З құрылымы мен құрамы болмайтын бөлшекті элементар бөлшек дейміз.

Элементар бөлшектер қатарына нуклондар мен электрондарды және басқа да бөлшектерді қосқанымызбен, олардың қаншалықты элементар екенін дәл басып айта алмаймыз. Бір кездері молекулаларды, одан кейін атомдарды дүниенің бөлінбейтін кірпіші, яғни элементар бөлшегі деп айтқан болатын. Ал қазір элементар бөлшектер қатарында 400-ден аса бөлшектер бар. Шынында да, олар элементар белшектер ме? Бұл сұрактың жауабы әзірге ғылыми болжамдар деңгейінен аса алмай отыр. Оған негіз де жоқ емес

53. Электр өрісінің кернеулігі – электр өрісінің зарядталған бөлшектер мен денелерге күштік әсерін сипаттайтын векторлық шама (Е). Ол электр өрісінің белгілі бір нүктесіне қойылған нүктелік зарядқа әсер ететін өріс күшінің (F0) сол зарядтың шамасына (q0) қатынасына тең: E0=F0/q0. Бұл жерде зерттелетін өріске әкелінген зарядтың шамасы (q0) сол өрістің жасайтын зарядтардың шамасы мен олардың кеңістікте тарала орналасуын өзгертпейтіндей, мейлінше аз деп қарастырылады. Электр өрісінің кернеулігінің бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшеу бірлігі: в/м.

Электр өрісінің кернеулігі - өрістің көрсетілген нүктесінде орналасқан материалды нүктеге әсер ететін электр өріс күшінің осы заряд мөлшеріне қатынасы

Магнит өрісінің кернеулігі (H) [өңдеу]

Магнит өрісінің кернеулігі (H) — магнит өрісінің сандық сипаттамасы болып табылатын векторлық шама. Ол ортаның магнит қасиетіне тәуелді болмайды. Вакуумда Магнит өрісінің кернеулігі (H) мен магниттік индукция (В) сәйкес келеді, яғни Н=В. Магнит өрісінің кернеулігі (H) мен магнит индукция (В) арасындағы байланыс былайша өрнектеледі:

· Н=В–4pJ (бірліктердің СГС жүйесінде)

· Н=(В/m0)–J (бірліктердің халықаралық жүйесінде),

мұндағы

· J — ортаның магниттелу векторы

· m0 — магнит тұрақты.

Егер ортаның m магнит өтімділігін енгізсе, онда изотропты орта үшін бірліктердің халықараралық жүйесінде (СИ):

· Н=В/mm0.

СИ жүйесіндегі Магнит өрісінің кернеулігінің өлшем бірлігіне — А/м, СГС жүйесінде — эрстед (Э) алынады; 1А/м=4p´10–3Э»1,256×10–2 Э

Потенциал ^[1] (потенциалдық функция) — физикалық күш өрістерінің кең көлемді тобын (электрлік, гравитациялық, т.б.) және физикалық шамалардың вектормен көрсетілген өрістерін (сұйықтық жылдамдығының өрісі, т.б.) сипаттайтын ұғым. Әрбір векторлық шама а өзінің потенциалының градиентіне тең: а=gradj. Мұндай жағдайда векторлық өрісті потенциалдық деп атайды. Потенциал векторлық өрісті сипаттау үшін көмекші функция ретінде енгізіледі. Термодинамикада потенциал берілген жүйе күйін сипаттаушы макропараметрлерге байланысты функция ретінде қарастырылады. Потенциал арқылы термодинам. жүйенің барлық қасиетін анықтауға болады. Физикада потенциал ұғымының басқа мағынасы да бар. Мысалы, электр өрісінде ол бірлік зарядты электр өрісінің берілген бір нүктесінен шексіздікке тасуға кеткен жұмысына тең.

Потенциал(Педагогика) - қандай да болсын міндетті шешу үшін, белгілі мақсатқа жету үшін пайдаланылуы мүмкін қайнар-көздер, мүмкіндіктер, құралдар, қорлар, белгілі бір саладағы жеке тұлғаның, қоғамның, мемлекеттің мүмкіндіктері.

54. Лазер (ағылш. laser, ағылш. light amplification by stimulated emission of radiation - жарықты мәжбүрлі сәулелену арқылы күшейту қысқашасы) — лазер, оптикалық кванттық генератор — толтыру (жарық, электр, жылу, химиялық және т.б.) энергиясын когерентті, монохроматты,поляризацияланған және тар бағытталған сәулелену ағынының энергиясына түрлендіруші аспап.

Газоразрядты лазер. Газоразрядты лазердін активті ортасы газды разряд ішіндегі атомдардың немесе молекулалардың электрондармен немесе бір-бірімен соқтығысуы нәтижесінде қозады. Мысалы, гелий-неоңды лазерде гелий атомдары электрондық соқтығулардың нәтижесінде қозып, олардың бір бөлігі метастабильді күйге көшеді. Гелийдің метастабильді деңгейлерінің энергиясы неонның кейбір деңгейлерімен сәйкес келеді. Нәтижесінде, гелийдің қозған атомдарынан қоныстану инверсиясының артуымен қатар неон атомдарына энергия беріледі. Гелий-неонды лазермен қатар иондық және молекулалық лазерлер кең тараған.

Химиялық лазер - оптикалық резонатордағы актив ортаның мәжбүр сәулеленуінің салдарынан когерентті электромагниттік толқындар шығаратын кванттық генератор

Шалаөткізгіш лазер (орыс. Полупроводниковый лазер) — белсеңді орта ретінде р-n өткелі бар шалаөткізгіш материалдар пайдаланылатын лазер. Сеулеленетін кванттық етулер валенттік және өткізгіштік аймақтар арасында пайда болады

Қатты денелік лазер - актив ортасы катты дене болатын лазер

Лазер сәулесiнiң негiзгi қасиеттерi оның аса жоғарғы монохроматтылығы, шашырамайтын сәуле түрiнде алу мүмкiндiгi және аса қуаттылығы.

