом сопротивление, оказываемое материальными телами гравитационному полю, вызывает давление, которое обусловливает тяжесть. Эта энергия тяжести, создаваемая гравитационным полем в массивных телах, переходит в теплоту, благодаря которой в недрах планет и звезд возникает и поддерживается соответствующая температура в неограниченное время. Тем самым происходит восполнение теряемой излучением теплоты (энергии) звезд, Солнца и планет.
Сила тяжести, вызываемая гравитацией, есть реальный результат взаимодействия, обусловленный изменением импульса гравитонов, а «тяготение» -это мнимое, кажущееся представление о явлениях при падении тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни.
К сожалению, в физике смешали понятия: гравитация, тяготение, притяжение и тяжесть. Телам не свойственно притягивать друг друга. Сближение свойственное телам - явление вынужденное, обусловливаемое третьим материальным телом или физическими полями: магнитным, электрическим, гравитационным и другими известными и еще неизвестными силами.
Мы даже не предполагаем возможность явления космических тел на расстоянии отталкивать друг от друга, и не представляем что-либо о необходимости «закона всемирного отталкивания». Это тогда как до сих пор не найдено физическое объяснение сущности и известнейшего «закона всемирного тяготения». О физической сущности явлений притяжения и тяготения ответ не найден из-за того, что их нет. В природе лишь наблюдаются отталкивание и подталкивание. Следовательно, и гравитация не может создавать ни тяготение, ни притяжение отсутствующие в природе.
Гравитация обусловливает тяжесть и тем самым возвращает рассеянную в космическом пространстве тепловую энергию. В основном энергия гравитационного поля концентрируется в массивных космических телах, где она переходит в массу, а масса в свою очередь накапливает гравитационную энергию. Очевидно, что и здесь проявляется божественный закон круговорота. По мере накопления энергии в Солнце и звездах возобновляется излучение, что приводит вновь к возврату энергии во всеобщий круговорот природных явлений.
Итак, можно сказать, что проблема «тепловой смерти» Вселенной отпадает (исчезает). Воображаемое опасение оказалось вынужденным вымыслом исследователей.
Все живое в природе, ее прелести, и гармония мироздания обязаны божественным законам круговорота и, в частности, концентрации и возврате в цикл круговорота энергии, где важнейшую роль играет гравитация. При отсутствии гравитационного поля не было бы ни жизни, ни теплоты. Тогда могло бы замерзнуть все. Остыло бы Солнце, и погасли бы все звезды и другие светила. Однако божественно очаровательные законы: круговорота, воссоздания,
воспроизводства, обновления, возобновления - властвуют и сохраняют устойчивость живой и неживой природы.
Любопытно, что по виду закон всемирного тяготения и закон взаимодействия электрических зарядов Кулона идентичны. Эта замечательная особенность в их сходстве помогает нам раскрыть механизм действия тяжести, создаваемый гравитационным полем. Только остается выяснить, почему в электрических зарядах наблюдаются притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле -только кажущееся нам «притяжение».
Аналогичная картина гравитационному притяжению наблюдается, когда железные опилки (предметы) притягиваются к магниту. Здесь мы наблюдаем тоже только притяжение и не наблюдаем присущее отталкивание одноименных полюсов.
Возникает вопрос. Почему железные предметы притягиваются и к северному и к южному полюсам магнита, а отталкивание отсутствует, подобно как в гравитационном поле? Чем объяснить механизм такого совпадения?
Разумеется, что сила возникает при изменении импульса, т.е. количества движения. Изменение последнего при постоянной массе обусловливаться может только за счет изменения скорости материального тела. С изменением скорости меняется энергетическое состояние тела в соответствии с принципом энергии, который гласит: всякое изменение скорости вызывает увеличение или уменьшение энергии тела.Следовательно, причина такого совпадения сил «притяжения» в таких разных явлениях объясняется изменением импульса (количества движения) потоков магнитного и гравитационного полей при взаимодействии с соответствующими материальными телами. Следует подчеркнуть, что в природе как таковое не представляется возможным существование притяжение тел. Поэтому совершенно справедливо считал Х. Гюйгенс идею тяготения абсурдной.
