Інтенсивність кожної взаємодії прийнято характеризувати константою взаємодії, яка є безрозмірним параметром, що визначає ймовірність процесів, зумовлених даним видом взаємодії.
Гравітаційна взаємодія.Константа цієї взаємодії має величину порядку. Радіус дії не обмежений. Гравітаційна взаємодія є універсальною, йому піддаються всі без винятку частки. Однак у процесах мікросвіту це взаємодія істотної ролі не грає. Існує припущення, що ця взаємодія передається гравітонами (квантами гравітаційного поля). Проте на даний момент жодних експериментальних фактів, які б підтвердили їх існування, не виявлено.
Електромагнітна взаємодія.Константа взаємодії дорівнює приблизно, радіус дії не обмежений.
Сильна взаємодія. Цей вид взаємодії забезпечує зв'язок нуклонів у ядрі. Константа взаємодії має величину порядку 10. Найбільша відстань на якому проявляється сильна взаємодія становить величину порядку м.
Слабка взаємодія.Ця взаємодія відповідає за всі види - розпад ядер, включаючи електронний К-захоплення, за процеси розпаду елементарних частинок і за процеси взаємодії нейтрино з речовиною. Порядок величини константи цієї взаємодії становить. Слабка взаємодія, так само як і сильна, є короткодіючою.
Повернемося до частки Юкави. За його теорією існує частка, що передає сильну взаємодію, як фотон є переносником електромагнітної взаємодії, її назвали мезоном (проміжний). Ця частка повинна мати проміжну масу між масами електрона і протона і складати . Оскільки фотони не тільки передають електромагнітну взаємодію, але існують і у вільному стані, отже мають існувати і вільні мезони.
У 1937 році в космічних променях був відкритий - мезон (мюон), який, однак, не виявляв сильної взаємодії з речовиною. Шукану частинку виявили також у космічних променях через 10 років Пауелл і Окіаліні, назвали її - мезоном (півон).
Існують позитивний, негативний та нейтральний мезони.
Заряд і мезон дорівнює елементарному заряду. Маса заряджених мезонів однакова і дорівнює 273 маса електронейтрального - мезону трохи менше і становить 264 . Спин всіх трьох мезонів дорівнює нулю; час життя заряджених мезонів становить 2,6 с, а час життя – мезони 0,8 с.
Усі три частинки не стабільні.
Елементарні частинки зазвичай ділять на чотири класи:
1. Фотони(Кванти електромагнітного поля). Вони беруть участь в електромагнітному взаємодії, але ніяк не проявляють себе в сильному або слабкому взаємодії.
2. Лептони. До них відносяться частинки, що не володіють сильною взаємодією: електрони і позитрони, мюони, а також всі види нейтрино. Всі лептони мають рівний спін ½. Усі лептони є носіями слабкої взаємодії. Заряджені лептони беруть участь також у електромагнітному взаємодії. Лептони вважаються істинно елементарними частинками. Вони не розпадаються на складові частини, не мають внутрішньої структури і не мають розмірів, що піддаються визначенню, верхня межа м).
Останні два класи складають складні частинки, що мають внутрішню структуру: мезони та баріони. Їх часто об'єднують в одне сімейство і називають адронами.
До цього сімейства відносяться всі три – мезони, а також К-мезони. До класу баріонів входять нуклони, які є носіями сильної взаємодії.
Як мовилося раніше, рівняння Шредінгера не задовольняє вимогам принципу відносності – воно є інваріантним стосовно перетворенням Лоренца.
У 1928 році англієць Дірак отримав релятивістське квантовомеханічне рівняння для електрона, з якого природним чином випливало існування спина та власного магнітного моменту електрона. Це рівняння дозволило передбачити існування античастинки до електрону – позитрона.
З рівняння Дірака виходило, що енергія вільної частки може мати як позитивні, і негативні значення.
p align="justify"> Між найбільшою негативною енергією і найменшою позитивною енергією є інтервал енергій, які не можуть реалізуватися. Ширина цього інтервалу дорівнює. Отже, виходять дві області власних значень енергії: одна починається від тягнеться до + , інша починається від і тягнеться до . Згідно Діраку, вакуум – це простір, у якому всі дозволені рівні з негативними значеннями енергії повністю заповнені електронами (згідно з принципом Паулі), з позитивними – вільні. Оскільки зайняті всі рівні рівня нижче забороненої смуги, то електрони, що знаходиться на цих рівнях ніяк себе не проявляють. Якщо одному з електронів на негативному рівні повідомити енергію, то цей електрон перейде в стан з позитивною енергією, то він поводитиметься там як звичайна частка з негативним зарядом і позитивною масою. Вакансія (дірка), що утворилася в сукупності негативних рівнів сприйматиметься як частка з позитивним зарядом і масою. Ця перша з передбачених теоретично частинок була названа позитроном.
Народження електронно-позитронної пари відбувається при проходженні фотонів через речовину. Це один із процесів, що призводять до поглинання – випромінювання речовиною. Мінімальна енергія - кванта, необхідна для народження електронно-позитронної пари, дорівнює 1,02 МеВ (що співпадало з розрахунками Дірака) і рівняння такої реакції має вигляд:
Де Х - ядро, у силовому полі якого відбувається народження електронно-позитронної пари; саме воно і приймає надлишок імпульсу – кванта.
Теорія Дірака здалася сучасникам надто «божевільною» і була визнана лише після того, як у 1932 році Андерсон виявив позитрон у складі космічного випромінювання. Під час зустрічі електрона з позитроном відбувається анігіляція, тобто. електрон знову повертається на негативний рівень.
У дещо зміненому вигляді рівняння Дірака застосовується до інших частинок із напівцілим спином. Отже, для кожної такої частки є своя античастка.
Майже всі елементарні частинки, як уже було сказано, належать до одного з двох сімейств:
1. Лептони.
2. Адрони.
Основна відмінність між ними полягає в тому, що адрони беруть участь у сильній та електромагнітній взаємодії, а лептони – ні.
Лептонивважаються істинно елементарними частинками. Їх було чотири: електрон (), мюон (), електронне нейтрино (), мюонное нейтрино . Пізніше було відкрито лептон та її нейтрино . Вони не розпадаються на складові; не виявляють жодної внутрішньої структури; не мають розмірів, що піддаються визначенню.
Адронибільш складні частки; вони володіють внутрішньою структурою і беруть участь у сильній ядерній взаємодії. Це сімейство частинок можна розділити на два класи:
мезони та баріони(Протон, нейтрон, баріони). Останні чотири види баріонів можуть розпадатися, зрештою, на протони та нейтрони.
У 1963 році Гелл-Ман і незалежно від нього Цвейг висловили ідею, згідно з якою всі відомі адрони побудовані з трьох істинно елементарних частинок – кварків, які мають дрібний заряд.
u-кварк q = +; d - кварк q = -; s - кварк q = -.
До 1974 року всі відомі адрони вдавалося уявити як комбінацію цих трьох гіпотетичних частинок, але відкритий у цей рік важкий – мезон не вкладався у трикваркову схему.
Ґрунтуючись на глибокій симетрії природи, частина фізиків висловила гіпотезу про існування четвертого кварку, який отримав назву «зачарований» його заряд дорівнює q = +. Відрізняється цей кварк з інших наявністю властивості чи квантового числа З = +1 - названого «чарівністю» чи «charm».
Знову відкритий – мезон виявився комбінацією «зачарованого» кварку та його антикварка.
Подальші відкриття нових адронів зажадало введення п'ятого (в) та шостого (t) кварку. Відмінність між кварками стали називати «цвітом» та «ароматом».
ГРАВІТАЦІЯ ТА ЇЇ ФІЗИЧНА СУТНІСТЬ
Гаджієв С.Ш., д.т.н., проф.