Бүгiнгi күнде кристаллдардағы лазерден өзгеше, газдағы және сұйықтардағы (бояғыштардағы) лазерлер жасалған. Бояғыштағы лазерлердiң ерекшелiгi, олардың шығаратын сәулелерiнiң жиiлiгiн кең ауқымда өзгертудiң мүмкiндiгi бар.

Лазерлер бүгiнгi күнде сан алуан салада қолданылады. Олар заттарды өңдеу, медицина және голография. Монохроматты когеренттi лазерлiк сәуленiң көмегiмен волоконды оптикада кабельдiк, телефондық және теледидарлық байланысты жүзеге асыруға болады. Тасымалдаушы жиiлiктiң аса жоғары (1013 – 1014 Гц) болуы бiр жарыққұбыры арқылы миллиардқа дейiнгi музыкалық хабарды немесе миллионға дейiнгi телехабарды бiрмезгiлде тасымалдауға мүмкiндiк бередi.

55. Ом заңы – электр тогының негізгі заңдарының бірі. Ом заңы – өткізгіштегі ток күшінің (І) осы өткізгіштің ұштары арасындағы кернеумен (U) байланысын анықтайды:

U=r*І (1) мұндағы r өткізгіштің геометриялық өлшемдеріне, электрлік қасиеттеріне және температурасына байланысты болатын пропорционалдық коэффициенті r – омдық кедергі немесе өткізгіштің берілген бөлігінің кедергісі деп аталады. Ом заңын 1826 ж. неміс физигі Г. Ом (1787 – 1854) ашқан.

Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы [өңдеу]

Бір-біріне тізбектей жалғанған индуктивтігі катушкадан, сыйымдылығы конденсатордан және кедергісі резистордан тұратын тізбектің қысқыштарына айнымалы кернеу түсірейік (2.15-сурет). Ток күшінің лездік мәні де, амплитудалық мәні де тізбектей жалғанған тізбектің барлық бөлігінде бірдей болады. Ал ток көзінің полюстеріндегі лездік кернеу оның жеке бөліктеріндегі кернеудің лездік мәндерінің қосындысына тең:

(2.14)

Тізбектей жалғанған тізбектің барлық бөлігіндегі токтың тербелісі

заңы бойынша өзгерсін.

Қарастырып отырған тізбекте еріксіз электромагниттік тербелістер, яғни айнымалы ток пайда болады. Резистордағы, конденсатордағы және катушкадағы кернеудің амплитудаларын сәйкесінше және деп белгілеп, оларды векторлық диаграммаға салайық (2.15-сурет). Ток күшінің амплитудасын горизонталь ось бойымен бағытталған вектор түрінде кескіндейік. Онда горизонталь ось пен әрбір кернеу амплитудасы векторының арасындағы бұрыш ток күшімен ғана сәйкес кернеу тербелістерінің фазалық айырымына тең болады.

ДЖОУЛЬ-ЛЕНЦ ЗАҢЫ

Электр тогы металл өткізгіштер арқылы өткенде электрондар бірде нейтраль молекулалармен, бірде электрондарынан айрылған молекулалармен соқтығысады. Қозғалыстағы электрон өзінің кинетикалық энергиясын жоғалта отырып, нейтраль молекуладан жаңа электронды бөліп алады, да жаңа оң ион түзеді, немесе электронынан айрылған молекуламен (оң ионмен) қосылып нейтраль молекула кұрады. Электрондар молекулалармен соқтыққанда энергия жұмсалады, cол энергия жылуға айналады. Кедергіні жеңе отырып жүретін кез-келген қозғалыс белгілі энергия жұмсалуын қажет етеді. Мысалы, қайсы бір денені орнынан қозғалту үшін үйкеліс кедергісін жеңу керек. Оған жұмсалатын жұмыс жылуға айналады. Өткізгіштің электр кедергісінің маңызы да үйкеліс кедергісі сияқты болады. Сөйтіп, өткізгіштен ток өткізу үшін ток көзі біраз энергия жұмсайды, cол энергия жылуға айналады. Электр энерғиясының жылу энергиясына өтуі Ленц — Джоуль заңымен анықталады. Бұл заңды токтың жылулық әсер заңы деп те атайды.

Орыс ғалымы және ағылшын физигі Джоуль бір мезгілде және бір-бірінен тәуелсіз электр тогы өткізгіш арқылы өткенде, өткізгіште бөлінетін жылу мөлшері ток квадратына, өткізгіш кедергісіне және токтың өткізгіштен өту мерзіміне тура пропорционал болатындығын анықтады. Бұл ереже Ленц — Джоуль заңы деп аталады. Егер ток әрекеті жасалған жылу мљлшерін Q әрпімен өткізгіштен өтетін ток күшін I әрпімен, өткізгіш кедергісін R әрпімен және, токтың өткізгіштен ағып өту уақытын t әрпімен белгілесек, онда Ленц — Джоуль заңының өрнегін былай жазуға болады:

I=U/R және R=U/t, болғандықтан: Q = UІt = U²t/R.

56. Әлсіз өзара әсерлесу — элементар бөлшектерінің аралығында, олардың аракашықтығы бірнеше аттометрден аз болған кезде, жүзеге асатын өзара әсерлесу; көбінесе атом ядросының бета ыдырауына әкеледі.^[1]

Әсер ету радиусы өте аз (шамамен 2~10–16 см). Элементар бөлшектердің ыдырауы, нейтриноның затпен өзара әсерлесуі, тағы басқа. Әлсіз өзара әсердің салдарынан болады. Ол күшті өзара әсер мен электр магниттік өзара әсерден әлсіз, ал гравитаттанған өзара әсерден әлдеқайда күшті әсер болып саналады. Өзара әсерлердің күші (пәрменділігі) олардың әсерінен болатын реакциялардың өту жылдамдығын салыстыру арқылы анықталады. Мысалы, энергиясы ~1 ГэВ болатын реакциялар кезінде күшті өзара әсер тудыратын процестер ~10-24с, электр магниттік өзара әсер тудыратын процестер ~10-21с, ал әлсіз өзара әсер тудыратын процестер ~10-10с ішінде өтеді. Сондықтан элементар болшектер әлеміндегі әлсіз процестер өте жәй жүреді. Әлсіз өзара әсердің әсер ету радиусы өте аз (шамамен 2~10-16 см).