В реальности гравитационное поле пронизывает тела, подталкивая их по своему направлению движения. Тогда получается не закон тяготения, а закон движения тел в гравитационном поле под действием энергии тормозящихся гравитонов, вызываемой сопротивлением материальных тел гравитационному полю.
Обобщая изложенное, следует, что причина нераскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии как такового тяготение тел в природе.
Проведенный анализ показывает, что в природе, столь привычное для нас, в течение стольких лет, «тяготение» тел друг к другу отсутствует, а наблюдаемое сближение тел обуславливается за счет подталкивания их друг к другу третьим телом. В роли третьего тела могут выступать и физические поля, в том числе и гравитационное поле, которое «прижимает» все материальные тела к поверхности массивных космических образований - планет и звезд.
Всеобщий закон взаимодействия полей сил системы существенно облегчает решение многих проблем наряду с множеством проблем явлений и процессов природы и в том числе космологии.
Отрадно, что математическое выражение (описание) закона всемирного тяготения Ньютона тоже находит в выявленной физической сущности свое глубокое научное обоснование.
Вполне оказалось целесообразным для познания природных явлений, когда исходят из всеобщего закона взаимодействия полей сил системы, служащего универсальным ключом для выявления сущности наблюдаемых явлений и процессов во всем мироздании.
Л и т е р а т у р а:
1. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. - М. - Л.: Издательство АН СССР, 1945. -230 с.;
2. Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ./ Под ред. В.И. Аршинова, Ю.В.Сачкова. - М.: Мир, 1988. - 295с.;
3. Гаджиев С.Ш. Взаимодействие сил системы в технологических процессах (анализ, теория, практика). - Махачкала: Издательство ДГУ, 1993. - 210с.
Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые; основные характеристики и значение в природе. Особая роль электромагнитных взаимодействий.
Фундаментальные взаимодействия – качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел
Эволюция теорий фундаментальных взаимодействий:
До 19 века:
Гравитационные (Галилей, Ньютон-1687);
Электрические (Гильберт, Кавендиш-1773 и Кулон-1785);
Магнитные (Гильберт, Эпинус-1759 и Кулон-1789)
Рубеж 19 и 20 веков:
Электромагнитные (электромагнитная теория Максвелла-1863);
Гравитационные (общая теория относительности Эйнштейна-1915)
Роль гравитационных взаимодействий в природе:
Гравитационные взаимодействия:
Закон всемирного тяготения;
Сила притяжения между планетами Солнечной системы;
сила тяжести
Роль электромагнитных взаимодействий в природе:
Электромагнитные взаимодействия:
Закон Кулона;
Внутри- и межатомные взаимодействия;
Сила трения, сила упругости,…;
Электромагнитные волны (свет)
Роль сильных взаимодействий в природе:
Сильные взаимодействия:
Малый радиус действия (~10 -13 м);
Примерно в 1000 раз сильнее электромагнитных;
Убывают примерно по экспоненте;
Являются насыщенными;
Отвечают за стабильность атомного ядра
Роль слабых взаимодействий в природе
Слабые взаимодействия:
Очень малый радиус действия (~10 -18 м);
Примерно в 100 раз слабее электромагнитных;
Являются насыщенными;
Отвечают за взаимные превращения элементарных частиц
2. Электрический заряд и его основные свойства: биполярность, дискретность, инвариантность; микроскопические носители электрических зарядов, понятие о кварках; закон сохранения электрического заряда; физические модели заряженных тел.