НОУ ВПО "Соціально-педагогічний інститут" м. Дербент
Анотація: У статті розглядаються явища руху сили природи, і з цих сил інші явища, дозволяють розкрити сутність пізнання природних явищ загалом, і, зокрема, загадки «тяжіння» і (чи) фізичну сутність гравітації. Загальний закон взаємодії сил системи та заснований на ньому універсальний метод є ключем пізнання природних явищ і процесів. З проведеного всебічного аналізу взаємодії тіл системи виходить, що причина не розкриття фізичної сутності закону всесвітнього тяжіння виявилася у відсутності в природі як такого тяжіння тіл один до одного.
Ключові слова: пізнання природних явищ, закон, метод, взаємодія тіл.
Абстрактний: Цей article examines phenomenon 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, puzzle "gravitation" and (or) the physical nature of gravity. Universal this interaction offorces and systems based on it are key universal method of knowledge of natural phenomena and processes. Наведена досконала аналітика пов'язання з bodies appears, що reason не є вирішеним фізичною сутністю закону універсальної gravitation був у природі з absence of gravity, як і інші body.
Keywords: знання природних явищ, право, метод, interacting body.
Історія виникнення думки про всесвітнє тяжіння
Академік С.І. Вавілов у своїй книзі «Ісаак Ньютон» наводить широко відому розповідь про те, що на відкриття всесвітнього тяжіння Ньютона навело несподіване падіння яблука з дерева у Вульсторпі. Оповідання це, мабуть, достовірне і не є легендою. Стекелей передає наступну сцену, що відноситься до старості Ньютона: «Після обіду в Лондоні (у Ньютона) погода була спекотна; ми перейшли в сад, і пили чай у тіні кількох яблунь; були тільки
ми удвох. Між іншим сір Ісаак сказав мені, що в такій обстановці він був, коли вперше йому спало на думку тяжіння. Вона була викликана падінням яблука, коли він сидів, занурившись у думи. Чому яблука падають прямовисно, подумав він про себе, чому не вбік, а завжди до центру Землі. Повинна існувати приваблива сила в матерії, зосереджена у центрі Землі. Якщо матерія так тягне іншу матерію, то має бути пропорційність її кількості. Тому яблуко притягує Землю так само, як і Земля яблуко. Отже, має бути сила, подібна до тієї, яку ми називаємо тяжкістю, що тягнеться по всьому всесвіту».
Розповідь Стекелея чомусь залишилася маловідомою, зате світом поширився аналогічний переказ Вольтера зі слів племінниці Ньютона. Оповідання сподобалося, стали показувати яблуко, що нібито стало причиною виникнення «Початок», поети і філософи скористалися вдячною метафорою, порівнюючи ньютонове яблуко з яблуком, що занапастило Адама, або з яблуком Париса; людям, далеким від науки, сподобалася проста механіка виникнення складної наукової ідеї. Існують і інші вигадані легенди. Як бачимо, тут Ньютон дав своє припущення про те, що відбувається явище, не розкриваючи його фізичний механізм, і, природно, це йому здалося реальним здогадом сутності природного явища.
Хоча гравітація явно відчутна з усіх чотирьох фундаментальних сил природи, яка діє на всіх і всіх нас, починаючи з самого дитинства, коли ледь вставали і падали, не утримуючись на ногах. Проте вона й досі залишилася нерозгаданою загадкою природи.
Більше трьохсот років минуло після відкриття закону всесвітнього тяжіння, встановленого Ньютоном у вигляді математичної формули, і досі не виявлено фізичний механізм тяжіння тіл один до одного.
Причиною всьому - це відсутність як такого закону всесвітнього взагалі тяжіння, і у зв'язку з відсутністю тяжіння будь-яких тіл одне до одного в природі. Усі процеси, що відбуваються і приписуються «тяжіння», здійснюються гравітаційним полем, а чи не тяжінням, приписане природі сил гравітаційного поля. Гравітація не є тяжінням. Ніщо не може створити тяжіння тіл один до одного, у тому числі гравітації. Будь-яке фізичне поле виконує свою роботу. Хіба ми приписуємо дії відомого магнітного поля поняття «тяжіння»? Ні. Тому що одночасно спостерігається відштовхування. Вся причина полягає у взаємодії, тобто у спрямованості руху цих (розглянутих) магнітних полів.
Вважають, що згідно з Ейнштейном, простір і час – це форма існування матерії. Насправді, ніхто не може заперечити і сумніватися в тому, що простір та час визначають місце знаходження та тривалість існування матерії і в тому числі всіляких фізичних полів. Основою всього Всесвіту становить простір, де займає місце матеріальні складові, а також всі відомі та ще не виявлені фізичні поля, а
час визначає тривалість існування матеріальних тіл та тривалість перебігу явищ та процесів природи.
Виниклі уявлення про викривлення простору і ще гірше, коли вважають, що матерія - це викривлений простір. Тоді виходить, що матерія відсутня у природі, вона стає простором, тобто матерія перетворюється на викривлений простір. З цього випливає, що простір буває у двох станах: викривлене та не викривлене. Тільки не можуть вказати місце знаходження та перетворення чи переходу матерії на викривлений простір. Не можна ж розподіл (або знаходження) енергії у просторі приймати за викривлення самого простору. Твердження про те, що не промінь змінює свій напрямок, проходячи повз Сонце, а викривлений простір його так спрямовує, слід вважати необґрунтованим. Для зміни напрямку руху має бути прикладена певна сила, що могло б дати причину обґрунтування того чи іншого явища. Інакше кажучи, такі необґрунтовані твердження викликають не що інше, як іронію тверезого розуму. Виходить, що матерія в природі відсутня, залишається лише викривлений та не викривлений простір.
Без потреби «приліпили» до простору час і його, «по щучому велінню», назвали чотиривимірним простором. У підсумку з трьох фундаментальних складових світобудови залишилося тільки один простір, якому приписують безліч гіпотетичних припущень, які вже узвичаїлися вчених, не маючи реального фізичного уявлення про такі багатовимірні простори. Однак такі багатовимірності простору - лише умоглядні побудови, що не спираються на практику, які вводять в оману багато поколінь.
У будь-якому разі очевидним залишається те, що природа має у своїй основі три її фундаментальні складові: простір, час, матерія. Без їхнього незалежного існування, природно, перебіг будь-яких явищ і процесів немислимо. Найпростіший приклад. Тіло рухається. Для цього необхідний простір, час і ще тіло (матерія). Що з них можна виключити із цього явища? Синкретизм, тобто злитість, їм забезпечила сама Природа. Навіщо їх частинами об'єднувати: простір-час, простір-тіло (матерія) чи об'єднати час із матерією? Вони поєднані без нас і назавжди. Ця є та «Свята Трійця», без якої ніщо не може бути.
Якщо матерія зникне (вилучиться), то час і простір залишаться незатребуваними. Позбутися простору і часу неможливо. Вони абсолютні, тобто вічні та незмінні першооснови, як і матерія, для всього, що існує у світобудові. Звичайно, для знаходження (існування) матерії обов'язково простір як вмістилище, а час необхідний для тривалості існування. Отже, всі ці три складові самого Всесвіту вступають у свої функції, забезпечуючи всі природні явища та процеси. Завдання науки - пізнавати фізичний механізм та
причина виникнення явищ та процесів, тобто добиратися до сутності цих закономірностей явищ та відповісти на запитання: чому це відбувається саме так, а не інакше?
Матерія (маса) неспроможна змінити геометрію простору. Вона тільки концентрує потік гравітонів, і гравітаційне поле не належить будь-якій планеті або іншим космічним тілам, так само як і світло не належить лінзі, що фокусує. Зовсім інша справа, коли ми розглядаємо магнітне поле, яке створюється самим магнітом. Інакше кажучи, магніт випромінює в простір своє поле, а світло і гравітаційне поле, в явищах, що розглядаються, не належать цим тілам. Вони потрапляють ззовні з інших випромінювачів. Наприклад. Світло на лінзу може потрапити від будь-яких джерел. Ми ж не говоримо, що лінза викривляє простір, хоча існує реальна схожість викривлення, тобто зміна напряму потоку світла. Аналогічна картина спостерігається і з гравітаційним полем під час проходження через масивні космічні тіла.