Өзара әсерлердің тағы бір сипаттамасы — бөлшектердің зат ішінде еркін өту жолы (еркін жол ұзындығы). Күшті әсерлесетін бөлшектерді (адрондарды) оншақты см темір қабаты тоқтататын болса, әлсіз өзара әсерлесетін нейтрино ешбір кедергісіз мұндай заттың миллиардтаған километрін тесіп өтеді. Дегенмен әлсіз өзара әсердің әлемде атқаратын ролі орасан зор (мысалы, онсыз Күн энергия шығаруын тоқтатқан болар еді). Әлсіз өзара әсер қатысатын ең көп таралған процесс — радиоактивтік ядролардың бетта ыдырауы. Оның тұңғыштеориясын 1934 жылы Италия ғалымы Э.Ферми жасады.

Гравитациялық өзара әсерлесу - денелердің массасы мен ара қашықтығына тәуелді күштермен, олардың өзара тартылуымен өрнектелген, кез келген денелердің өзара әсері.

57. Анықталмағандық принципі — физикалық жүйені сипаттайтын (қосымша физ. шамалар деп аталатын) шамалардың (мыс., координат және импульс) бір мезгілде дәл мәндер қабылдай алмайтындығын тұжырымдайтын кванттық теорияның іргелі қағидасы. 1927 ж. неміс физигі В.Гейзенберг ашқан. А.п. материя бөлшектерінің (электрондар, протондар, т.б.) корпускулалық-толқындық табиғаты болатындығын айқындайды. Сандық тұрғыдан А.п. былай тұжырымдалады: егер — жүйенің инерция центріндегі координатының анықталмағандық мәні, ал импульсының осіне проекциясының анықталмағандық мәні болса, онда осы анықталмағандықтардың көбейтіндісі Планк тұрақтысынан () кем болмайды Макроскопиялық шамалармен салыстырғанда аз шама болғандықтан, бұл қатынас атомдық масштабтағы құбылыстарға қатысты ғана орындалады. А. п. атом ішіндегі құбылыстардың заңдылықтарын түсіндіру және кванттық механика саласының қалыптасуы кезінде аса маңызды рөль атқарды. Егер және сәйкесінше координаттың және импульстың орташа квадраттық ауытқулары болса:

,

мұндағы — келтірілген Планк тұрақтысы. Анықталмағандық қатынасы - екі орайлас физикалык шамалар мәніндегі анықталмағандықтардың көбейтіндісі (мысалы, импульс пен координатаның, энергия мен уақыттың) Планк тұрақтысынан кіші болуы мүмкін емес дейтін тұжырым.^[1] Қозғалып келе жатқан, импульсі р бөлшекпен байланысқан де Бройльтолқынының интенсивтігі бөлшекті кеңістіктің берілген аумағынан табу ықтималдығын анықтайтыны өткен тақырыпта айтылды. Жазық монохромат толқын х осінің бойымен таралып жатсын. Онда бұл толқынға сәйкес бөлшектің импульсі р = р_х бірмәнді дәл анықталған. Бірақ жазық монохромат толқынның амплитудасы барлық жерде бірдей, сондықтан біз бөлшектің қай жерде екенін біле алмаймыз, яғни оның координатасы анықталмаған. Бұл қиындықтан шығу үшін бөлшекті монохромат толқынмен емес, жиіліктері бір-біріне өте жақын бірнеше толқындардың қосындысымен, яғни ұзындығы Δх болатын толқындық пакет арқылы модельдеп көрейік. Толқындық пакеттің амплитудасы бөлшек орналасқан кеңістіктің кішкене аумағынан басқа жердің бәрінде нөлге тең, ал бөлшектің жылдамдығы толқындық пакеттің топтық жылдамдығына тең болсын. Енді біз бөлшектің координатасын қандай да бір Δхдәлдікпен анықтай аламыз, бірақ толқын ұзындығын λ=Δх/n (мұндағы n — Δх ұзындыққа сыятын толық периодтардың саны) дәл анықтай алмаймыз. Себебі толқындық пакеттіңшекарасы дәл тағайындалмайды. Олай болса, λ=h/p болғандықтан, импульстің мәні де Δр_x шамасына анықталмайды. n неғұрлым үлкен болса, толқын ұзындығын, ол арқылы импульсті соғұрлым дәл анықтаймыз. Бірақ n өскен сайын координатаны анықтау дәлдігі төмендей береді, себебі толқындық пакеттің ұзындығы артады. Біз бұл жерде сәйкес оське қатысты координата мен импульстің проекциясын бір мезетте анықтау туралы айтып отырмыз.

Бірінің мәнінің анықталмағандығы екіншісін өлшеу дәлдігіне тәуелді шамалар жұбын (мысалы, х пен р_x) түйіндес шамалар деп атайды.

Түйіндес емес (мысалы, у пен р_y) шамаларды анықтау дәлдігіне ешқандай шек қойылмайды.

Гейзенберг 1927 жылы анықталмағандық принципін тұжырымдады.Координатаның анықталмағандығы мен оған сәйкес импульс проекциясының анықталмағандығының көбейтіндісі һ шамасының мәнінен кіші болуы мүмкін емес.Анықталмағандық қатынастары мынадай:

ΔхΔр_x≥ħ, ΔуΔр_у≥ħ, ΔzΔр_z≥ħ.

58. Еркін тербелістердің дифференциалдық теңдеуі. , мұндағы , т. с - қатаңдық коэффициенті, m - массасы.^[1]

Еркін электромагниттік тербелістерді сипаттайтын теңдеу - Біз қарастырған тербелмелі контурда электромагниттік тербелістер алу үшін алғашқы t₀=0 уақыт мезетіндеконденсаторға q_m заряд берілді де, бұдан соң жүйеге сырттан ешқандай әрекет болған жоқ. Сыртқы әрекет жоқ кезде пайда болатын тербелістерді еркін тербелістер деп атайды.