Электрический заряд – это физическая скалярная величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия;
*обозначается q или Q;
*измеряется в системе единиц СИ в кулонах
Основные свойства электрического заряда:
Биполярность:
существуют электрические заряды двух знаков – положительный (стеклянная палочка) и отрицательный (эбонитовая палочка);
*одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются
Аддитивность:
*электрический заряд физического тела равен алгебраической сумме электрических зарядов находящихся в нем заряженных частиц – микроскопических носителей электрического заряда
Дискретность:
Основные свойства электрического заряда
Равенство модулей положительно-го и отрицательного элементарных электрических зарядов:
Ø модули зарядов электрона и протона равны с высокой точностью
Инвариантность:
величина электрического заряда не зависит от системы отсчета в которой он измеряется
это отличает его от массы тела
Закон сохранения:
*алгебраическая сумма электрических зарядов тел (частей тела, элементарных частиц), составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях между ними; включая аннигиляцию (исчезновение) вещества
электрон – носитель отрицательного элементарного электрического заряда (
протон – носитель положительного элементарного электрического заряда ( )
кварк - гипотетическая фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3
Закон Кулона: физическая сущность и значение в электродинамике; векторная форма записи закона и принцип суперпозиции электростатических сил; методы экспериментальной проверки закона и границы его применимости.
Закон Кулона - Два неподвижные точечные электрические заряды, находящиеся в вакууме, взаимодействуют между собой с силами, пропорциональными величине этих зарядов и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними
Электрический диполь: физическая модель и дипольный момент диполя; электрическое поле, создаваемое диполем; силы, действующие со стороны однородного и неоднородного электрических полей на электрический диполь.
Электрический диполь – система, состоящая из двух разноименных точечных электрических зарядов, модули которых равны:
Плечо диполя; O – центр диполя;
Дипольный момент электрического диполя:
Единица измерения - =Кл*м
Электрическое поле, создаваемое электрическим диполем:
Вдоль оси диполя:
Силы, действующие на электрический диполь
Однородное электрическое поле:
Неоднородное электрическое поле:
Концепция близкодействия, электрическое поле. Полевая трактовка закона Кулона. Напряженность электростатического поля, силовые линии. Электрическое поле, создаваемое неподвижным точечным зарядом. Принцип суперпозиции электростатических полей.
Дальнодействие – концепция классической физики, согласно которой физические взаимодействия передаются мгновенно без участия какого-либо материального посредника
Близкодействие – концепция классической физики, согласно которой физические взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника со скоростью, не превышающей скорость света в вакууме
Электрическое поле – это особый вид материи, одна из составляющих электромагнитного поля, которое существует вокруг заряженных частиц и тел, а также при изменении в течение времени магнитного поля
Электростатическое поле – это особый вид материи, существующий вокруг неподвижных заряженных частиц и тел
В соответствии с концепцией близкодействия неподвижные заряженные частицы и тела создают в окружающем пространстве электростатическое поле, которое оказывает силовое воздействие на помещенные в это поле другие заряженные частицы и тела
Таким образом, электростатическое поле является материальным переносчиком электростатических взаимодействий. Силовой характеристикой электростатического поля является локальная векторная физическая величина – напряженность электростатического поля. Напряженность электростатического поля обозначается латинской буквой: и измеряется с системе единиц СИ в вольтах разделить на метр:
Определение: отсюда
Для поля, создаваемого неподвижным точечным электрическим зарядом:
Силовые линии электростатического поля
Для графического (наглядного) изображения электростатических полей применяются
Ø касательная к силовой линии совпадает с направлением вектора напряженности электростатического поля в данной точке;
Ø густота силовых линий (их число на единицу нормальной поверхности) пропорциональна модулю напряженности электростатического поля;
силовые линии электростатического поля:
Ø являются разомкнутыми (начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах);
Ø не пересекаются;
Ø не имеют изломов
Принцип суперпозиции для электростатических полей
Формулировка:
Если электростатическое поле создается одновременно несколькими неподвижными электрически заряженными частицами или телами, то напряженность данного поля равна векторной сумме напряженностей электростатических полей, которые создаются каждой из этих частиц или тел независимо друг от друга
6. Поток и дивергенция векторного поля. Электростатическая теорема Гаусса для вакуума: интегральная и дифференциальная формы теоремы; ее физические содержание и смысл.