Тут ми знаходимо аналогію між потоком світла та гравітаційним полем. При викривленні напрямку світла через лінзу ми спостерігаємо заломлення світла і не можемо стверджувати, що світло потрапляє у викривлений простір біля лінзи. На відміну від них магнітне поле, створюване самим магнітом, належить магніту, а гравітаційне поле не належить до будь-якого тіла, з яким вони взаємодіють. Лінза лише концентрує чи може, залежно від форми лінзи (оптичного скла), розсіювати світловий потік. Те саме можна сказати і про концентрацію потоку гравітаційного поля, що здійснюється великою масою сферичних тіл у космосі.
Гравітаційне поле створює не тяжіння, а підштовхування тіл
Всебічний аналіз взаємодії сил системи показує, що тяжіння - це здавалося б явище, як раніше здавалося обертання Сонця, зірок і планет навколо нашої Землі.
Відомо, що пошук фундаментальних законів природи залишається ще одним грандіозним завданням науки. Природа сил розпізнається за явищами руху, коли відбувається зміна кількості руху у часі. Для виявлення природи фізичної сутності сил тяжіння, що обумовлює тяжкість тіла, необхідно шукати причину виникнення такої тяжкості за явищами руху взаємодіючих матеріальних тіл системи, що розглядається.
Поза всяким сумнівом, що всі спроби зрозуміти фізичну природу гравітації
незмінно закінчувалися невдачею. Ще Г. Галілей дійшов висновку, що ми не знаємо нічого, за винятком назви, яка для даного спеціального випадку відома як «тяжкість».
І. Ньютон, зіткнувшись із проблемою пояснення природи тяжіння, змушений був визнати, що причину сили тяжіння він не міг вивести з явищ.
М. Клайн пише, що Ньютон пояснив обмежений успіх своєї програми наступним чином: «Те, що гравітація має бути внутрішнім, невід'ємним і істотним атрибутом матерії, дозволяючи тим самим будь-якому тілу діяти на інше на відстані через вакуум, без будь-якого посередника, допомогою якого і через якого дія і сила могли б передаватися від одного тіла до іншого, представляється мені настільки кричущою безглуздістю, що, на моє глибоке переконання, жодна людина, скільки-небудь досвідчений у філософських матеріях і наділений здатністю мислити, не погодиться з нею ».
Ньютон ясно усвідомлював, що відкритий ним закон всесвітнього тяжіння - опис, а чи не пояснення. Тому він Річарду Бентлі писав: «Іноді ви говорите про тяжіння як про щось суттєве і внутрішньо властиве матерії. Молю вас не приписувати це поняття мені, бо я аж ніяк не претендую на знання причин тяжіння, і тому не витрачатиму час на їх розгляд» . Там же далі М. Клайн пише, що у Х. Гюйгенса викликало здивування, що Ньютон взяв на себе працю зробити безліч громіздких обчислень, не маючи для цього жодної підстави, крім математичного закону всесвітнього тяжіння. Гюйгенс вважав ідею тяжіння абсурдної на тому підставі, що дія його, що передається через порожній простір, виключало будь-якого механізму. Г. В. Лейбніц теж піддав критиці праці Ньютона з теорії гравітації, вважаючи, що знаменита формула для сил тяжіння - не більше ніж обчислювальне правило, що не заслуговує назви закону природи. «Лейбніц порівнював цей закон з анімістичним поясненням Арістотеля падіння каменю на землю посиланням на «бажання» каменю повернутися на своє природне місце».
Сам Ньютон не вважав, що природу тяжіння не можна розкрити. Він просто думав, що рівень знань його часу недостатній на вирішення цього завдання, і сподівався, що природу тяжіння досліджують інші. Однак його послідовники цю тимчасову відмову Ньютона від пояснення тяжіння звели в непорушний принцип науки, який повинен обмежитися лише описом явищ, не розкриваючи глибоко їхніх причин, ще недоступних людському розумінню.
Такий підхід вирішення проблем властивий деяким дослідникам при утрудненнях пізнання явищ природи. Подібним методом обмежували вирішення проблеми псевдозрідженого шару. Деякі навіть вирішили псевдозрідження прийняти як новий стан матерії та відмовитися від подальшого пошуку фізичної сутності цього явища. Особливий інтерес вчених до цього питання «згас» у всьому світі після розкриття нами реальної фізичної сутності неоднорідного псевдозрідженого стану та опублікування результатів у низці країн за кордоном.
Віковою проблемою залишається пояснення «негативного» результату досвіду Майкельсона-Морлі. Через відсутність, за певний період часу, реального однозначного пояснення результату лише одного цього експерименту та
свого безсилля дослідники стали ставити під сумнів весь фундамент класичної механіки, зокрема і непорушні закони збереження. В результаті запровадили не властиві природі залежності: маси, часу та простору від швидкості руху тіл. Вирішення цієї проблеми і знайдений нами реальний підхід цілком може бути остаточним. Сподіватимемося, що нас почують, зрозуміють, об'єктивно оцінять і приймуть наше рішення, яке поверне непохитність основ класичної механіки. Цю тему слід детально розкрити у окремій роботі. Незважаючи на поширений закон всесвітнього тяжіння, нікому ще не вдавалося пояснити його фізичний механізм, і природа його дії залишилися не розкритими.
На етапі розвитку науки ми вважаємо, що тяжкість виникає не через тяжіння, а результаті підштовхування, викликане опором, що надається тілом під час проходження крізь нього гравітаційного поля.
Аналізуючи реальну сутність спостеріганих явищ, можна дійти висновку, що «тяжіння»- це явище, що здається. Не тіла притягуються, які підштовхують друг до друга чи його віддаляють друг від друга.
У природі, певне, немає фізичного механізму «тяжіння» тіл, оскільки спостерігається тяжіння з відривом без дії ззовні. Взаємодія тіл обумовлює лише підштовхування та відштовхування їх. У механізм, що спостерігається (насправді здається) «привабливої сили» двох тіл, входить підштовхування за рахунок зміни кількості руху (або імпульсу) третього тіла, що взаємодіє з ними.
Таким третім тілом, яке обумовлює притягнення до Землі, що здається нам, служить гравітаційне поле (тобто гравітони), що надає тиск на всі матеріальні тіла, що в реальності створює тяжкість, яка приймається нами за «тяжіння» до Землі.
Тут спостерігається аналогічна картина, як свого часу вважали, що Земля є центром Всесвіту, проте небесні тіла рухаються навколо неї. У гравітаційному полі теж очевидним здалося «тяжіння» до Землі, а насправді кожна частка самої планети і навколишня атмосфера відчувають тиск (силу) гравітаційного поля, спрямований перпендикулярно до Землі. Отже, не Земля притягує себе, вона сама відчуває силу тиску гравитонів, надає «тяжкість» всім матеріальним складовим елементам системи Землі.
У явищах гравітаційного поля та електромагнітної взаємодії є суттєва різниця. У електромагнітних полях існує тяжіння і відштовхування, а гравітаційному полі - виникає лише тяжкість. Мабуть, в електричних зарядах одні заряджені тіла випромінюють електричне поле, а інші приймають, подібно до магніту, де силові лінії завжди виходять з північного полюса і прямують до південного полюса, в який входять. В
результаті однойменні відштовхуються, а різноіменні складові цих полів підштовхують тіла одне до одного.
