Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 45 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

88
89
âîçíèêíîâåíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè), áûëî
óòâåðæäåíèå, ÷òî ìàòåðèÿ ñóùåñòâóåò â äâóõ âèäàõ: â âèäå
âåùåñòâà è â âèäå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Âåùåñòâåííûå òåëà
ñîñòîÿò èç íåïðîíèöàåìûõ, ëîêàëèçîâàííûõ â ïðîñòðàíñòâå
÷àñòèö (àòîìîâ, ìîëåêóë, èîíîâ, ýëåêòðîíîâ). Ïîëåâîå ñîñòîÿíèå
ìàòåðèè (ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ óòâåðäèëà â
1905 ã. ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè) îáëàäàåò
õàðàêòåðíûì äëÿ ýòîãî âèäà ìàòåðèè ñâîéñòâîì ñóïåðïîçèöèè,
ò.å. â îäíîì è òîì æå ãåîìåòðè÷åñêèì îáúåìå ìîæåò íàõîäèòüñÿ
ìíîæåñòâî ïîëåé, ïåðåìåííûå âî âðåìåíè ïîëÿ ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ
îò ìåñòà ñâîåãî âîçíèêíîâåíèÿ â âèäå âîëí. Â
ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà ñ÷èòàëîñü, ÷òî ñâîéñòâà ýòèõ
äâóõ âèäîâ ìàòåðèè íåñâîäèìû äðóã ê äðóãó, ñëèøêîì êîíòðàñòíû
ýòè ñâîéñòâà (âïîñëåäñòâèè, ïîñëå âîçíèêíîâåíèÿ êâàíòîâîé
ìåõàíèêè, áûëà ïîñòðîåíà íîâàÿ êâàíòîâî-ïîëåâàÿ êàðòèíà ìèðà,
â êîòîðîé áûëî óñòàíîâëåíî åäèíñòâî âåùåñòâåííîãî è ïîëåâîãî
âèäîâ ìàòåðèè).
Ïåðâîå ñåðüåçíîå çàòðóäíåíèå â ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé
êàðòèíå ìèðà âîçíèêëî â 1887 ã., êîãäà íåìåöêèé ôèçèê Ã. Ãåðö
îáíàðóæèë íîâîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå: ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåòà
îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ïëàñòèíêà ðàçðÿæàëàñü,
òåðÿëà çàðÿä. Ïîñëå îòêðûòèÿ ýëåêòðîíà Òîìñîíîì â 1897ã. áûëî
óñòàíîâëåíî, ÷òî îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ
ïëàñòèíêà ïîä äåéñòâèåì ñâåòà òåðÿåò ýëåêòðîíû. Ðîññèéñêèì
ôèçèêîì À.Ã.Ñòîëåòîâûì áûëè óñòàíîâëåíû çàêîíû
ôîòîýôôåêòà (òàê áûëî íàçâàíî ÿâëåíèå, îòêðûòîå Ãåðöåì).
Îäíàêî îáúÿñíèòü ýòè çàêîíû ñ ïîçèöèé êëàññè÷åñêîé ôèçèêè íå
óäàâàëîñü, ñâåò ïðè ýòîì ðàññìàòðèâàëñÿ êàê âîëíîâîé ïðîöåññ.
 1905 ã. À. Ýéíøòåéí ïîäîøåë ê ïðîáëåìå ôîòîýôôåêòà
ïðèíöèïèàëüíî ïî-íîâîìó. Ðàçâèâàÿ èäåþ Ì. Ïëàíêà î òîì, ÷òî
àòîìû èçëó÷àþò è ïîãëîùàþò ýíåðãèþ ïîðöèÿìè, À. Ýéíøòåéí
ïðåäïîëîæèë, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå è
ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå ïîðöèÿìè, êâàíòàìè.
Âïîñëåäñòâèè ýòèì äèñêðåòíûì ïîðöèÿì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ
äàëè íàçâàíèå ôîòîíû. Ïðèïèñàâ ïîðöèÿì ýëåêòðîìàãíèòíîãî
èçëó÷åíèÿ ñâîéñòâà ÷àñòèö-êîðïóñêóë, À. Ýéíøòåéí ñîñòàâèë
Çàäà÷à ¹ 4
Ðàññ÷èòàòü ýíåðãåòè÷åñêèé âûõîä â ðåàêöèè ñèíòåçà òÿ-
æåëîãî âîäîðîäà (äåéòåðèÿ) è ñâåðõòÿæåëîãî âîäîðîäà (òðèòèÿ)
ñ îáðàçîâàíèåì ÿäðà àòîìà ãåëèÿ è íåéòðîíà.
Íàéòè
U
Äàíî Ì
Í
2
=2,014708 à. å. ì.
Ì
H
3
=3,01700 à. å. ì.
Ì
He
4
=4,00390 à. å. ì. Ðåøåíèå.
Ì
ï
= 1,00893 à. å. ì.
Áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïðîöåññ ñèíòåçà â ÈÑÎ Ëàáîðàòîðèÿ.