Электростатическая теорема Гаусса
Поток векторного поля
Гидростатическая аналогия:
Для электростатического поля:
Поток вектора напряженности электростатического поля через поверхность пропорционален числу силовых линий, которые пересекают эту поверхность
Дивергенция векторного поля
Определение: 
Единицы измерения:
Теорема Остроградского: 
Физический смысл: расходимость вектора, указывает на наличие источников поля
Формулировка:
Поток вектора напряженности электростатического поля через замкнутую поверхность произвольной формы пропорционален алгебраической сумме электрических зарядов тел или частиц, которые находятся внутри этой поверхности.
Физическое содержание теоремы:
*закон Кулона, поскольку является его прямым математическим следствием;
*полевая трактовка закона Кулона на основе концепции близкодействия электростатических взаимодействий;
*принцип суперпозиции электростатических полей
Применение электростатической теоремы Гаусса для расчета электростатических полей: общие принципы; расчет поля равномерно заряженной бесконечно длинной тонкой прямой нити и равномерно заряженной безграничной плоскости.
Применение электростатической теоремы Гаусса
Циркуляция и ротор векторного поля. Работа сил электростатического поля: потенциальный характер электростатического поля; разность потенциалов между двумя точками поля, потенциал в заданной точке поля; эквипотенциальные поверхности; расчет потенциала поля, создаваемого неподвижным точечным зарядом; принцип суперпозиции для потенциала.
Потенциал электростатического поля в вакуме
Работа силы :
-криволинейный интеграл.
- циркуль вектора (интегральная хар.)
; ; в-диф=бесконечно малому приращению.
Ротор векторного поля : (локальная характеристика). Разбираем поверхность, ограниченную , на элементарные площадки ;
- циркуляция по контуру ;
- ротор вектора.
Rot векторной величины является вектор. Rot – вихрь.
Циркуляция приходящая на поверхность rot=0 когда проекция =0.
Если работа силы = 0, то и rot=0 и циркуляция.
Теорема Стокса:
Циркуляция вектора по замкнутому контуру =потоку. Rot через поверхность ограниченную этим контуром.
циркул=0, то поле без вихревое.
Градиент скалярной функции. Связь между напряженностью электростатического поля и его потенциалом: математическая запись и физический смысл для однородного и неоднородного полей; применение для расчета полей. Уравнение Пуассона.
ГРАДИЕНТ ФУНКЦИИ
и = f(x, у,
z), заданной в некоторой обл. пространства (X Y Z),
есть вектор
с проекциями обозначаемый символами: grad где i, j, k
- координатные орты. Г. ф. - есть функция точки (х, у,
z), т. е. он образует векторное поле. Производная в направлении Г. ф. в данной точке достигает наибольшего значения и равна: 
Уравнение Пуассона - эллиптическое дифференциальное уравнение в частных производных, которое, среди прочего, описывает
*электростатиче ское поле,
*стационарное поле температуры,
*поле давления,
*поле потенциала скорости в гидродинамике.
Это уравнение имеет вид:
В трёхмерной декартовой системе координат уравнение принимает форму:
Нахождение φ для данного f - важная практическая задача, поскольку это обычный путь для нахождения электростатического потенциала для данного распределения заряда. В единицах системы СИ:
где - электростатический потенциал (в вольтах), - объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а -диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).
Электрический ток и его основные характеристики: физическая сущность явления; дрейфовая скорость, плотность и сила электрического тока; закон сохранения электрического заряда в виде уравнения непрерывности.
Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Различают два вида электрических токов – токи проводимости и конвекционные токи.
Током проводимости
называют упорядоченное движение в веществе или вакууме свободных заряженных частиц – электронов проводимости (в металлах), положительных и отрицательных ионов (в электролитах), электронов и положительных ионов (в газах), электронов проводимости и дырок (в полупроводниках), пучков электронов (в вакууме). Этот ток обусловлен тем, что в проводнике под действием приложенного электрического поля напряженностью происходит перемещение свободных электрических зарядов.