На відміну від них гравітаційне поле пронизує всі тіла. При цьому опір, який чиниться матеріальними тілами гравітаційному полю, викликає тиск, який зумовлює тяжкість. Ця енергія тяжкості, створювана гравітаційним полем у масивних тілах, переходить у теплоту, завдяки якій у надрах планет і зірок виникає і підтримується відповідна температура у необмежений час. Тим самим відбувається заповнення теплоти (енергії) зірок, Сонця і планет, що втрачається випромінюванням.
Сила тяжкості, що викликається гравітацією, є реальний результат взаємодії, обумовлений зміною імпульсу гравітонів, а «тяжіння» - це уявне, уявне уявлення про явища при падінні тіл, що спостерігається нами у повсякденному житті.
На жаль, у фізиці змішали поняття: гравітація, тяжіння, тяжіння та тяжкість. Тілам не властиво притягувати одне одного. Зближення властиве тілам - явище вимушене, що обумовлюється третім матеріальним тілом або фізичними полями: магнітним, електричним, гравітаційним та іншими відомими та ще невідомими силами.
Ми навіть не припускаємо можливості явища космічних тіл на відстані відштовхувати один від одного, і не уявляємо нічого про необхідність «закону всесвітнього відштовхування». Це тоді як досі не знайдено фізичного пояснення сутності та найвідомішого «закону всесвітнього тяжіння». Про фізичну сутність явищ тяжіння та тяжіння відповідь не знайдено через те, що їх немає. У природі лише спостерігаються відштовхування та підштовхування. Отже, і гравітація неспроможна створювати ні тяжіння, ні тяжіння відсутні у природі.
Гравітація обумовлює тяжкість і цим повертає розсіяну в космічному просторі теплову енергію. Здебільшого енергія гравітаційного поля концентрується у масивних космічних тілах, де вона перетворюється на масу, а маса своє чергу накопичує гравітаційну енергію. Очевидно, що тут проявляється божественний закон круговороту. У міру накопичення енергії в Сонці та зірках відновлюється випромінювання, що призводить знову до повернення енергії у загальний кругообіг природних явищ.
Отже, можна сказати, що проблема «теплової смерті» Всесвіту відпадає (зникає). Уявне побоювання виявилося вимушеним вигадкою дослідників.
Все живе в природі, її принади і гармонія світобудови зобов'язані божественним законам круговороту і, зокрема, концентрації та поверненню в цикл круговороту енергії, де найважливішу роль грає гравітація. За відсутності гравітаційного поля був би життя, ні теплоти. Тоді могло б стати все. Охололо б Сонце, і згасли б усі зірки та інші світила. Проте божественно чарівні закони: круговорот, відтворення,
відтворення, оновлення, відновлення - панують і зберігають стійкість живої та неживої природи.
Цікаво, що на вигляд закон всесвітнього тяжіння та закон взаємодії електричних зарядів Кулона ідентичні. Ця чудова особливість у тому подібності допомагає нам розкрити механізм дії тяжкості, створюваний гравітаційним полем. Тільки залишається з'ясувати, чому в електричних зарядах спостерігаються тяжіння і відштовхування, а в гравітаційному полі - тільки «тяжіння», що здається нам.
Аналогічна картина гравітаційного тяжіння спостерігається, коли залізна тирса (предмети) притягується до магніту. Тут ми спостерігаємо також лише тяжіння і не спостерігаємо властиве відштовхування однойменних полюсів.
Виникає питання. Чому залізні предмети притягуються і до північного і до південного полюсів магніту, а відштовхування відсутнє, як у гравітаційному полі? Чим пояснити механізм такого збігу?
Вочевидь, що сила виникає за зміни імпульсу, тобто. кількості руху. Зміна останнього за постійної маси обумовлюватися може лише за рахунок зміни швидкості матеріального тіла. Зі зміною швидкості змінюється енергетичний стан тіла відповідно до принципу енергії, який свідчить: усяка зміна швидкості викликає збільшення або зменшення енергії тіла. полів при взаємодії із відповідними матеріальними тілами. Слід підкреслити, що в природі як таке неможливо існування тяжіння тіл. Тому цілком справедливо вважав Х. Гюйгенс ідею тяжіння абсурдною.
Насправді гравітаційне поле пронизує тіла, підштовхуючи їх за своїм напрямом руху. Тоді виходить не закон тяжіння, а закон руху тіл у гравітаційному полі під дією енергії гравітонів, що гальмуються, що викликається опором матеріальних тіл гравітаційному полю.
Узагальнюючи викладене, слід, що причина нерозкриваності фізичної сутності закону всесвітнього тяжіння виявилася у відсутності як такого тяжіння тіл у природі.
Проведений аналіз показує, що в природі, настільки звичне для нас, протягом стількох років, «тяжіння» тіл одне до одного відсутнє, а зближення тіл, що спостерігається, обумовлюється за рахунок підштовхування їх один до одного третім тілом. У ролі третього тіла можуть і фізичні поля, зокрема і гравітаційне полі, яке «притискає» всі матеріальні тіла до поверхні потужних космічних утворень - планет і зірок.
Загальний закон взаємодії полів сил системи істотно полегшує вирішення багатьох проблем поряд із безліччю проблем явищ та процесів природи і в тому числі космології.
Втішно, що математичне вираження (опис) закону всесвітнього тяжіння Ньютона теж знаходить у виявленій фізичній сутності своє глибоке наукове обґрунтування.
Цілком виявилося доцільним для пізнання природних явищ, коли виходять із загального закону взаємодії полів сил системи, що є універсальним ключем для виявлення сутності явищ і процесів у всьому світобудові.
Литература:
1. Вавілов С.І. Ісаак Ньютон. – М. – Л.: Видавництво АН СРСР, 1945. –230 с.;
2. Клайн М. Математика. Пошук істини: Пров. з англ. / За ред. В.І. Аршинова, Ю.В.Сачкова. - М: Мир, 1988. - 295с.;
3. Гаджієв С.Ш. Взаємодія сил системи у технологічних процесах (аналіз, теорія, практика). – Махачкала: Видавництво ДДУ, 1993. – 210с.
Фундаментальні фізичні взаємодії: гравітаційні, електромагнітні, сильні та слабкі; основні характеристики та значення у природі. Особлива роль електромагнітних взаємодій.
Фундаментальні взаємодії- Типи взаємодії елементарних частинок і складених з них тіл, що якісно розрізняються.
Еволюція теорій фундаментальних взаємодій:
До 19 століття:
Гравітаційні (Галілей, Ньютон-1687);
Електричні (Гільберт, Кавендіш-1773 та Кулон-1785);
Магнітні (Гільберт, Епінус-1759 та Кулон-1789)
Рубіж 19 і 20 століть:
Електромагнітні (електромагнітна теорія Максвелла-1863);
Гравітаційні (загальна теорія відносності Ейнштейна-1915)
Роль гравітаційних взаємодій у природі:
Гравітаційні взаємодії:
Закон всесвітнього тяжіння;
Сила тяжіння між планетами Сонячної системи;
сила тяжіння
Роль електромагнітних взаємодій у природі:
Електромагнітні взаємодії:
Закон Кулону;
Внутрішньо- та міжатомні взаємодії;
Сила тертя, сила пружності, ...;
Електромагнітні хвилі (світло)
Роль сильних взаємодій у природі:
Сильні взаємодії:
Малий радіус дії (~10-13 м);
Приблизно в 1000 разів сильніші за електромагнітні;
Спадають приблизно по експоненті;
є насиченими;
Відповідають за стабільність атомного ядра
Роль слабких взаємодій у природі
Слабкі взаємодії:
Дуже малий радіус дії (~10-18 м);
Приблизно в 100 разів слабше електромагнітних;
є насиченими;
Відповідають за взаємні перетворення елементарних частинок
2. Електричний заряд та його основні властивості: біполярність, дискретність, інваріантність; мікроскопічні носії електричних зарядів, поняття про кварки; закон збереження електричного заряду; фізичні моделі заряджених тіл.
