Лекции по КСЕ Селивановой Зухры Кадимовны (1185009), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

2 постулат Бора (правило частот):при переходе электрона с одной
стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с
энергией Ьу = Е„ — Е_т, равной разности энергий Е„ и Е_т,
соответствующим состояниям атома до и после излучения и
(поглощения).

Постулаты Бора объяснили: устойчивость атомов (атомы химических элементов не излучают, если их состояние не изменяется) и линейчатые спектры атомов (каждой линии спектра соответствует переход электрона из одного состояния в другое).

Эта теория точно описала атом водорода (по одному протону и электрону), но не описывала многоэлектронные атомы и молекулы.

Позднее выяснилось, что движение электронов связано с их волновыми свойствами, поэтому стационарные орбиты размыты и неравномерны. Невозможно изобразить графически строение атома. Электроны, движутся вокруг ядра на различных расстояниях от него по орбитам различной формы с разными скоростями и имеют разные энергии. Электрон - не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая изменяется в зависимости от его состояния (детали его структуры до сих пор неизвестны).

Процессы в атоме невозможно объяснить по аналогии с процессами макромира. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становится абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.

4.Кварковая модель атома.

Процессы в атоме невозможно объяснить по аналогии с процессами макромира. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становится абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.

Физики разработали кварковую модель атома, основанную на планетарной модели Резерфорда и квантовой модели Бора. Каждый атом состоит из тяжелого ядра (протоны и нейтроны сильно связанные глюонными полями) и электронной оболочки. Протон имеет размеры 10~¹³ см, положительно заряжен. Протон, согласно кварковой модели состоит из 2

«верхних» кварков и 1 «нижнего», а нейтрон из 1 «верхнего» и 2 «нижних» кварков.

Элементарные частицы

По современным представлениям материя состоит из элементарных частиц. Это мельчайшие известные на сегодняшний день составляющие материи.Первоначальный смысл понятия «элементарный» - простейший, не имеющий внутренней структуры, неделимый. По мере углубления знаний о природе материи многие объекты микромира, ранее считавшиеся элементарными, потеряли право так называться (атом считался неделимым, выяснилось, что он состоит из электронов и атомных ядер. Физические исследования показали, что ядра построены из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны называются элементарными частицами, хотя имеют сложную структуру и состоят из кварков. Выяснилось, что силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, не являются электромагнитными (сильное взаимодействие).

На современном уровне знаний у электронов и других лептонов. а также у кварков внутренняя структура не обнаружена, хотя и существуют теории, согласно им лептоны и кварки состоят из преонов (этот термин пока не является общепринятым).

Название «кварк» взято М.Телл-Манном в 1967 г. из фантастического романа ирландского писателя Дж. Джойса «Поминки по Финненгану» (во сне героя чайки кричат:«Три кварка для мастера Марка»). Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки и антикварки, а также глюоны (переносчики сильноговаимодействия) никогда не были обнаружены в свободном состоянии

Характерная особенность элементарных частиц - способность к взаимным превращениям. К настоящему времени их открыто несколько сотен (более 400). Каждая элементарная частица, за исключением нейтральных, имеет свою античастицу (с той же массой, что и частица, но заряд противоположного знака).

Среди множества элементарных частиц можно выделить 12 фундаментальных частиц (столько же античастиц).

Эти частицы группируют на три поколения: первое поколение -«верхний», «нижний» кварки, электрон, электронное нейтрино; второе поколение - «очарованный», «странный» кварки, мюон, мюонное нейтрино; третье поколение - «истинный», «прелестный» кварки, тау-частица со своим нейтрино.

Обычное вещество состоит из частиц первого поколения.

Остальные поколения можно создать искусственно на ускорителях заряженных частиц.

Окружающие нас объекты состоят из электронов, протонов и нейтронов. Электрон - стабильная, отрицательно заряженная частица массой около 9х10'³¹ кг. Электронные оболочки атомов определяют оптические, электрические, магнитные, химические свойства атомов и молекул, а также большинство свойств твердых тел.

Всеэлементарные частицы делятся на следующие группыповидам взаимодействий:

а) адроны- частицы, участвующие во всех видах фундаментальных
взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь,
на: - мезоны (адроны с целым спином, т. е. бозоны);

- батшны (адроны с полуцелым спином, т. е. фермионы). Например, гипероны и барионы -протон и нейтрон, их еще называют нуклонами.

б) лептоны (электрон, мюон, нейтрино) участвуют во всех
фундаментальных взаимодействиях, кроме сильного.

А также элементарные частицы можно классифицировать в соответствии с их основными характеристиками.

Основные характеристики элементарных частиц

1. Масса покоя элементарных частиц определяется по отношению к
массе электрона. Фотон не имеет массы покоя. Остальные частицы по
отношению к массе делятся на: лептоны - легкие частицы (электрон и
нейтрино); мезоны - средние частицы с массой в пределах от одной до
тысячи масс электрона; барионы - тяжелые частицы (протоны, нейтроны,
гипероны, многие резонансы), чья масса превышает тысячу масс электрона.

2. Электрический заряд - важная характеристика элементарных
частиц.Все известные частицы обладают положительным, отрицательным ил
нулевым зарядом. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов
соответствуют античастицы с противоположным зарядом. Кварки имеют
дробный электрический заряд.