Конвекционным электрическим током
называют ток, обусловленный перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела
Для возникновения и поддержания электрического тока проводимости необходимы следующие условия:
1) наличие свободных носителей тока (свободных зарядов);
2) наличие электрического поля, создающего упорядоченное движение свободных зарядов;
3) на свободные заряды, помимо кулоновских сил, должны действовать сторонние силы
неэлектрической природы; эти силы создаются различными источниками тока
(гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами и др.);
4) цепь электрического тока должна быть замкнутой.
За направление электрического тока условно принимают направление движения положительных зарядов, образующих этот ток.
Количественной мерой
электрического тока является сила тока I
- скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение S
проводника в единицу времени:
Ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени, называется постоянным Для постоянного тока
Электрический ток, изменяющийся с течением времени, называется переменным
. Единица силы тока – ампер
(А). В СИ определение единицы силы тока формулируется следующим образом: 1А
– это сила такого постоянного тока, который при протекании по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м
один от другого, создает между этими проводниками силу,равную на каждый метр длины.
Плотностью тока
называют векторную физическую величину, совпадающую с направлением тока в рассматриваемой точке и численно равную отношению силы тока dI
, проходящего через элементарную поверхность, перпендикулярной направлению тока, к площади этой поверхности:
Единица плотности тока – ампер на квадратный метр
(А/м2
).
Плотность постоянного электрического тока одинакова по всему поперечному сечению однородного проводника. Поэтому для постоянного тока в однородном проводнике с площадью поперечного сечения S
сила тока равна
Физическая величина, определяемая работой сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника:
Единица ЭДС – вольт
(В). Сторонняя сила, действующая на заряд , может быть выражена через напряженность поля сторонних сил
Тогда работа сторонних сил по перемещению заряда на замкнутом участке цепи будет равна:
Разделив на и учитывая (получим выражение для ЭДС, действующей в цепи:
Линейные электрические цепи. Однородный участок линейной цепи постоянного тока: закон Ома, правило знаков; закон Джоуля-Ленца, баланс мощностей; последовательное и параллельное соединения однородных участков цепи.
При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.
При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
Последовательное соединение
При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же:
Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:
Резисторы
Катушка индуктивности
Электрический конденсатор
.
Параллельное соединение
Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках:
Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: 
Резистор
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость складывается из проводимостей каждого резистора )
Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением, таким образом находится общее(искомое) сопротивление.
Для двух параллельно соединённых резисторов их общее сопротивление равно: .
Если , то общее сопротивление равно:
При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление будет меньше наименьшего из сопротивлений.
Катушка индуктивности
Электрический конденсатор
Закон Ома для участка цепи. отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:
Эту величину R
называют электрическим сопротивлением
проводника.
Единица электрического сопротивления в СИ - ом
(Ом). Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:
Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади S поперечного сечения:
Постоянный для данного вещества параметр называется удельным электрическим сопротивлением
вещества.
Экспериментально установленную зависимость силы тока I
от напряжения U
и электрического сопротивления R
участка цепи называют законом Ома для участка цепи:
Закон Джоуля-Ленца формула и формулировка
Так или иначе, оба ученых исследовали явление нагревания проводников электрическим током, они установили опытным путём следующую закономерность: количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени прохождения тока.
Позже дополнительные исследования выявили, что данное утверждение справедливо для всех проводников: жидких, твёрдых и даже газообразных. В связи с этим открытая закономерность стала законом.
Итак, рассмотрим сам закон Джоуля-Ленца и его формулу, которая выглядит так:
Формулировка закона Ома
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:
I = U / R;
Ом
установил
, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.
R = ρl / S,
где ρ - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.