Електричний заряд - це фізична скалярна величина, що характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітні силові взаємодії;
* позначається q або Q;
*вимірюється в системі одиниць СІ в кулонах
Основні властивості електричного заряду:
Біполярність:
існують електричні заряди двох знаків – позитивний (скляна паличка) та негативний (ебонітова паличка);
*одноіменні заряди відштовхуються, а різноіменні – притягуються
Адитивність:
*електричний заряд фізичного тіла дорівнює алгебраїчній сумі електричних зарядів заряджених частинок, що знаходяться в ньому, - мікроскопічних носіїв електричного заряду.
Дискретність:
Основні властивості електричного заряду
Рівність модулів позитивного та негативного елементарних електричних зарядів:
Ø модулі зарядів електрона та протона рівні з високою точністю
Інваріантність:
величина електричного заряду не залежить від системи відліку, в якій він вимірюється
це відрізняє його від маси тіла
Закон збереження:
*алгебраїчна сума електричних зарядів тіл (частин тіла, елементарних частинок), що становлять замкнуту систему, залишається незмінною за будь-яких взаємодій між ними; включаючи анігіляцію (зникнення) речовини
електрон– носій негативного елементарного електричного заряду (
протон– носій позитивного елементарного електричного заряду ( )
кварк- гіпотетична фундаментальна частка в Стандартній моделі, що має електричний заряд, кратний e/3
Закон Кулона: фізична сутність та значення в електродинаміці; векторна форма запису закону та принцип суперпозиції електростатичних сил; методи експериментальної перевірки закону та межі його застосування.
Закон Кулону - Два нерухомі точкові електричні заряди, що знаходяться у вакуумі, взаємодіють між собою з силами, пропорційними величині цих зарядів і обернено пропорційними квадрату відстані між ними
Електричний диполь: фізична модель та дипольний момент диполя; електричне поле, створюване диполем; сили, що діють з боку однорідного та неоднорідного електричних полів на електричний диполь.
Електричний диполь - система, що складається з двох різноіменних точкових електричних зарядів, модулі яких рівні:
Плечо диполя; O – центр диполя;
Дипольний момент електричного диполя:
Одиниця виміру - = Кл * м
Електричне поле, яке створюється електричним диполем:
Вздовж осі диполя:
Сили, що діють на електричний диполь
Однорідне електричне поле:
Неоднорідне електричне поле :
Поняття концепції, електричне поле. Польове трактування закону Кулону. Напруженість електростатичного поля, силові лінії. Електричне поле, яке створюється нерухомим точковим зарядом. Принцип суперпозиції електростатичних полів.
Дальнодія – концепція класичної фізики, згідно з якою фізичні взаємодії передаються миттєво без участі будь-якого матеріального посередника
Близькодія – концепція класичної фізики, згідно з якою фізичні взаємодії передаються за допомогою особливого матеріального посередника зі швидкістю, що не перевищує швидкість світла у вакуумі
Електричне поле – це особливий вид матерії, одна із складових електромагнітного поля, що існує навколо заряджених частинок та тіл, а також при зміні протягом часу магнітного поля
Електростатичне поле – це особливий вид матерії, що існує навколо нерухомих заряджених частинок та тіл
Відповідно до концепції близькодії, нерухомі заряджені частинки і тіла створюють в навколишньому просторі електростатичне поле, яке надає силовий вплив на поміщені в це поле інші заряджені частинки та тіла.
Таким чином, електростатичне поле є матеріальним переносником електростатичних взаємодій. Силовий характеристикою електростатичного поля є локальна векторна фізична величина – напруженість електростатичного поля. Напруженість електростатичного поля позначається латинською літерою: і вимірюється із системою одиниць СІ у вольтах розділити на метр:
Визначення: звідси
Для поля, що створюється нерухомим точковим електричним зарядом:
Силові лінії електростатичного поля
Для графічного (наочного) зображення електростатичних полів застосовуються
Ø дотична до силової лінії збігається з напрямком вектора напруженості електростатичного поля у цій точці;
Ø густота силових ліній (їхнє число на одиницю нормальної поверхні) пропорційна модулю напруженості електростатичного поля;
силові лінії електростатичного поля:
є розімкнутими (починаються на позитивних і закінчуються на негативних зарядах);
Ø не перетинаються;
Ø не мають зламів
Принцип суперпозиції для електростатичних полів
Формулювання:
Якщо електростатичне поле створюється одночасно декількома нерухомими електрично зарядженими частинками або тілами, то напруженість даного поля дорівнює векторній сумі напруженостей електростатичних полів, що створюються кожною з цих частинок або тіл незалежно одна від одної
6. Потік та дивергенція векторного поля. Електростатична теорема Гауса для вакууму: інтегральна та диференційна форми теореми; її фізичні зміст та зміст.
Електростатична теорема Гауса
Потік векторного поля
Гідростатична аналогія:
Для електростатичного поля:
Потік вектора напруженості електростатичного поля через поверхню пропорційний числу силових ліній, що перетинають цю поверхню
Дивергенція векторного поля
Визначення: 
Одиниці виміру:
Теорема Остроградського: 
Фізичний сенс: розбіжність вектора вказує на наявність джерел поля
Формулювання:
Потік вектора напруженості електростатичного поля через замкнуту поверхню довільної форми пропорційний сумі алгебри електричних зарядів тіл або частинок, які знаходяться всередині цієї поверхні.
Фізичний зміст теореми:
* Закон Кулона, оскільки є його прямим математичним наслідком;
* польове трактування закону Кулона на основі концепції близькодії електростатичних взаємодій;
*принцип суперпозиції електростатичних полів
Застосування електростатичної теореми Гаусса до розрахунку електростатичних полів: загальні принципи; розрахунок поля рівномірно зарядженої нескінченно довгої тонкої прямої нитки та рівномірно зарядженої безмежної площини.
Застосування електростатичної теореми Гауса
Циркуляція та ротор векторного поля. Робота сил електростатичного поля: - потенційний характер електростатичного поля; різницю потенціалів між двома точками поля, потенціал у заданій точці поля; еквіпотенційні поверхні; розрахунок потенціалу поля, створюваного нерухомим точковим зарядом; принцип суперпозиції для потенціалу
Потенціал електростатичного поля у вакуумі
Робота сили:
-Криволінійний інтеграл.
- циркуль вектора (інтегральна хар.)
; ; в-диф = нескінченно малому приросту.
Ротор векторного поля : (локальна характеристика) Розбираємо поверхню, обмежену, на елементарні майданчики;
- циркуляціяпо контуру ;
- вектор ротор.
RotВекторна величина вектор. Rot- Вихор.
Циркуляція, що приходить на поверхню rot=0, коли проекція =0.
Якщо робота сили = 0, і rot=0 і циркуляція.
Теорема Стокса:
Циркуляція вектора по замкнутому контуру = потоку. Rot через поверхню обмежену цим контуром.
циркул=0, поле без вихрове.
Градієнт скалярної функції. Зв'язок між напруженістю електростатичного поля та його потенціалом: математичний запис та фізичний сенс для однорідного та неоднорідного полів; застосування до розрахунку полів. Рівняння Пуассон.
ГРАДІЄНТ ФУНКЦІЇ
і = f(x, у, z), заданої у певній обл. простору (X Y Z),є векторз проекціями позначений символами: grad де i, j, k- координатні орти. Р. ф. - є функція точки (х, у, z), тобто він утворює векторне поле. Похідна у напрямку Р. ф. у цій точці досягає найбільшого значення і дорівнює: 
Рівняння Пуассона- еліптичне диференціальне рівняння у приватних похідних, яке, серед іншого, описує
*електростатичне поле,
*стаціонарне поле температури,
*поле тиску,
*поле потенціалу швидкості в гідродинаміці.
