Физические явления, физика, статьи по физике.

В 1899 году Томсон доказал это утверждение, сравнив соотношение
е/т электронов катодного луча и частиц, высвобождающихся
под действием света, и оказалось, что соотношения
эти равны друг другу, и с тех пор эти частицы также считаются
электронами.
Снова встал тот же вопрос. Появляются ли электроны в металле
под действием света, или же они присутствуют в нем всегда?
В 1905 году Эйнштейн, доказал, что существовавшая в XIX веке
формулировка закона сохранения массы является неполной. На
самом деле энергия может переходить в массу, и наоборот, поэтому
следует говорить скорее о законе сохранения массы и энергии.
Тем не менее энергии света, пусть даже и ультрафиолетового,
просто недостаточно для образования электронов.
Значит, электроны присутствуют в самом металле. Тогда возникает
еще один вопрос. Существуют ли электроны сами по
себе, или же они находятся внутри атомов? Согласиться с последним
оказалось не так-то просто: ведь тогда получается, что
атом вовсе не та целостная, неделимая микрочастица, о которой
говорили Демокрит и Дальтон и в существование которой
научный мир поверил с таким трудом.
Доказательством верности второго утверждения стал следующий
феномен. Филипп Ленард обнаружил, что энергия, с
которой высвобождаются электроны, зависит от длины световой
волны и электроны высвобождаются под действием света
только с длиной волны меньше определенного значения {пороговая
величина). Зарождающаяся в начале XX века квантовая
теория (см. ч. II) смогла объяснить причину этого феномена.
Дело в том, что свет состоит из фотонов, и чем меньше длина
волны, тем выше энергия фотонов.
Энергии света с пороговым значением длины волны достаточно
для того, чтобы разорвать связи, удерживающие электроны
внутри вещества. У каких-то химических элементов эти связи
сильнее, а у каких-то — слабее. Скажем, для выделения электронов
из одних металлов необходим обладающий высокой энергией
ультрафиолетовый свет, а для других достаточно и «слабого»
красного. Если электроны «привязаны» внутри вещества, значит,
между атомами и электронами существуют связи, и сила этих свя-
зей зависит от веса и размеров конкретного атома. А если электроны
удерживаются внутри атомов определенными силами, то
логично предположить, что они являются частью атомов.

No Comments »

В 1938 году немецкий физик Ханс Альбрехт Бете исключил

из списка возможных термоядерных реакций те из них, кото­

рые идут слишком быстро и могут привести к взрыву Солнца

или же, наоборот, идут слишком медленно и не смогут поддер­

живать солнечное излучение. В конце концов он остановился

на реакции, которая начинается с наиболее широко распрост­

раненного на Солнце водорода.

Бете предположил, что водород реагирует с углеродом, в

результате сначала образует азот, а в ходе еще нескольких ре­

акций — кислород. Атом кислорода распадается на гелий и уг­

лерод, после чего углерод вступает в очередной цикл реакции,

а поскольку он не претерпевает изменений, углерод можно

считать «ядерным катализатором». Результирующим эффектом

этого ряда реакций является преобразование водорода-1 в ге-

лий-4. Позднее были предложены и более короткие цепочки

преобразования водорода-1 в гелий-4

1

.

Выделяемой в процессе синтеза гелия из водорода (в при­

сутствии катализатора и без него) энергии вполне достаточно

для поддержания излучения Солнца. Конечно же энергия об­

разуется за счет уменьшения массы Солнца. Для поддержания

излучения на обычном уровне Солнце теряет 4 200 000 тонн

массы каждую секунду, преобразовывая 530 000 000 тонн во­

дорода в гелий-4. Однако запасов углерода на Солнце настоль­

ко много, что, хотя оно уже и светит в течение 6 миллиардов

лет, еще на несколько миллиардов лет водорода хватит.

Разрабатывая атомную бомбу, ученые научились, пускай и

на очень короткий период времени, получать температуры, до­

статочные для начала ядерного синтеза на Земле. Новое ору­

жие (водородная бомба) должно было обладать настолько чудо­

вищной разрушительной силой, что многие ученые не решались

его разрабатывать. Среди них был и Оппенгеймер, которому в

1954 году пришлось поплатиться за это, лишившись располо­

жения политиков и ученых, а также доступа к секретной ин­

формации. Наиболее выдающимся среди тех, кто порицал

Оппенгеймера и настаивал на продолжении работы над водо­

родной бомбой, был Эдвард Теллер. Он сделал настолько мно­

го, что впоследствии получил весьма незавидный титул «отца

водородной бомбы».

В 1952 году на Маршалловых островах США провели испы­

тания первой водородной бомбы. Чуть позже свою водородную

бомбу разработал Советский Союз, а Великобритания стала

1

Об этих реакциях, а также синтезе гелия и других реакциях жизненного

цикла звезды уместнее говорить в учебнике по астрономии.

No Comments »

Движение частиц вещества не может быть обнаружено каким-либо прямым наблюдением: это явление нельзя увидеть ни в лупу, ни в микроскоп. Поэтому ниже описанные опыты не являются доказательствами правильности второго положения МКТ. Они лишь наполняют его конкретным смыслом, то есть служат иллюстрациями.