Идеал тербелмелі контурдағы (R =0) еркін электромагниттік тербелістердің теңдеуін қорытып шығарайық. Идеал тербелмелі контурда толық электромагниттік энергия сақталады, яғни

Осы өрнектен уақыт бойынша туынды алайық. Тұрақты шаманың туындысы нөлге тең болғандықтан:

Кез келген шаманың уақыт бойынша туындысы оның өзгеріс жылдамдығын анықтайды. Олай болса, соңғы өрнектен магнит өрісі энергиясының өсу жылдамдығы электр өрісі энергиясының кему жылдамдығына тең екенін көреміз:

.

Ток күшінің анықтамасынан:

Құрылымын талдатуы сәтсіз бітті (сөз кенінің қатесі): \lim^\infty_{Δt→0} \frac{Δq}{Δt}=(q)'

, олай болса

бұдан: .

Ток күшінің уақыт бойынша туындысын табайық:: соңғы өрнекті қойсақ,: аламыз. Өрнегі конденсатордың астарларындағы, заряд тербелістерініңдифференциалдық теңдеуі болып табылады.

Енді бізге осы теңдеуді шешіп, зарядтың уақытқа тәуелділік теңдеуін анықтау керек. Ол үшін мынадай белгілеу енгізейік: . Сонда теңдеуі

түріне енеді. Теңдеулерінен зарядтың уақыт бойынша екінші туындысы кері таңбамен алынған зарядтың өзіне тура пропорционал екенін көреміз. Математика курсынан мұндай қасиет тек синус немесе косинус функциясына ғана тән екені белгілі. Бұдан конденсатордың астарларындағы заряд уақытқа тәуелді синус не косинус заңымен өзгереді деген қорытынды жасауға болады. Конденсатордың астарларындағы зарядтың максимал мәні qm, ал косинус пен синус функцияларының кабылдайтын ең үлкен мәні бірге тең екенін ескерсек, тендеуінің шешімі q_m мен косинустың (немесе синустың) көбейтіндісі түрінде жазылуы керек.

Енді косинустың аргументін анықтайық. Аргумент тек уақытқа ғана тең деп алсақ: , бұдан . , яғни q =-q. Мұны салыстырсақ, -тың формулаға кірмей қалғанын көреміз.

Сонымен, тербелмелі контурда конденсатордың астарларындағы заряд шамасы уакытқа тәуелді косинус заңы бойынша өзгереді. Бұл тәуелділіктің математикалық өрнегі: .

Жалпы жағдайда бұл теңдеу

түрінде жазылады. Мұндағы (φ₀— бастапқы фаза деп аталады.

Физикалық шаманың синус немесе косинус заңы бойытша өтетін уақытқа тәуелді периодты өзгерісі гармоникалық тербелістер деп аталады.

Тербелістегі шаманың ең улкен мәнінің модулі тербеліс амплитудасы деп аталады. Механикалық тербелістерде амплитуда дененің тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқуына, алэлектромагниттік тербелістерде—конденсатор астарларындағы электр зарядының ең үлкен мәніне (q_m тең. Амплитуда тербелістің бастапқы шарттарына тәуелді.

Тербелістегі физикалық шаманың мәні қайталанып келетін ең аз уақыт аралығын Т тербеліс периоды деп атайды. Осыған пара-пар мынадай анықтама беруге болады: тербелмелі жуйенің толық бір тербеліс жасауына кеткен уақыт тербеліс периоды деп аталады. Бұл екі анықтамадан тербеліс периоды SI жүйесінде секундпен өлшенетінін көреміз.

Периодпен тағы бір маңызды шама — тербеліс жиілігі v бір мәнді байланысқан. Тербеліс жиілігі деп бірлік уақыт ішіндегі тербеліс санына тең шаманы айтады. Тербеліс периодымен жиілігінің арасындағы байланыс:

SI жүйесіндегі жиіліктің өлшем бірлігі неміс физигі Г. Герцтің құрметіне 1 Гц (герц) деп аталады. Егер бір секундта бір тербеліс жасалса, жиілік 1 Гц-ке тең болады, яғни 1 Гц =1 с^-1. Теңдеуінен конденсатор астарларындағы зарядтың тербеліс периоды косинустың периодымен анықталынатыны көрініп тұр. Математика курсынан косинустың ең кіші периоды 2π екенін білеміз. Олай болса, t=T уақыт өткенде косинустың Tаргументі ω₀T = 2π мәнін қабылдайды. Бұдан

Мұндағы 2π секундтағы тербеліс санына тең ω₀ = 2πν шамасын, яғни меніиікті циклдік жиілікті (дөңгелек жиілік) өрнегінен анықтаймыз:

Меншікті циклдік жиілік тербелмелі контурдың параметрлері — индуктивтік және сыйымдылық арқылы сипатталады.

аламыз. Бұл — идеал тербелмелі контурдағы еркін тербелістердің периодын анықтайтын Томсон формуласы. Формуладан контурдың индуктивтігі мен сыйымдылығы артқан сайын тербеліс периодының да артатыны көрініп тұр. Оның себебі индуктивтік неғұрлым үлкен болса, контурдағы ток күші соғұрлым баяу өзгереді, ал сыйымдылық неғұрлым үлкен болса, конденсатордың қайта зарядталуы соғұрлым ұзақ уақытқа созылады.

Тербелмелі контурдағы электромагниттік тербелістердің периоды секундтың мыңдық бөлігінен миллиондық бөлігіне дейінгі мәндерге ие болатын өте аз шама, соған сәйкес жиілік (бірнеше миллион герц) өте үлкен шама. Сонымен, тербелмелі контурда жоғары жиіліктегі электромагниттік тербелістер өндіріледі.

теңдеуіне сәйкес заряд тербелістерінің амплитудасы уақыттың өтуімен өзгермейді, яғни тербелістер өшпейтін тербелістер. Бірақ кез келген нақты тербелмелі контурдағы тербелістер ешеді. Себебі: теңдеуін қорытып шығарғанда контурдың кедергісі ескерілмеді.