Це рівняння має вигляд:
У тривимірній декартовій системі координат рівняння набуває форми:
Знаходження φ для даного f- важливе практичне завдання, оскільки це звичайний шлях для знаходження електростатичного потенціалу для цього розподілу заряду. В одиницях системи СІ:
де - електростатичний потенціал (у вольтах), - об'ємна густина заряду (у кулонах на кубічний метр), а -діелектрична проникність вакууму (у фарадах на метр).
Електричний струм та його основні характеристики: фізична сутність явища; дрейфова швидкість, щільність та сила електричного струму; закон збереження електричного заряду як рівняння безперервності.
Електричним струмомназивають упорядкований рух заряджених частинок чи заряджених макроскопічних тіл. Розрізняють два види електричних струмів – струми провідності та конвекційні струми.
Струмом провідностіназивають упорядкований рух у речовині або вакуумі вільних заряджених частинок – електронів провідності (у металах), позитивних та негативних іонів (в електролітах), електронів та позитивних іонів (у газах), електронів провідності та дірок (у напівпровідниках), пучків електронів (у вакуумі ). Цей струм обумовлений тим, що у провіднику під дією прикладеного електричного поля напруженістю відбувається переміщення вільних електричних зарядів.
Конвекційним електричним струмомназивають струм, обумовлений переміщенням у просторі зарядженого макроскопічного тіла
Для виникнення та підтримки електричного струму провідності необхідні такі умови:
1) наявність вільних носіїв струму (вільних зарядів);
2) наявність електричного поля, що створює впорядкований рух вільних зарядів;
3) на вільні заряди, крім кулонівських сил, мають діяти сторонні силинеелектричної природи; ці сили створюються різними джерелами струму(гальванічними елементами, акумуляторами, електричними генераторами та ін.);
4) ланцюг електричного струму повинен бути замкнутим.
За напрямок електричного струму умовно приймають напрямок руху позитивних зарядів, що утворюють цей струм.
Кількісним заходомелектричного струму є сила струму I- скалярна фізична величина, що визначається електричним зарядом, що проходить через поперечний переріз Sпровідника за одиницю часу:
Струм, сила і напрямок якого не змінюються з часом, називається постійнимДля постійного струму
Електричний струм, що змінюється з часом, називається змінним. Одиниця сили струму – ампер(А). У СІ визначення одиниці сили струму формулюється так: 1А– це сила такого постійного струму, який при протіканні двома паралельними прямолінійними провідниками нескінченної довжини і мізерно малого поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 модин від одного, створює між цими провідниками силу, рівну на кожен метр довжини.
Щільністю струмуназивають векторну фізичну величину, що збігається з напрямком струму в точці, що розглядається, і чисельно рівну відношенню сили струму dI, що проходить через елементарну поверхню, перпендикулярної напрямку струму, до площі цієї поверхні:
Одиниця щільності струму – ампер на квадратний метр (А/м2).
Щільність постійного електричного струму однакова у всьому поперечному перерізі однорідного провідника. Тому для постійного струму в однорідному провіднику з площею поперечного перерізу Sсила струму дорівнює
Фізична величина, яка визначається роботою сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду, називається електрорушійною силою (ЕРС) джерела:
Одиниця ЕРС – вольт(В). Стороння сила, що діє на заряд, може бути виражена через напруженість поля сторонніх сил
Тоді робота сторонніх сил щодо переміщення заряду на замкнутій ділянці ланцюга буде рівна:
Розділивши на та враховуючи (отримаємо вираз для ЕРС, що діє в ланцюзі:
Лінійні електричні кола. Однорідна ділянка лінійного кола постійного струму: закон Ома, правило знаків; закон Джоуля-Ленца, баланс потужностей; послідовне та паралельне з'єднання однорідних ділянок ланцюга.
При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка ланцюга, що їх включає, не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі елементи, що входять в ланцюг, об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами, якщо це не суперечить умові.
При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова.
При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що об'єднують елементи ланцюга, однаково всім елементів. При цьому величина, обернена до загального опору ланцюга, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.
Послідовне з'єднання
При послідовному з'єднанні провідників сила струму в будь-яких частинах ланцюга та сама:
Повна напруга ланцюга при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках ланцюга:
Резистори
Котушка індуктивності
Електричний конденсатор
.
Паралельне з'єднання
Сила струму в нерозгалуженій частині ланцюга дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках:
Напруга на ділянках ланцюга АВ і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників те саме: 
Резистор
При паралельному з'єднанні резисторів складаються величини, обернено пропорційні опору (тобто загальна провідність складається з провідностей кожного резистора).
Якщо ланцюг можна розбити на вкладені підблоки, послідовно або паралельно увімкнені між собою, то спочатку вважають опір кожного підблоку, потім замінюють кожен підблок його еквівалентним опором, таким чином знаходиться загальний (шуканий) опір.
Для двох паралельно з'єднаних резисторів їхній загальний опір дорівнює: .
Якщо , то загальний опір дорівнює:
При паралельному з'єднанні резисторів їх загальний опір буде меншим за найменший з опорів.
Котушка індуктивності
Електричний конденсатор
Закон Ома для ділянки ланцюга. відношення напруги Uміж кінцями металевого провідника, що є ділянкою електричного ланцюга, до сили струму Iв ланцюзі є величина постійна:
Цю величину Rназивають електричним опоромпровідника.
Одиниця електричного опору в СІ - ом(Ом). Електричний опір 1 Ом має таку ділянку ланцюга, на якому при силі струму 1 А напруга дорівнює 1 В:
Досвід показує, що електричний опір провідника прямо пропорційний його довжині. lі назад пропорційно площі Sпоперечного перерізу:
Постійний для цієї речовини параметр називається питомим електричним опоромречовини.
Експериментально встановлену залежність сили струму Iвід напруги Uта електричного опору Rділянки ланцюга називають законом Ома для ділянки ланцюга:
Закон Джоуля-Ленца формула та формулювання
Так чи інакше, обидва вчені досліджували явище нагрівання провідників електричним струмом, вони встановили досвідченим шляхом наступну закономірність: кількість теплоти, що виділяється у провіднику зі струмом, прямо пропорційно опору провідника, квадрату сили струму та часу проходження струму.
Пізніше додаткові дослідження виявили, що це твердження справедливе всім провідників: рідких, твердих і навіть газоподібних. У зв'язку із цим відкрита закономірність стала законом.
Отже, розглянемо сам закон Джоуля-Ленца та його формулу, яка має такий вигляд:
Формулювання закону Ома
Сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору:
I = U/R;
Ом
встановив, Що опір прямо пропорційно довжині провідника і обернено пропорційно площі його поперечного перерізу і залежить від речовини провідника.
R = ρl/S,
де ρ – питомий опір, l – довжина провідника, S – площа поперечного перерізу провідника.
Баланс потужності –система показників, що характеризує відповідність суми значень навантажень споживачів енергосистеми (ОЕС) та необхідної резервної потужності величині наявної потужності енергосистеми.
Визначення
Для формулювання правил Кірхгофа вводяться поняття вузол, гілкаі контурелектричного кола. Гілкою називають будь-який двополюсник, що входить у ланцюг, наприклад, на рис. відрізок, позначений U 1 I 1 є гілка. Вузлом називають точку з'єднання двох і більше гілок (на рис. позначені жирними точками). Контур – замкнутий цикл із гілок. Термін замкнутий циклозначає, що, почавши з деякого вузла ланцюга та одноразовопройшовши по кількох гілках та вузлах, можна повернутися у вихідний вузол. Гілки і вузли, що проходять при такому обході, прийнято називати такими, що належать даному контуру. При цьому потрібно мати на увазі, що гілка та вузол можуть належати одночасно кільком контурам.
У термінах даних визначень правила Кірхгофа формулюються в такий спосіб.