Баланс мощности – система показателей, характеризующая соответствие суммы значений нагрузок потребителей энергосистемы (ОЭС) и необходимой резервной мощности величине располагаемой мощности энергосистемы.
Определения
Для формулировки правил Кирхгофа вводятся понятия узел , ветвь и контур электрической цепи. Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь, например, на рис. отрезок, обозначенный U 1 , I 1 есть ветвь. Узлом называют точку соединения двух и более ветвей (на рис. обозначены жирными точками). Контур - замкнутый цикл из ветвей. Термин замкнутый цикл означает, что, начав с некоторого узла цепи и однократно пройдя по нескольким ветвям и узлам, можно вернуться в исходный узел. Ветви и узлы, проходимые при таком обходе, принято называть принадлежащими данному контуру. При этом нужно иметь в виду, что ветвь и узел могут принадлежать одновременно нескольким контурам.
В терминах данных определений правила Кирхгофа формулируются следующим образом.
Первое правило
Сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. i 2 + i 3 = i 1 + i 4 Первое правило Кирхгофа (правило токов Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий - отрицательным:
Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.
Второе правило
правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю:
для постоянных напряжений 
для переменных напряжений
Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных линеаризованных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.
Баланс мощности – система показателей, характеризующая соответствие суммы значений нагрузок потребителей энергосистемы (ОЭС) и необходимой резервной мощности величине располагаемой мощности энергосистемы.
Собственная и примесная проводимость полупроводников: механизмы электронной и дырочной проводимости, донорные и акцепторные примеси, зависимость концентрации носителей тока от температуры. Терморезисторы.
Терморезистор - полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры . Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (SamuelRuben) в 1930 году. Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы и PTC-термисторы соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов -- наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.
Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой
Проводники и диэлектрики. Электростатическая индукция в проводниках: физическая сущность явления; равновесное распределение напряженности электростатического поля и плотности электрических зарядов в объеме и на поверхности проводников.
Проводник - это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля. В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля. Все металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных - хорошие проводники электрических зарядов.
Диэлектрик или изолятор - тело не содержащее внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен.
К диэлектрикам можно отнести - стекло, пластик, резину, картон, воздух. тела изготовленные из диэлектриков называют изоляторами. Абсолютно непроводящая жидкость – дистиллированная, т.е. очищенная, вода. (любая другая вода (водопроводная или морская) содержит какое-то количество примесей и является проводником)
Свободные заряды в проводнике способны перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому для равновесия зарядов в проводнике должны выполняться следующие условия:
Напряженность поля внутри проводника должна быть равна нулю потенциал внутри проводника должен быть постоянным.
Напряженность поля на поверхности проводника должна быть перпендикулярна поверхности
Следовательно, поверхность проводника при равновесии зарядов является эквипотенциальной. При равновесии зарядов ни в каком месте внутри проводника не может быть избыточных зарядов – все они распределены по поверхности проводника с некоторой плотностью σ. Рассмотрим замкнутую поверхность в форме цилиндра, образующие которого перпендикулярны поверхности проводника. На поверхности проводника расположены свободные заряды с поверхностной плотностью σ.
Т.к. внутри проводника зарядов нет, то поток через поверхность цилиндра внутри проводника равен нулю. Поток через верхнюю часть цилиндра вне проводника по теореме Гаусса равен
Вектор электрического смещения равен поверхностной плотности свободных зарядов проводника или При внесении незаряженного проводника во внешнее электростатическое поле свободные заряды начнут перемещаться: положительные - по полю, отрицательные – против поля. Тогда с одной стороны проводника будут накапливаться положительные, а с другой отрицательные заряды. Эти заряды называются ИНДУЦИРОВАННЫМИ. Процесс перераспределения зарядов будет происходить до тех пор, пока напряженность внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряженности вне проводника перпендикулярны его поверхности. Индуцированные заряды появляются на проводнике вследствие смещения, т.е. являются поверхностной плотностью смещенных зарядов и т.к. то поэтому назвали вектором электрического смещения.