Ал, шындығында R Ф 0. Кедергі неғұрлым үлкен болса, энергия шығыны Q = I²RAt соғұрлым көп. Тербеліс энергиясы біртіндеп жылу энергиясына айналып, тербеліс амплитудасы кеми береді. Кедергі артқан сайын тербеліс периоды да артады. Анығырақ айтқанда, өшетін тербелістер гармоникалық болмайды.

Тербеліс фазасы (: ) деп косинустың (немесе синустың) аргументін айтады. Ол тербелістегі шаманың берілген уақыт мезетіндегі сандық мәнін дәл анықтауға мүмкіндік береді.

59. Томсон Уильям (1824 - 1907)- Ағылшын физигi Уильям Томсон әкесi Джеймс Томсонның жетекшiлiгiмен бастауыш бiлiм алды.

Формула Томсона названа в честь английского физика Уильяма Томсона, который вывел её в 1853 году, и связывает период собственных электрических колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.^[1]

Формула Томсона выглядит следующим образом^[2]:

60. Ядроның бөлінуі, атом ядросының бөлінуі – ауыр атом ядроларының өздігінен не басқа бір бөлшектердің әсерінен бірнеше бөлшекке (көбінесе 2 бөлшекке, сиректеу 3 және 4 бөлшекке) бөлінуі. Ядроның нейтрондар арқылы бөлінуінің практикалық маңызы бар. Атом ядросы протондар, дейтрондар, g-кванттар, т.б. арқылы да бөлінеді. Атом ядросының бөліне алатындығын тәжірибе жүзінде неміс ғалымдары О.Ган (Хан) және Ф.Штрасман ашқан (1939). Бұл тәжірибенің нәтижесін неміс ғалымдары Л.Мейтнер мен О.Фриш түсіндіріп берді. Атом ядросы бөлінуінің алғашқы теориясын 1939 ж. Я.И. Френкель (КСРО), сондай-ақ Н. Бор және Дж. Уилер (АҚШ) жасады. Ауыр ядроны жуық түрде протондардың электрстатикалық тебіліс күші мен оған қарсы бағытталған керілу күшінің әсерінде тұрған сұйық тамшысы деп қарастыруға болады. Ядроның орнықсыздық дәрежесі электрстатистикалық тебіліс күші энергиясының беттік керілу күшінің энергиясына қатынасы бойынша анықталады, басқаша айтқанда: Z2/A, мұндағы Z – ядроның электр заряды, А – оның массалық саны. Z2/А шамасы жеткілікті дәрежеде үлкен болғанда ядро өздігінен (спонтанды) бөліну мүмкін. Атом ядросының өздігінен бөлінуі құбылысын 1940 ж. Г.Н. Флеров пен К.А. Петржак ашты. Теориялық есептеулер бойынша Z2/А>45 болатын атом ядросы орнықты емес.

Радиоактивті ыдырау заңы — атом ядроларының әр түрлі бөлшектер мен сәулелер шығара отырып, өздігінен түрлену заңы.^[1][2] Радиоактивті ыдырау заңын Резерфорд ашқан:

немесе

Эксперименттік зерттеулер радиоактивті ыдырау толығымен статистикалық заңдылыққа бағынатынын дәлелдеді. Белгілі бір радиоактивті изотоптың ядролары бірдей болады. Атом ядросының және ядролардың қайсысының ыдырайтыны - кездейсоқ оқиға. Мысал үшін, бір нуклидтің бірдей екі ядросын алайық. Ядроның біреуі 3 млрд жыл бұрын жұлдыздың қопарылысы кезінде, ал екінші ядро ядролық реакторда 3 мин бұрын пайда болсын. Ядролардың пайда болу уақытына қарамастан, келесі бір уақыт мезетінде екеуінің де ыдырауының ықтималдығы бірдей. Статистикалық құбылыстарды сипаттау үшін оқиғаның ықтималдығы ұғымын қолданады.

 

61. Фотон (грек. phos, photas — жарық) — электрмагниттік сәуленің (жарықтың) элементар бөлшегі. Фотон зарядсыз бейтарап (нейтрал) бөлшек. Олвакуумде с=3×108м/с жылдамдықпен тарайды. Оның энергиясы (e) жиілігімен (n) анықталады: e=hn/с, оның тыныштықтағы массасы m=0. Фотонэлектрмагниттік әсерлесуді тасымалдайтын бөлшек. Зарядталған бөлшектердің Фотондарды шығаруы немесе сіңіруі барлық электро-магниттік процестердің негізі болып табылады. Фотон туралы ұғым кванттық теория мен салыстырмалы теорияның даму барысында пайда болды. 1905 ж. А.Эйнштейн фотоэффект құбылысының заңдылықтарын түсіндіру үшін 1900 ж. нем. физигі М.Планк ашқан жарық кванттары туралы ұғымды пайдаланды. Жарықтың Фотондардан (кванттардан) тұратындығы люминесценц. құбылыстар мен фотохим. реакциялар арқылы дәлелденді. “Фотон” терминін ғылымға 1929 ж. америка ғалымы Г.Льюис енгізді. Фотон бозондарға жатады. Оның меншікті импульс моментінің (спинінің) қозғалыс бағытына проекциялары S=±1. Классик. электрдинамикада оның бұл қасиетіне көлденең электро-магниттік толқындар сәйкес келеді. электро-магниттік әсерлесуден басқа Фотон гравитац. әсерлесуге де қатысады. Америка физигі А.Комптонның рентген сәулелерінің бос электрондардан шашырауын зерттейтін тәжірибесінде кванттық сәуле (фотон) шығару да зат бөлшектері сияқты кинематик. заңдарға (энергияның және импульстің сақталу заңдарына) бағынатындығы дәлелденді. Фотонның зарядталған лептондармен әсерлесуін (өзара бір күйден екінші күйге ауысуын) кванттық электрдинамика зерттейді.