Ðåàêöèÿ ñèíòåçà ïðîòåêàåò òàê:
.
1
0
4
2
3
1
2
1
nHeHH ++
Äëÿ äåôåêòà ìàññû ïîëó÷àåì ñëåäóþùóþ âåëè÷èíó
=+=
1
0
4
2
3
1
2
1
nHeHH
MMMMm
0,0189 à. å. ì. = 3,0  10
-29
êã.
Ñëåäîâàòåëüíî, âûñâîáîæäàþùàÿñÿ ýíåðãèÿ (â ôîðìå êè-
íåòè÷åñêîé ýíåðãèè ðàçëåòàþùèõñÿ Íå è íåéòðîíà) ðàâíà
\U\ = 27 .10
-13
Äæ = 17 ÌýÂ.
Òåðìîÿäåðíûå ðåàêöèè ñóëÿò ÷åëîâå÷åñòâó áåçãðàíè÷íîå
êîëè÷åñòâî ýíåðãèè. Òðóäíîñòü îñóùåñòâëåíèÿ ðåãóëèðóåìîé
òåðìîÿäåðíîé ðåàêöèè ñâÿçàíà, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ñ íåîáõî-
äèìîñòüþ ïðåîäîëåòü êóëîíîâñêîå îòòàëêèâàíèå îäíîèìåííî
çàðÿæåííûõ ÿäåð âîäîðîäà è òðèòèÿ. Èìåííî äëÿ ïðåîäîëåíèÿ
ýòîãî îòòàëêèâàíèÿ ïëàçìó èç ýòèõ ÿäåð íàãðåâàþò äî äåñÿòêîâ
ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò çà ñ÷åò êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè
÷àñòèö ïëàçìû ñîâåðøèòü ðàáîòó ïðîòèâ êóëîíîâñêèõ ñèë
îòòàëêèâàíèÿ. Íî ó ðåãóëèðóåìîãî ñèíòåçà ëåãêèõ ýëåìåíòîâ åñòü
è äðóãèå òðóäíîñòè, ïðåîäîëåòü êîòîðûå ïîêà íå óäàåòñÿ.
Çàäà÷à ¹5. Ýôôåêò Êîìïòîíà
Îäíèì èç ïîëîæåíèé ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà,
ïîñòðîåíèå êîòîðîé çàâåðøèëîñü ê íà÷àëó ÕÕ â., (ïîñëå
                         Çàäà÷à ¹ 4                                          âîçíèêíîâåíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè), áûëî
     Ðàññ÷èòàòü ýíåðãåòè÷åñêèé âûõîä â ðåàêöèè ñèíòåçà òÿ-                   óòâåðæäåíèå, ÷òî ìàòåðèÿ ñóùåñòâóåò â äâóõ âèäàõ: â âèäå
æåëîãî âîäîðîäà (äåéòåðèÿ) è ñâåðõòÿæåëîãî âîäîðîäà (òðèòèÿ)                 âåùåñòâà è â âèäå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Âåùåñòâåííûå òåëà
ñ îáðàçîâàíèåì ÿäðà àòîìà ãåëèÿ è íåéòðîíà.                                  ñîñòîÿò èç íåïðîíèöàåìûõ, ëîêàëèçîâàííûõ â ïðîñòðàíñòâå
                                                                             ÷àñòèö (àòîìîâ, ìîëåêóë, èîíîâ, ýëåêòðîíîâ). Ïîëåâîå ñîñòîÿíèå
Íàéòè         U                                                              ìàòåðèè (ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ óòâåðäèëà â
                                                                             1905 ã. ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè) îáëàäàåò
Äàíî          ÌÍ2=2,014708 à. å. ì.
                                                                             õàðàêòåðíûì äëÿ ýòîãî âèäà ìàòåðèè ñâîéñòâîì ñóïåðïîçèöèè,
              ÌH3=3,01700 à. å. ì.
                                                                             ò.å. â îäíîì è òîì æå ãåîìåòðè÷åñêèì îáúåìå ìîæåò íàõîäèòüñÿ
              ÌHe4 =4,00390 à. å. ì.                Ðåøåíèå.
                                                                             ìíîæåñòâî ïîëåé, ïåðåìåííûå âî âðåìåíè ïîëÿ ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ
              Ìï= 1,00893 à. å. ì.
                                                                             îò ìåñòà ñâîåãî âîçíèêíîâåíèÿ â âèäå âîëí. Â
                                                                             ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà ñ÷èòàëîñü, ÷òî ñâîéñòâà ýòèõ
      Áóäåì ðàññìàòðèâàòü ïðîöåññ ñèíòåçà â ÈÑÎ “Ëàáîðàòîðèÿ”.