11. Электрическая емкость: емкостные коэффициенты; электрическая емкость конденсатора и уединенного проводника; расчет электрической емкости на примерах плоского конденсатора и уединенного проводящего шара. Системы конденсаторов.
УЕДИНЕННЫМ называется проводник, удаленный от других проводников, тел, зарядов. Потенциал такого проводника прямо пропорционален заряду на нем
Из опыта следует, что разные проводники, будучи одинаково заряженнымиQ1 = Q2 приобретает различные потенциалы φ1¹φ2 из-за различной формы, размеров и окружающей проводник среды (ε). Поэтому для уединенного проводника справедлива формула
Где емкость уединенного проводника. Емкость уединенного проводника равна отношению заряда q, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на 1 Вольт. В системе SI емкость измеряется в Фарадах
Емкость шара
Емкость уединенных проводников очень мала. Для практических целей необходимо создавать такие устройства, которые позволяют накапливать большие заряды при малых размерах и потенциалах. КОНДЕНСАТОР – устройство, служащее для накопления заряда и электрической энергии. Простейший конденсатор состоит из двух проводников, между которыми находится воздушный зазор, либо диэлектрик (воздух – это тоже диэлектрик). Проводники конденсатора называются обкладками, и их расположение по отношению друг к другу подбирают таким, чтобы электрическое поле было сосредоточено в зазоре между ними. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина С, равная отношению заряда q , накопленного на обкладках, к разности потенциалов между обкладками.
Рассчитаем емкость плоского конденсатора с площадью пластин S, поверхностной плотностью заряда σ, диэлектрической проницаемостью ε диэлектрика между пластинами, расстоянием между пластинами d. Напряженность поля равна
Используя связь Δφ и Е, находим 
Для цилиндрического конденсатора: емкость плоского конденсатора.
Для сферического конденсатора 
Поляризация диэлектриков: физическая сущность явления; поляризационные (связанные) заряды; поляризованность (вектор поляризации); связь вектора поляризации с поверхностной и объемной плотностью связанных зарядов.
Поляризация диэлектриков - явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.
Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью
Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле, поляризуется под действием этого поля. Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента.
Учение без размышления – вредно, а размышление без учения – опасно. Конфуций
Фундаментальная отрасль естествознания – Физика, с греческого "природа".
Одно из основных сочинений древнегреческого философа и ученого Аристотеля так и называлось "Физика". Аристотель писал: Наука о природе изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движении, а кроме того, начала такого рода бытия.
Одна из задач физики - выявление самого простого и самого общего в природе, в открытии таких законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира - так считал А. Эйнштейн.
Самое простое - так называемые первичные элементы: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и т.п. Общими свойствами материи принято считать движение, пространство и время, массу, энергию и др.
При изучении сложное сводится к простому, конкретное - к общему.
Фридрих Кекуле (1829 - 1896) предложил иерархию естественных наук в форме четырех ее последовательных основных ступеней: механика, физика, химия, биология.
Первый этап развития физики и естествознания охватывает период от времен Аристотеля до начала XVII в., и называется древним и средневековым этапом.
Второй этап классической физики (классической механики) до конца XIX в. связан с Галилео Галилеем и Исааком Ньютоном.
В истории физики важной для понимания явлений природы была концепция атомизма , согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из атомов.(Демокрит, 4й в до н.э., - атомы и пустота).
Третий этап современной физики открыл в 1900 г. Макс Планк (1858- 1947), предложивший квантовый подход к оценке накопившихся эксперементальных данных, основанный на дискретной концепции.
Универсальность физических законов подтверждает единство природы и Вселенной в целом.
Макромир – это мир физических тел, состоящих из микрочастиц. Поведение и свойства таких тел описываются классической физикой.
Микромир или мир микроскопических частиц, описывает преимущественно квантовая физика.
Мегамир - мир звезд, галактик и Вселенной, расположенный за пределами Земли.
Виды фундаментальных взаимодействий
К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий:
гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое.