Фотон дегеніміз – жарық бөлшегін айтамыз

Жарық – толқын ұзындығы 4•10-7- м болып келген электромагниттік толқын. Зарядталған электрондар – жарық шығарады. Ол үшін сырттан энергия қажет. Фотон – жарық бөлшегі.
2. Фотон энергиясы Е=һ•v-орнына =2π• v; Е = = һv
Һ-орнына – (сызықшалы ашты аламыз)
= = 1,05 • 10-34Дж•с

3. Фотон массасы – Е=m•c2; Е=һ•v; m=; [m0=0]

4. фотон импульсі: Р=m•v=mc = • c = =;

[Р]= = =Нс

 

62. Тұтқырлық ^[1] - сұйықтар мен газдардың негізгі қасиеттерінің бірі. Мысалы, машиналарды майлау үшін жанармайды алдын ала тұтқырлығына қарап таңдап алады. Сұйық тұтқырлығының температураға байланыстылығын өте күшті болады. Себебі сұйықтың температурасы жоғарылап кризистік температураға жеткенде (мысалы, суды алсақ ол 1000с-та қайнап буға айналады) басқа фазаға өтеді. Әсіресе майлар тұтқырлығының тәуелділігі күшті, мысалы, температурасы 180 С-тан 400 С-қа дейін көтерілгенде кастор майының тұтқырлығы төрт еседей кемиді.

Динамиқалық тұтқырлық - газ немесе сұйықтықтың бір қабаттының екінші қабатына қатысты жылжу кедергісінің сандық сипаттамасы. Сұйықтың динамикалық түтқырлығы. Ауданы 1 см²сұйық (су) қабатының 1 см/с жылдамдықпен 1 см қашықтыққа қозғалуына қарсылық көрсету күші.

Кинематиқалық тұтқырлық - газ немесе сұйықтықтын тығыздығына динамиқалық тұткырлықтың қатынасы.

мұндағы η-пропорционал коэффициент, яғни сұйықтың тұтқырлық коэффициенті деп аталады.

Тұтқырлық коэффициенті неғұрлым үлкен болған сайын сұйықтың идеал сұйықтан айырмашылығы мен үйкеліс күші соғұрлым үлкен болады. Егер екі сұйық қабаты шексіз жақын болса, онда

Сұйық тұтқырлығының әсерінен болатын қозғалыс кезіндегі жанама кернеулігі мынадай:

сұйықтың тұтқырлық коэффициенті:

Тұтқырлық коэффициенттің өлшемділігі:

η=ML^-1T^-1

Тұтқырлық динамикалық коэффициенті -пен өлшенеді, яғни жылдамдық градиенті - 1 . Бетінің ауданы 1 м² сұйық қабаттарының әсерлесу кезіндегі тұтқырлық күші 1 Н болады. Әдетте η коэффициентін тұтқырлықтың абсолюттік коэффициенті деп атайды. Ал осы коэффициенттің берілген сұйықтың тығыздығына (ρ) қатынасы тұтқырлықтың кинетикалық коэффициенті делінеді, ол

Бұл тұтқырлық коэффициентіне кері шама, яғни 1/η - аққыштық коэффициенті деп аталады.Тұтқырлықтың СИ системасындағы өлшем бірлігі1 Па*с, СГС системасындағы тұтқырлық өлшем бірлігі пуаз деп аталады:

1 пуаз = 1 дин*с/см² =0,1 Н*с/м² = 0,1 Па*с.^[2]

 

63. Кварктер – қазіргі көзқарас бойынша барлық адрондар құралады деп есептелетін жорамал материалдық нысандар. Кварктердің болуы жөніндегі жорамалды ең алғаш рет америкалық физик М.Гелл-Манн (1929 жылы туылған) мен австриялық физик Д.Цвейг (1937 жылы туылған) бір-біріне тәуелсіз түрде айтқан (1964). “Кварк” деген атаудың дәл аудармасы жоқ. Бұл сөзД.Джойстың “Поминки по Финнегану” деген романынан алынған. Осы романда “кварк” сөзі анықталмаған, мистикалық нәрсені білдіреді. Кварктер жөніндегі болжам (резонанстар дың) көп ашылуына және оларды жүйеге келтіру қажеттілігіне байланысты шықты.Кварктер жорамалы бойынша бариондар үш кварктен (ал антибариондар үш антикварктен), мезондар кварк пен антикварктен құралады. Кварктер (немесе антикварктер) адрондардың ішінде глюондық өрісте ұсталады. Кварктердің спиннен басқа “аромат” және “түс” деп аталатын екі ішкіеркіндік дәрежесіболады. Ал ішкі еркіндік дәрежесінің толық саны 72 -ге тең. Әрбір кварк үш “түстің” (шартты түрде “қызыл”, “көк” және “сары”) бірін иеленеді. Бұл терминология оптикалық қасиетке байланысты қойылмаған, тек қолайлылық үшін ендірілген. Үш “түстің” жарық квантын жұтуы да, шығаруы да бірдей болып келеді. Олардың “түстік” күйлерінің массалары да бір-біріне тең. Ал ароматтың белгілісі әзірше бесеу, тағы біреуі (t-кварк) бар деп есептеледі. Әр түрлі “ароматы” бар кварктердің қасиеті де әр түрлі болып келеді. Сондықтан оларды массасының өсуіне қарай мынадай әріптермен белгілейді: u, d, s, c, b, t. Соңғы t-кваркін өте ауыр болғандықтан бақылау мүмкін болмай отыр. d, s, b – кварктердің зарядтары (протон заряды бірлігінде): –-ге, ал қалғандарының зарядтары -ге тең. Кәдімгі қарапайым зат ядро нуклондарының құрамына енетін u және d кварктерден құралады. Бұдан да гөрі ауыр кварктер зарядталған бөлшектер үдеткіштерінде жүргізілген тәжірибелер кезінде жасанды түрде алынуы не ғарыштық сәулелер құрамында байқалуы мүмкін. Көптеген жылдар бойы жүргізілген зерттеулерге қарамастан кварктер(жеңіл де, ауыр да) бос күйде тіркелген жоқ. Кварктерді тек адрондардың ішінде ғана бақылауға болады. Кварктер гравитациялық, әлсіз, электрмагниттік және күшті өзара әсерлердің барлығына да қатысады. Тек кварктердің өздері неден тұратыны белгісіз (мүмкін олар элементар бөлшектер болар). Кварктердің өзіндік өлшемі 10–16 см -ден кем болуы мүмкін