Броуновское движение. Однажды в 1827 г. английский ученый Р.Броун, изучая растения при помощи микроскопа, обнаружил очень необычное явление. Плавающие на воде споры (мелкие семена некоторых растений) при наблюдении за ними в микроскоп скачкообразно двигались без видимых на то причин (см. рисунок). Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Он его подробно описал, но объяснить так и не смог. Впоследствии это явление назвали броуновским движением.

Объяснить это явление невозможно, если только не предположить, что молекулы воды находятся в постоянном, никогда не прекращающемся движении. Они беспорядочно сталкиваются друг с другом, с другими молекулами. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывают их скачкообразные перемещения, что Броун и наблюдал в микроскоп. А поскольку молекулы в микроскоп не видны, то движение спор казалось Броуну беспричинным.

На этом рисунке изображена модель броуновского движения. Множеством мелких шариков обозначены молекулы воды, а большим шаром – спора. Количество ударов молекул о спору слева и справа, сверху и снизу, спереди и сзади не всегда одинаково. Под действием “перевеса” ударов с какой-нибудь одной стороны спора будет перескакивать с места на место.

Самостоятельное движение частиц вещества служит объяснением и еще одного физического явления. Рассмотрим его на опыте.

Диффузия. В высокий сосуд с водой бросим несколько крупинок краски. Они опустятся на дно сосуда, и вокруг них вскоре образуется фиолетовое облачко окрашенной воды. Оставим сосуд в покое на несколько недель. Наблюдая за ним все это время, мы обнаружим постепенное распространение окраски по всей высоте сосуда. Говорят, что происходит диффузия краски в воду.

Диффузия объясняется просто. Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает смешивание веществ. Наиболее быстро диффузия происходит в газах. Медленнее – в жидкостях, а в твердых телах – совсем медленно: годами. Известен, например, следующий опыт. Две гладко отшлифованные пластины из золота и свинца пролежали друг на друге около 5 лет. За это время золото и свинец продиффундировали (проникли) друг в друга на глубину около 1 мм.

Скорость движения частиц и температура. При проведении опыта с водой и краской замечено, что в теплой комнате диффузия протекает значительно быстрее. Например, на солнечном подоконнике диффузия завершается примерно на неделю раньше.

Вспомним, что причина диффузии – это самостоятельное движение частиц вещества. Поэтому ускорение диффузии можно объяснить тем, что повышение температуры тела приводит к увеличению скорости движения его частиц. Кстати, броуновское движение при этом также ускоряется.

Итак, при любой температуре наблюдается самостоятельное движение частиц всех веществ – твердых, жидких и газообразных. Поскольку частицы движутся, они обладают кинетической энергией (см § 6-д). Эта энергия тем больше, чем выше температура тела

No Comments »

Благодаря термоэлектрической эмиссии стало возможным
разрывать электрическую цепь простой переменой полярности.
Переменный электрический ток, проходя через такую «модернизированную
» лампочку, становится постоянным. Конечно,
будут присутствовать колебания электрического тока, однако он
всегда будет течь лишь в одном направлении. Устройство получило
название выпрямитель электрического тока.
Флеминг назвал свое устройство «вентилем», по аналогии с
обычным водопроводным, так как оно перекрывало поток
электрического тока. В США прижилось гораздо менее говорящее
название электровакуумная трубка. Однако лучшим названием
является диод (”«два электрода»), так как углеродная
нить и металлическая полоска являются двумя электродами,
запаянными в колбу.
Двумя годами позже, в 1906 году, американский изобретатель
Ли Де Форест (1873—1961) добавил в трубку еще один электрод,
состоящий из нескольких тонких проводков, и получился
триод. Проводки являются модулятором.
С помощью модулятора можно управлять потоком электронов
с гораздо большей точностью. Диод может либо открывать,
либо закрывать поток, как и его водопроводный аналог. Само
наличие модулятора не влияет на работу прибора, так как практически
все электроны свободно пролетают сквозь зазоры между
проводами, и лишь некоторые электроны остановятся, столкнувшись
непосредственно с самим проводом.
Однако если подключить модулятор к отдельной электрической
цепи и пропустить сквозь него небольшой отрицательный
заряд, то каждый проводок начнет отталкивать электроны. То есть
за счет электрического поля каждый провод станет, грубо говоря,
«толще», заполняя промежутки между проводами, и большинство
электронов не смогут долететь до металлической пластины.
С увеличением отрицательного заряда модулятора эффект будет
лишь усиливаться. И небольшого заряда модулятора достаточно,
чтобы полностью разорвать электрическую цепь даже при сравнительно
большем заряде пластины, при этом сам «вентиль» будет
оставаться открытым.
Этот эффект можно применять для усиления слабых переменных
токов. Если цепь со слабым током подключить к модулятору,
то лишь небольшие изменения отрицательного потенциала
модулятора приведут к большим изменениям напряжения в цепи
пластина—нить. Однако эти изменения будут в точности соответствовать
изменениям потенциала в цепи модулятора. То есть
«сильный» ток по своим характеристикам будет в точности соответствовать
«слабому». Так устроен простейший усилитель.
У изобретателей появился способ вместо «рычагов» и «шестеренок
» управлять крохотными, практически невесомыми электронами.
Раз электроны обладают столь малой массой, значит, они
обладают такой же малой инерцией, и поэтому скорость их движения
можно изменять за доли секунды. Даже самые быстрые
механические устройства не могут сравниться по скорости своей
работы со стремительными электронными собратьями.

No Comments »