1.Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов, заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения : между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.
Гравитационное взаимодействие в процессах микромира существенной роли не играет. Однако в макропроцессах ему принадлежит определяющая роль. Например, движение планет Солнечной системы происходит в строгом соответствии с законами гравитационного взаимодействия.
Р адиус действия его, как и электромагнитного взаимодействия, неограничен.
2.Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электромагнитная теория Максвелла связывает электрическое и магнитное поля.
Различные агрегатные состояния вещества (твердого, жидкого и газообразного), явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются силами межмолекулярного взаимодействия , которое по своей природе является электромагнитным.
3.Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и распространяется только в пределах размеров ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем оно устойчивее, тем больше его энергия связи .
Энергия связи определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы разделить нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействие становится равным нулю.
С возрастанием размера ядра энергия связи уменьшается. Так, ядра элементов, находящихся в конце таблицы Менделеева, неустойчивы и могут распадаться. Такой процесс часто называется радиоактивным распадом.
4.Слабое взаимодействие короткодействующее и описывает некоторые виды ядерных процессов.
Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны их элементы.
Разработка единой теории всех известных фундаментальных взаимодействий (теория всего) позволит обеспечить концептуальную интеграцию современных данных о природе.
В естествознании различают три вида материи : вещество(физические тела, молекулы, атомы, частицы), поле (свет, радиация, гравитация, радиоволны) и физический вакуум.
В микромире , многие свойства которого носят квантово-механический характер, вещество и поле можно объединить (в духе концепции корпускулярно-волнового дуализма).
Системная организация материи выражает упорядоченность существования материи.
Структурность организации материи - те конкретные формы, в которых она проявляется (существует).
Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д.
Сила - физическая мера взаимодействия тел.
Масса тел является источником силы в соответствии с законом всемирного тяготения. Таким образом, понятие массы, введенное впервые Ньютоном, более фундаментально, чем силы.
Согласно квантовой теории поля частицы, обладающие массой, могут рождаться из физического вакуума при достаточно высокой концентрации энергия.
Энергия тем самым выступает как еще более фундаментальная и общая концепция, чем масса, поскольку энергия присуща не только веществу, но и безмассовым полям.
Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.
Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном – это сила гравитационного взаимодействия F. F = G* т1 * т2 / r2 где G - гравитационная постоянная.
Движение в самом общем виде - это изменение состояния физической системы.
Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени , которые за длительный период развития естествознания претерпели существенные изменения.
В своих фундаментальных "Математических началах натуральной философии" Ньютон писал:
«..Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего.»
Время выражает порядок смены физических состояний
Время вляется объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально.
Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах или системах - с физической точки зрения бессмысленно.
Однако в процессе развития физики с появлением специальной теории относительности возникло утверждение:
Во-первых , течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При достаточно большой скорости, близкой к скорости света, время замедляется, т. е. возникает релятивистское замедление времени.
Во-вторых , поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени.
Можно говорить только о локальном времени в некоторой системе отсчета. В этой связи время не есть сущность, не зависящая от материи. Течет оно с различной скоростью в различных физических условиях. Время всегда относительно .
Пространство - выражает порядок сосуществования физических тел.
Первая законченная теория пространства - геометрия Евклида . Она была создана примерно 2000 лет назад. Геометрия Евклида оперирует идеальными математическими объектами, которые существуют как бы вне времени , и в этом смысле пространство в этой геометрии - идеальное математическое пространство.
Ньютон ввел понятие абсолютного пространства , которое может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физических тел. Свойства такого пространства определяются Евклидовой геометрией.
Вплоть до середины XIX в., когда были созданы неевклидовы геометрии, никто из естествоиспытателей не сомневался в тождественности реального физического и Евклидова пространств.
Для описания механического движения тела в абсолютном пространстве нужно указать другое в качестве тела отсчета - рассмотрение одного единственного тела в пустом пространстве бессмысленно.
Загрузка...