64. Механика [грек. ''mechanіke'' (techne) – машина және машина жасау өнері] – материалдық денелердің механикалық қозғалысын және өзара әсерлесуін зерттейтін ғылым. Денелердің немесе олардың бөлшектерінің уақыттың өтуіне байланысты кеңістіктегі орындарының өзгеруі механикалық қозғалыс деп аталады. Табиғатта мұндай қозғалысқа аспан әлеміндегі денелердің қозғалысы, Жер қыртысының тербелуі, мұхит-теңіздер мен ауадағы ағындар тербелісі; техникада – ұшу аппараттарының, көлік құралдарының, әр алуан механизм бөліктерінің қозғалысы,ғимараттар элементтерінің деформациясы, сұйықтықтар мен газдардың қозғалыстары, т.б. жатады. Әдетте, Механика деп Ньютонның механикалық заңдарына негізделген жарық жылдамдығынан әлдеқайда төмен жылдамдықпен қозғалатын кез келген материалдық денелердің қозғалысын сипаттайтын (элементар бөлшектерден басқа) классикалық механиканы айтады.
Механикада материалдық денелердің қозғалысын зерттегенде олардың негізгі қасиеттерін сипаттайтын абстракты ұғымдар пайдаланылады:

1. материалдық нүкте – массасы бар, геометриялық өлшемдері ескерілмейтін дене;

2. абсолют қатты дене – кез келген екі нүктесінің ара қашықтығы барлық жағдайда тұрақты дене;

3. өзгермелі тұтас орта – қатты денелердің, сұйықтықтар мен газдардың қозғалысын зерттегенде олардың молекулалық құрылымын ескермеуге болатын жағдайда қолданылатын ұғым.

Сонымен қатар тұтас ортаны қарастырғанда: идеал серпімді дене, пластикалық дене, идеал сұйық, тұтқыр сұйық, идеал газ сияқты абстракты ұғымдар қолданылады. Осыған байланысты Механика: материалдық нүкте механикасы, материалдық нүктелер жүйесінің механикасы, абсолют қатты денелер механикасы және тұтас орта механикасы болып бөлінеді. Соңғысы серпімді және пластикалық орта теориясына, гидродинамикаға, газ динамикасына бөлінеді. Бұл бөлімдердің әрқайсысы (шығарылатын есептердің сипатына қарай): кинематика, статика және динамика бөлімдеріне ажыратылады. Денелердің механикалық қозғалысын сипаттайтын негізгі заңдар мен принциптер жалпы және теор. Механиканың негізі болып саналады. Өзіндік дербес мәні бар механика бөлімдеріне: тербелістер теориясы, орнықты тепе-теңдік және қозғалыстың орнықтылығы теориялары, гироскоптар теориясы, массасы айнымалы денелердің механикасы, автоматты реттегіштер теориясы, соққы теориясы, т.б. жатады. механика физиканың көптеген бөлімдерімен тығыз байланысқан. Оның көптеген ұғымдары мен тәсілдері оптикада, статистикалық физикада, кванттық механикада, электрдинамикада, салыстырмалы теорияда, т.б. пайдаланылады. Механика астрономияның көптеген бөлімдерінде, соның ішінде аспан Механикасында ерекше орын алады. Механика қазіргі заманғы техниканың көптеген салаларының ғыл. негізі болып саналады.

 

65. Пуазейль формуласы арқылы сұйықтың, газдың тұтқырлығын анықтауға болады. Ол ламинарлық ағысқа қолданылады да, турбуленттікте пайдаланылмайды.

Турбуленттік ағыста ішкі үйкеліс күшінің артуын жылдамдықтың ағысқа перпендикуляр құраушысының пайда болуымен және тұтқырлық коэффициентінің (h) өсуімен түсіндіруге болады.

Табиғатта көбіне сұйықтар мен газдардың турбуленттік ағысы кездеседі. Оған түтікше құбыр бойымен судың ағысы, газда немесе суда қозғалған қатты денемен жанасқан қабаттағы газдың, судың ағысы, жер атмосферасындағы ауаның қозғалысы, т.б. жатады.

Ламинарлық ағысты толықтай тұтқырлық арқылы түсіндірсек, турбуленттік ағыста инерция күшінің ролі зор. Сондықтан ламинарлық ағыстан турбуленттік ағысқа өту инерциялық күштің тұтқырлық күшке қатынасымен анықталады. Бұл қатынасты Рейнольдс саны деп аталатын (Осборн-Рейнольдс (1842-1912) ағылшын физигі) өлшемсіз шамамен сипаттайды. , (6.29.6)

мұнда - кинематикалық тұтқырлық, r -судың (газдаң) тығыздығы -түтік қимасындағы сұйықтың (газдың) орташа жылдамдығы, D –түтіктің диаметрі.

Тәжірибе нәтижесінде Re –санының шамасы аз болса, (Re<1000) сұйықтың немесе (газдың) ағысы ламинарлық, ал бұл санның мәні үлкен шамамен Re=2300болса, ағыс турбулентті болады. Рейнольдс саны тұрақты болса, онда әр түрлі сұйықтар мен газдар - қима ауданы түрлі (түтіктермен) құбырларда біркелкі ағады.