                                                                             äâóõ âèäîâ ìàòåðèè íåñâîäèìû äðóã ê äðóãó, ñëèøêîì êîíòðàñòíû
      Ðåàêöèÿ ñèíòåçà ïðîòåêàåò òàê:
                                                                             ýòè ñâîéñòâà (âïîñëåäñòâèè, ïîñëå âîçíèêíîâåíèÿ êâàíòîâîé
                            H 12 + H 13 → He24 + n 10 .                      ìåõàíèêè, áûëà ïîñòðîåíà íîâàÿ êâàíòîâî-ïîëåâàÿ êàðòèíà ìèðà,
      Äëÿ äåôåêòà ìàññû ïîëó÷àåì ñëåäóþùóþ âåëè÷èíó                          â êîòîðîé áûëî óñòàíîâëåíî åäèíñòâî âåùåñòâåííîãî è ïîëåâîãî
     ∆m = M H 2 + M H 3 − M He4 − M n1 = 0,0189 à. å. ì. = 3,0 • 10-29 êã.   âèäîâ ìàòåðèè).
             1       1        2      0
                                                                                   Ïåðâîå ñåðüåçíîå çàòðóäíåíèå â ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé
     Ñëåäîâàòåëüíî, âûñâîáîæäàþùàÿñÿ ýíåðãèÿ (â ôîðìå êè-                    êàðòèíå ìèðà âîçíèêëî â 1887 ã., êîãäà íåìåöêèé ôèçèê Ã. Ãåðö
íåòè÷åñêîé ýíåðãèè ðàçëåòàþùèõñÿ Íå è íåéòðîíà) ðàâíà                        îáíàðóæèë íîâîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå: ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåòà
                 \U\ = 27 .10-13 Äæ = 17 ÌýÂ.                                îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ïëàñòèíêà ðàçðÿæàëàñü,
     Òåðìîÿäåðíûå ðåàêöèè ñóëÿò ÷åëîâå÷åñòâó áåçãðàíè÷íîå                    òåðÿëà çàðÿä. Ïîñëå îòêðûòèÿ ýëåêòðîíà Òîìñîíîì â 1897ã. áûëî
êîëè÷åñòâî ýíåðãèè. Òðóäíîñòü îñóùåñòâëåíèÿ ðåãóëèðóåìîé                     óñòàíîâëåíî, ÷òî îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ
òåðìîÿäåðíîé ðåàêöèè ñâÿçàíà, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ñ íåîáõî-                    ïëàñòèíêà ïîä äåéñòâèåì ñâåòà òåðÿåò ýëåêòðîíû. Ðîññèéñêèì
äèìîñòüþ ïðåîäîëåòü êóëîíîâñêîå îòòàëêèâàíèå îäíîèìåííî                      ôèçèêîì À.Ã.Ñòîëåòîâûì áûëè óñòàíîâëåíû çàêîíû
çàðÿæåííûõ ÿäåð âîäîðîäà è òðèòèÿ. Èìåííî äëÿ ïðåîäîëåíèÿ                    ôîòîýôôåêòà (òàê áûëî íàçâàíî ÿâëåíèå, îòêðûòîå Ãåðöåì).
ýòîãî îòòàëêèâàíèÿ ïëàçìó èç ýòèõ ÿäåð íàãðåâàþò äî äåñÿòêîâ                 Îäíàêî îáúÿñíèòü ýòè çàêîíû ñ ïîçèöèé êëàññè÷åñêîé ôèçèêè íå
ìèëëèîíîâ ãðàäóñîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò çà ñ÷åò êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè               óäàâàëîñü, ñâåò ïðè ýòîì ðàññìàòðèâàëñÿ êàê âîëíîâîé ïðîöåññ.
÷àñòèö ïëàçìû ñîâåðøèòü ðàáîòó ïðîòèâ êóëîíîâñêèõ ñèë                               1905 ã. À. Ýéíøòåéí ïîäîøåë ê ïðîáëåìå ôîòîýôôåêòà
îòòàëêèâàíèÿ. Íî ó ðåãóëèðóåìîãî ñèíòåçà ëåãêèõ ýëåìåíòîâ åñòü               ïðèíöèïèàëüíî ïî-íîâîìó. Ðàçâèâàÿ èäåþ Ì. Ïëàíêà î òîì, ÷òî
è äðóãèå òðóäíîñòè, ïðåîäîëåòü êîòîðûå ïîêà íå óäàåòñÿ.                      àòîìû èçëó÷àþò è ïîãëîùàþò ýíåðãèþ ïîðöèÿìè, À. Ýéíøòåéí
                                                                             ïðåäïîëîæèë, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå è
                    Çàäà÷à ¹5. Ýôôåêò Êîìïòîíà                               ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå ïîðöèÿìè, êâàíòàìè.
                                                                             Âïîñëåäñòâèè ýòèì äèñêðåòíûì ïîðöèÿì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ
    Îäíèì èç ïîëîæåíèé ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà,                     äàëè íàçâàíèå “ôîòîíû”. Ïðèïèñàâ ïîðöèÿì ýëåêòðîìàãíèòíîãî
ïîñòðîåíèå êîòîðîé çàâåðøèëîñü ê íà÷àëó ÕÕ â., (ïîñëå                        èçëó÷åíèÿ ñâîéñòâà ÷àñòèö-êîðïóñêóë, À. Ýéíøòåéí ñîñòàâèë

88                                                                                                                                      89