Перше правило
Скільки струму втікає у вузол, стільки з нього випливає. i 2 + i 3 = i 1 + i 4 Перше правило Кірхгофа (правило струмів Кірхгофа) свідчить, що алгебраїчна сума струмів у кожному вузлі будь-якого ланцюга дорівнює нулю. При цьому струм, що втікає у вузол, прийнято вважати позитивним, а що випливає - негативним:
Іншими словами, скільки струму втікає у вузол, стільки з нього і витікає. Це правило випливає з фундаментального закону збереження заряду.
Друге правило
правило Кірхгофа (правило напруг Кірхгофа) свідчить, що алгебраїчна сума падінь напруг на всіх гілках, що належать будь-якому замкнутому контуру ланцюга, дорівнює сумі алгебри ЕРС гілок цього контуру. Якщо в контурі немає джерел ЕРС (ідеалізованих генераторів напруги), то сумарне падіння напруг дорівнює нулю:
для постійних напруг 
для змінної напруги
Іншими словами, при повному обході контуру потенціал, змінюючись, повертається до вихідного значення. Правила Кірхгофа справедливі для лінійних та нелінійних лінеаризованих ланцюгів за будь-якого характеру зміни в часі струмів та напруг.
Баланс потужності– система показників, що характеризує відповідність суми значень навантажень споживачів енергосистеми (ОЕС) та необхідної резервної потужності величині наявної потужності енергосистеми.
Власна та домішкова провідність напівпровідників: механізми електронної та діркової провідності, донорні та акцепторні домішки, залежність концентрації носіїв струму від температури. Терморезистори.
Терморезистор – напівпровідниковий резистор, у якому використовується залежність електричного опору напівпровідникового матеріалу від температури. Для терморезистора характерні великий температурний коефіцієнт опору (ТКС) (у десятки разів перевищує цей коефіцієнт у металів), простота пристрою, здатність працювати в різних кліматичних умовах за значних механічних навантажень, стабільність характеристик у часі. Терморезистор був винайдений Самюелем Рубеном (Samuel Ruben) у 1930 році. Розрізняють терморезистори з негативним (термістори) та позитивним (позистори) ТКС. Їх ще називають NTC-термістори та PTC-термістори відповідно. У позисторів зі зростанням температури зростає і опір, а термісторів - навпаки: зі збільшенням температури опір падає.
Режим роботи терморезисторів залежить від того, на якій ділянці статичної вольт-амперної характеристики (ВАХ) вибрано робочу точку. У свою чергу ВАХ залежить як від конструкції, розмірів та основних параметрів терморезистора, так і від температури, теплопровідності навколишнього середовища, теплового зв'язку між терморезистором та середовищем.
Провідники та діелектрики. Електростатична індукція у провідниках: фізична сутність явища; рівноважний розподіл напруженості електростатичного поля та щільності електричних зарядів в обсязі та на поверхні провідників.
Провідник - це тіло, всередині якого міститься достатня кількість вільних електричних набоїв, здатних переміщатися під дією електричного поля. У провідниках можливе виникнення електричного струму під дією прикладеного електричного поля. Усі метали, розчини солей і кислот, вологий ґрунт, тіла людей і тварин – добрі провідники електричних зарядів.
Діелектрик або ізолятор - тіло, що не містить усередині вільних електричних зарядів. В ізоляторах електричний струм неможливий.
До діелектриків можна віднести – скло, пластик, гуму, картон, повітря. тіла, виготовлені з діелектриків, називають ізоляторами. Абсолютно непровідна рідина – дистильована, тобто. очищена вода. (будь-яка інша вода (водопровідна або морська) містить якусь кількість домішок і є провідником)
Вільні заряди в провіднику здатні переміщатися під дією скільки завгодно малої сили. Тому для рівноваги зарядів у провіднику мають виконуватися такі умови:
Напруженість поля всередині провідника повинна дорівнювати нулю потенціал всередині провідника повинен бути постійним.
Напруженість поля на поверхні провідника має бути перпендикулярна поверхні
Отже, поверхня провідника при рівновазі зарядів є еквіпотенційною. При рівновазі зарядів ні в якому місці всередині провідника може бути надлишкових зарядів – вони розподілені по поверхні провідника з деякою щільністю σ. Розглянемо замкнуту поверхню у формі циліндра, що утворюють перпендикулярні поверхні провідника. На поверхні провідника розташовані вільні заряди з поверхневою густиною σ.
Т.к. всередині провідника зарядів немає, то потік через поверхню циліндра всередині провідника дорівнює нулю. Потік через верхню частину циліндра поза провідником по теоремі Гауса дорівнює
Вектор електричного зміщення дорівнює поверхневій щільності вільних зарядів провідника або При внесенні незарядженого провідника у зовнішнє електростатичне поле вільні заряди почнуть переміщатися: позитивні – по полю, негативні – проти поля. Тоді з одного боку провідника накопичуватимуться позитивні, з другого негативні заряди. Ці заряди називаються індукованими. Процес перерозподілу зарядів відбуватиметься до того часу, поки напруженість усередині провідника стане рівної нулю, а лінії напруженості поза провідником перпендикулярні його поверхні. Індуковані заряди з'являються на провіднику внаслідок усунення, тобто. є поверхневою щільністю зміщених набоїв і т.к. то тому назвали вектором електричного усунення.
11. Електрична ємність: ємнісні коефіцієнти; електрична ємність конденсатора та відокремленого провідника; розрахунок електричної ємності на прикладах плоского конденсатора і відокремленої провідної кулі. Системи конденсаторів.
ВІДЕМОВИМ називається провідник, віддалений від інших провідників, тіл, зарядів. Потенціал такого провідника прямо пропорційний заряду на ньому
З досвіду випливає, що різні провідники, будучи однаково зарядженими Q1 = Q2 набуває різних потенціалів φ1¹φ2 через різну форму, розміри та навколишній провідник середовища (ε). Тому для відокремленого провідника справедлива формула
Де ємність відокремленого провідника. Ємність відокремленого провідника дорівнює відношенню заряду q повідомлення якого провіднику змінює його потенціал на 1 Вольт. У системі SI ємність вимірюється у Фарадах
Ємність кулі
Місткість відокремлених провідників дуже мала. Для практичних цілей необхідно створювати такі пристрої, які дозволяють накопичувати великі заряди при малих розмірах та потенціалах. КОНДЕНСАТОР – пристрій для накопичення заряду та електричної енергії. Найпростіший конденсатор складається з двох провідників, між якими знаходиться повітряний зазор, або діелектрик (повітря це теж діелектрик). Провідники конденсатора називаються обкладками, і їх розташування один до одного підбирають таким, щоб електричне поле було зосереджено в зазорі між ними. Під ємністю конденсатора розуміється фізична величина, рівна відношенню заряду q, накопиченого на обкладках, до різниці потенціалів між обкладками.
Розрахуємо ємність плоского конденсатора з площею пластин S, поверхневою щільністю заряду σ, діелектричною проникністю діелектрика ε між пластинами, відстанню між пластинами d. Напруженість поля дорівнює
Використовуючи зв'язок Δφ та Е, знаходимо 
Для циліндричного конденсатора: місткість плоского конденсатора.
Для сферичного конденсатора 
Поляризація діелектриків: фізична суть явища; поляризаційні (пов'язані) заряди; поляризованість (вектор поляризації); зв'язок вектора поляризації з поверхневою та об'ємною щільністю пов'язаних зарядів.
Поляризація діелектриків- явище, пов'язане з обмеженим зсувом пов'язаних зарядів у діелектриці або поворотом електричних диполів, зазвичай під впливом зовнішнього електричного поля, іноді під дією інших зовнішніх сил чи спонтанно.
Пов'язані заряди. Внаслідок процесу поляризації в обсязі (або на поверхні) діелектрика виникають некомпенсовані заряди, які називаються поляризаційними, або пов'язаними. Частинки, що мають ці заряди, входять до складу молекул і під дією зовнішнього електричного поля зміщуються зі своїх положень рівноваги, не залишаючи молекули, до складу якої вони входять. Пов'язані заряди характеризують поверхневою щільністю
Діелектрик, поміщений у зовнішнє електричне поле, поляризується під дією цього поля. Поляризацією діелектрика називається процес придбання ним відмінного від нуля макроскопічного дипольного моменту.