З.Повремени жизни частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильных частиц пять: фотон, две разновидности нейтрино, протон, электрон, которые играют важную роль в структуре макротел. Остальные частицы нестабильны, время их жизни около 10'¹ - 10 ~²⁴ с, после чего распадаются. Короткоживущие частицы со временем жизни 10~²³ с. называют резонансами.

4. Спин (англ. вращение) - собственный момент количества движения
микрочастицы.По величине спина все элементарные частицы делятся на два
класса: - фермионы -частицы с полуцелым спином (напр., электрон, протон,
нейтрон, нейтрино);

- бозоны- частицы с целым спином (напр., фотон, глюон, мезон).

5. Квантовое число состояние элементарных частиц.

Мегамир

Современная наука рассматривает Мегамир (космос) как сложную развивающуюся систему всех небесных тел, взаимодействующих между собой.

Наука, изучающая строение и развитие всех космических тел и всей Вселенной— это астрономия.Космология— раздел астрономии и астрофизики, изучающий происхождение, крупномасштабную структуру и эволюцию Вселенной, основанный на исследовании той ее части, которая доступна для астрономических наблюдений и других способов ее изучения.

Все существующие галактики (их миллиарды) образовывают Метагалактику, размеры которой более 20 млрд. световых лет.

Понятия «Вселенная» и «Метагалактика» близки, но рассматривают один и тот же объект с разных сторон. Вселенная — это весь окружающий материальный мир (перевод универсум), Метагалактика — тот же мир, но с точки зрения структуры как определенное расположение галактик.

Структура Вселенной

Вселенной на всех уровнях от элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактикприсуща структурность.

Метагалактика представляет собой систему галактик, а галактика — это системы планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд и звездных систем (в одной галактике насчитывается миллиарды звезд).

Материя во Вселенной представлена в виде:

• сконденсировавшихся космических тел, таких как планеты, звезды,
  кометы, метеориты и т.д.,

• диффузной материи (это разобщенные атомы, молекулы и плотные
  образования - гигантские облака пыли и газа (газово-пылевые туманности));

• излучения.

Структура Метагалактики определяется распределением галактик в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд — звезды, из протопланетного облака — планеты.

Согласно современным представлениям, для Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данных астрономических наблюдений, показавших, что галактики распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик покане обнаружено. Пространственной моделью такой структуры может служить кусок пемзы, которая неоднородна в небольших выделенных объемах, но однородна в больших объемах.

По современным данным возраст Метагалактики примерно 15 млрд. лет.

Галактика — гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию. Галактики - это звездные скопления и диффузная материя.

По своей форме галактики условно разделяются на три типа:

- Эллиптические галактики обладают пространственной формой
эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по
структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра.

- Спиральные галактики представлены в форме спирали, включая
спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик. Большинство
галактик эллиптическиеи спиральные. Наша галактика — Млечный Путь—
спиральная, насчитывающая 200 млрд. звезд. Ее размеры 100 тыс. световых
лет, имеет ядро в форме утолщенного диска с 4 спиральными ветвями, в ней
20 тыс. рассеянных и 100 шаровых скоплений. Большая часть звезд
сосредоточена в диске толщиной примерно 1500 световых лет. На расстоянии
30 световых лет от центра Млечного пути расположено Солнце. Ближайшая к
нам галактика туманность Андромеды, расстояние примерно 2 млн. 700 тыс.
световых лет.Еще одна - это Магеллановы облака.

В строении «правильных» галактик очень упрощенно можно выделить центральное ядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в форме диска, включающих наиболее горячие и яркие звезды и массивные газовые облака.В ядре галактики сосредоточены самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены ближе к периферии.

Ядра галактик проявляют свою активность в разных формах: в непрерывном истечении потоков вещества; в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области.

• Неправильные галактики — вихревые движения газов, имеющие
  тенденции к вращению. Они не обладают выраженной формой, в них
  отсутствует центральное ядро.

• Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным
  радиоизлучением, превосходящим видимое излучение— это
  радиогалактики, открыты в 1963 году, их светимость в сотни раз больше
  светимости других галактик, а размеры в 10 раз меньше. Их еще называют
  квазары и по одной из гипотез — это ядра новых галактик, следовательно,
  процесс образования галактик продолжается.

Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным образом: вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной; кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.

Современные космологические модели Вселенной.

Человек издавна интересуется вопросами, что такое Вселенная и в истории развития науки сформировались следующие теории о Вселенной.

1. Теория стационарного состояния Вселенной в классической науке

• Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции, изменяются лишь
  ее отдельные части, а в целом нет.

• Вселенная - это весь окружающий мир, он существует сам по себе,
  независимо от познания его людьми.

- Пространство и время Вселенной абсолютны, не зависят от
материальных объектов и процессов.

• Пространство и время бесконечны, однородны и изотропны.

• Материя состоит из атомов. Атомы - вечны, прочны и неделимы.
  Источник звезд неизвестен, изучались движения планет и комет,
  описывались звезды. Ньютон объяснял светимость неба со ссылкой на творца
  (Бога).

Два парадокса не были объяснены этой теорией: а) гравитационный парадокс - Вселенная бесконечна и в ней бесконечное число небесных, поэтому сила тяготения должна быть бесконечно большой, в результате Вселенная должна сколлапсировать; б) фотометрический - бесконечно число небесных тел, должны обеспечить бесконечную светимость неба, что не наблюдалось.

Характеристики

Список файлов лекций