Дене сұйық ішінде қозғалғанда туындайтын құбылыстарды қарастырайық. Дене тұтқыр ортада қозғалғанда кедергі пайда болады, оның екі түрлісебебі бар. Дене аққыш формалы жылдамдығы аз болып, құйын пайда болмайтын жағдайда кедергі күші сұйық қабаты оның бетіне жабысады да, толығымен сол денеге ілеседі, ал одан кейінгі қабат денеге ілесе шағын жылдамдықпен қозғалады. Сөйтіп, сұйық қабаттарының арасында үйкеліс күші пайда болады, бұл жағдайда Стокс тұжырымдаған заң бойынша кедергі күші бірінші дәрежеде алынған жылдамдыққа, тұтқырлық коэффициентіне және дененің сызықтық өлшемдеріне тура пропорционал болады. Егер тұтқыр сұйық ішінде шар тәріздес қатты дене қозғалады десек, онда Стокс заңы бойынша кедергі күші (30-сурет) мынаған тең болады:

(6.30.1)

Мұндағы η - сұйықтың тұтқырлық коэффициенті, r - шардың радиусы, v - оның қозғалыс жылдамдығы. (6.30.1) бойынша шардың тұтқыр сұйық ішінде бірқалыпты қозғалып төмен түсу жылдамдығын табуға болады. Ауыр шар тұтқыр сұйық ішінде тек бастапқы мезетте ғана үдей қозғалып төмен түседі. Оның түсу жылдамдығы ұлғайған сайын F үйкеліс күші де артып, шарға әсер етуші P ауырлық күшін теңгере бастайды. Күштер бірін-бірі теңгерген кезде, шар тұрақты v жылдамдықпен бірқалыпты қозғалып төмен түседі, сонда v жылдамдығы (6.30.1) формулаға сәйкес мына теңдіктен табылады:

(6.30.2)

Сұйық ішіндегі шарға әсер ететін P күші Архимед заңы бойынша P₀-P₁ айырымына тең, мұндағы P₀ - шардың салмағы, P₁ - шармен көлемдес сұйықтың салмағы, сонда

мұндағы ρ - шар тығыздығы, ρ‘- сұйық тығыздығы. Сонда

Бұдан шардың жылдамдығы (6.30.3)

Бұл (6.30.3) формулада тұтқыр сұйық ішінде шардың төмен түсу жылдамдығы оның r радиусының квадратына тура пропорционал. Шар неғұрлым кішкене болса, берілген сұйық ішінде ол соғұрлым жай қозғалып төмендейді. Стокс формуласы сонымен қатар тек шардың сұйық ішінде төмен түсуіне ғана емес, кішкене шардың газ ішінде төмен түсуіне де қолданылады, бұл жағдайда газды тұтқыр сұйық тәріздес деп қарастыру керек. Мысалы, тұманның ұсақ тамшыларының ауада төмен түсу жылдамдығын (6.30.3) формула арқылы табуға болады.

Тұтқыр сұйықта кедергі күштерінің пайда болуының екінші себебі, құйындардың түзілуімен байланысты. Дене сұйық ішінде қозғалғанда істелетін жұмыстың бір бөлігі құйындардың түзілуіне кетеді. Сұйықтың ішкі үйкелісі болғандықтан құйындардың энергиясы ақырында жылуға айналады. Жылдамдық аз болған жағдайда құйын түзілмейді және дене кездестіретін кедергі де онша көп болмайды. Жылдамдық артқанда құйын түзіле бастайды да, кедергі күші кенет артады. Кемелер мен ұшақтар жасағанда оларды мүмкін болғанша құйындар түзілместей аққыш пішінді етіп жасаудың маңызы өте зор. құйындар түзілгендіктен пайда болатын кедергі күші жылдамдық аса үлкен болмаған кезде, жылдамдықтың квадратына пропорционал болады. Жылдамдық берілген ортадағы дыбыс жылдамдығына жуық болған кезде, ол кедергі жылдамдықтың үшінші дәрежесіне пропорционал болып, ал дыбыс жылдамдығынан үлкен жылдамдық кезінде кедергі қайтадан жылдамдық квадратына пропорционал болады.

 

66. Ядролық реакторлар.

Ядролық реактор, атомдық реактор – атом ядросы бөлінуінің басқарылатын тізбекті реакциясын жүзеге асыратын құрылғы. Оның негізгі бөліктеріне: ядролық отын (мысалы, уран неплутоний), баяулатқыш, шағылдырғыш, суытқыш), бақылау және өлшеу приборлары жатады. Ядролық реактор атом ядроларының бөлінуіне себепші болатын нейтрондардыңэнергетикалық спектріне қарай: шапшаң (нейтрондардың энергиясы 100 кэВ-тан жоғары), жылулық не баяу (нейтрондардың энергиясы ~0,025 эВ) және аралық (нейтрондардың энергиясы 1 эВ-тан бірнеше кэВ-қа дейін) нейтрондар реакторы болып, ал баяулатқыштағы ядролық отынның таралу сипатына сәйкес гомогенді және гетерогенді ядролық реактор болып ажыратылады. ядролық реактор кейде пайдаланылатын баяулатқышына (мысалы, графит, бериллий, ауыр су, т.б.) не суытқышына (мысалы, сұйық металл, т.б.) қарай да бөлінеді. Өзін-өзі қуаттайтын тізбекті реакция уран-графитті ядролық реакторда Э.Фермидің басшылығымен 1942 ж. 2 желтоқсанда АҚШ-та алынды. Еуропадағы мұндай ең алғашқы ядролық реактор 1946 ж. КСРО-да И.В. Курчатовтың басшылығымен жасалды.^[1]

Атомдардың ядроларын бөлетін немесе біріктіретін реакциялар арнайы қондырғыларда орындалады. Ондай қондырғыларды атомдық (ядролық) реакторлар немесе атомдық (ядролық) бомбалар деп атайды.

Атом реакторларындағы ядролық реакциялар басқарылатын жолмен іске асырылады, ал атом бомбаларында басқарусыз жарылыс түрінде орындалады.

Ең бірінші қолдан басқарылатын ядролық реактор АҚШ-тың Чикаго қаласының іргесінде Э. Фермидің басшылығымен 1942 жылдың 2 желтоқсанында іске қосылды. Екінші реактор, бұдан үш жыл өткен соң, КСРО-да Москва түбіндегі Серпухов қаласында И. В. Курчатовтың басшылығымен салынды.

Тізбекті реакция үздіксіз орындалуы үшін ядролық материалдың (уран, плутоний, т.с.с.) белгілі бір массасы болуы керек. Егер ядролық отынның массасы аз болса, онда нейтрондар өз жолында жеткілікті мөлшерде жарылатын ядроларды кездестірмейді де, сыртқы ортаға тарап кетеді. Сөйтіп, ядролық тізбекті реакция жүрмей қалады.