Вчення без роздумів – шкідливе, а роздум без вчення – небезпечне. Конфуцій
Фундаментальна галузь природознавства – Фізика,з грецької "природи".
Один з основних творів давньогрецького філософа та вченого Аристотеля так і називався "Фізика". Аристотель писав: Наука про природу вивчає переважно тіла та величини, їх властивості та види руху, а крім того, початку такого роду буття.
Одне із завдань фізики - виявлення найпростішого і найзагальнішого у природі, у відкритті таких законів, у тому числі можна було б логічно вивести картину світу - так вважав А. Ейнштейн.
Найпростіше- звані первинні елементи: молекули, атоми, елементарні частинки, поля тощо. Загальними властивостямиматерії прийнято вважати рух, простір та час, масу, енергію та ін.
Під час вивчення складне зводиться до простого, конкретне - до загального.
Фрідріх Кекуле(1829 – 1896) запропонував ієрархію природничих науку формі чотирьох її послідовних основних щаблів: механіка, фізика, хімія, біологія.
Перший етапрозвитку фізики та природознавства охоплює період від часів Аристотеля до початку XVII ст., і називається стародавнім та середньовічним етапом.
Другий етапкласичної фізики (класичної механіки) остаточно ХІХ ст. пов'язаний з Галілео Галілеєм та Ісааком Ньютоном.
В історії фізики важливою для розуміння явищ природи була концепція атомізму, згідно з якою матерія має уривчасту, дискретну будову, тобто складається з атомів. (Демокріт, 4й до н.е., - атоми і порожнеча).
Третій етапсучасної фізики відкрив у 1900 р. Макс Планк(1858- 1947), який запропонував квантовий підхід до оцінки накопичених експерементальних даних, заснований на дискретній концепції.
Універсальність фізичних законів підтверджує єдність природи та Всесвіту загалом.
Макросвіт– це світ фізичних тіл, які з мікрочастинок. Поведінка та властивості таких тіл описуються класичною фізикою.
Мікросвітабо світ мікроскопічних частинок, що описує переважно квантова фізика.
Мегамір- світ зірок, галактик та Всесвіту, розташований за межами Землі.
Види фундаментальних взаємодій
На сьогодні відомі чотири виду основних фундаментальних взаємодій:
гравітаційне, електромагнітне, сильне, слабке.
1.Гравітаційна взаємодіяхарактерно для всіх матеріальних об'єктів, полягає у взаємному тяжінні тіл і визначається фундаментальним законом всесвітнього тяжіння: між двома точковими тілами діє сила тяжіння, прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Гравітаційна взаємодія у процесах мікросвітусуттєвої ролі не грає. Однак у макропроцесахйому належить визначальна роль. Наприклад, рух планет Сонячної системи відбувається у суворій відповідності до законів гравітаційної взаємодії.
Радіус дії його, як і електромагнітної взаємодії, необмежений.
2.Електромагнітна взаємодіяпов'язане з електричними та магнітними полями. Електромагнітна теорія Максвеллапов'язує електричне та магнітне поля.
Різні агрегатні стани речовини (твердого, рідкого та газоподібного), явище тертя, пружні та інші властивості речовини визначаються силами міжмолекулярної взаємодії, Яке за своєю природою є електромагнітним.
3.Сильна взаємодіявідповідає за стійкість ядер і поширюється лише межах розмірів ядра. Чим сильніше взаємодіють нуклони в ядрі, тим воно стійкіше, тим більше його енергія зв'язку.
Енергія зв'язкувизначається роботою, яку необхідно зробити, щоб розділити нуклони та видалити їх один від одного на такі відстані, при яких взаємодія стає рівною нулю.
Зі зростанням розміру ядра енергія зв'язку зменшується.Так, ядра елементів, що у кінці таблиці Менделєєва, нестійкі і можуть розпадатися. Такий процес часто називається радіоактивний розпад.
4.Слабка взаємодіякороткодіє і описує деякі види ядерних процесів.
Що менші розміри матеріальних систем, то міцніше пов'язані їх елементи.
Розробка єдиної теоріївсіх відомих фундаментальних взаємодій(Теорія всього) дозволить забезпечити концептуальну інтеграцію сучасних даних про природу.
У природознавстві розрізняють три види матерії: речовина (фізичні тіла, молекули, атоми, частинки), поле (світло, радіація, гравітація, радіохвилі) та фізичний вакуум.
У мікросвіті, багато властивостей якого носять квантово-механічний характер, речовина і полі можна поєднати (у дусі концепції корпускулярно-хвильового дуалізму).
Системна організаціяматерії висловлює упорядкованість існування матерії.
Структурність організації матерії- Ті конкретні форми, в яких вона проявляється (існує).
Під структурою матеріїзазвичай розуміється її будову у мікросвіті, існування у вигляді молекул, атомів, елементарних частинок і т.д.
Сила- фізичний захід взаємодії тел.
Маса тілє джерелом сили відповідно до закону всесвітнього тяжіння. Отже, поняття маси, введене вперше Ньютоном, фундаментальніше, ніж сили.
Відповідно до квантової теорії поля частинки, що мають масу, можуть народжуватися з фізичного вакууму при досить високій концентрації енергія.
Енергіяцим постає як ще більш фундаментальна і загальна концепція, ніж маса, оскільки енергія притаманна як речовині, а й безмасовим полям.
Енергія- універсальна міра різних форм руху та взаємодії.
Закон всесвітнього тяжіння, сформульований Ньютоном – цесила гравітаційної взаємодії F. F = G* т1 * т2/r2 де G – гравітаційна постійна.
Руху загальному вигляді - це зміна стану фізичної системи.
Для кількісного опису рухусформувалися уявлення про просторіі часу, які за тривалий період розвитку природознавства зазнали суттєвих змін.
У своїх фундаментальних "Математичних засадах натуральної філософії" Ньютон писав:
«.. Час і простір становлять хіба що вмістилища себе і всього існуючого.»
Час виражає порядок зміни фізичних станів
Час є об'єктивною характеристикою будь-якого фізичного процесу або явища; воно універсальне.
Говорити про час безвідносно до змін у будь-яких реальних тілах чи системах – з фізичного погляду безглуздо.
Однак у процесі розвитку фізики з появою спеціальної теорії відносностівиникло твердження:
По перше, Протягом часу залежить від швидкості руху системи відліку. При досить великій швидкості, близькій до швидкості світла, час уповільнюється, тобто виникає релятивістськеуповільнення часу.
По-друге, поле тяжіння призводить до гравітаційномууповільнення часу.
Можна говорити лише про локальний час у деякій системі відліку. У цьому час немає сутність, яка залежить від матерії. Тече воно з різною швидкістю у різних фізичних умовах. Час завжди відносно .
Простір - Виражає порядок співіснування фізичних тіл.
Перша закінчена теорія простору - геометрія Евкліда. Вона була створена приблизно 2000 років тому. Геометрія Евкліда оперує ідеальними математичними об'єктами, які існують як би поза часом, і в цьому сенсі простір у цій геометрії – ідеальний математичний простір.
Ньютон увів поняття абсолютного простору, яке може бути абсолютно порожнім і існує незалежно від наявності у ньому фізичних тіл.Властивості такого простору визначаються Евклідовою геометрією.
Аж до середини XIX ст., коли були створені неевклідові геометрії, ніхто з дослідників природи не сумнівався в тотожності реального фізичного і Евклідова просторів.
Для опису механічного руху тіла в абсолютному просторіпотрібно вказати інше як тіла відліку- Розгляд одного єдиного тіла в порожньому просторі безглуздо.
Завантаження...