Ядерная физика. Физика атомного ядра и частиц

Представленные материалы подготовлены на основе лекций, прочитанных на физическом факультете профессором Б.С. Ишхановым по общему курсу физики — Физика атомного ядра и частиц Особенностью, предлагаемого Вашему вниманию подхода к этому курсу, является то, что в начале излагается физика высоких энергий или физика частиц и даются общие для ядерной физики высоких и низких энергий понятия. При изложении физики ядра, эти понятия при необходимости конкретизируются. Кроме того, даются некоторые сведения из квантовой механики, необходимые для понимания излагаемого материала. Использование шпаргалки предполагает посещение лекций, чтение книг и соответствующих разделов сайта, в которых материал изложен более углубленно и подробно. Мир, в котором мы живем, сложен и многообразен. Издавна человек стремился познать окружающий его мир. Исследования шли в трех направлениях:

Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя.

Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи.

Описание движение частиц под действием известных сил.

У философов древней Греции существовало два противоположных взгляда на природу материи. Сторонники одной школы (Демокрит, Эпикур) утверждали, что нет ничего, кроме атомов и пустоты, в которой движутся атомы. Они рассматривали атомы как мельчайшие неделимые частицы, вечные и неизменные, пребывающие в постоянном движении и различающиеся формой и величиной. Сторонники другого направления (Аристотель и его последователи) придерживались прямо противоположной точки зрения. Они считали, что вещество можно делить бесконечно. Вещество считалось непрерывным континуумом. Атомизм Демокрита оказал сильнейшее влияние на физику и химию XIX столетия. Атом Демокрита был неким аналогом точесной массы ньютоновской механики. Он же был в основе классической термодинамики.

Сегодня мы знаем, что мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства — это молекулы и атомы. Однако мы также знаем, что атомы в свою очередь имеют сложную структуру и состоят из атомного ядра и электронов. Атомные ядра состоят из нуклонов — нейтронов и протонов. Нуклоны в свою очередь состоят из кварков. Оказывается довольно трудно отказаться от употребления терминов, освященных традицией. Из чего состоит протон или нейтрон? Можно ли разделить электрон на составные части? Что такое фотон? Какова его структура? Из каких частей он состоит? Но разделить нуклоны на составляющие их кварки уже нельзя. Что вовсе не означает, что кварки «элементарны». Понятие элементарности объекта в значительной мере определяется уровнем наших знаний. Поэтому привычное для нас утверждение «состоит из …» на субкварковом уровне может оказаться лишенным смысла. Слово «делимость» утратило свой смысл. Если сравнивать результаты полученные в физике частиц с идеями древних философов, то наиболее адекватной оказывается философия Платона. По его мнению деление приводит к различным математическим формам — правильным пространственным структурам, определяемым их симметрией и треугольниками из которых они состоят. Сами по себе эти формы еще не вещество, но вещество состоит из этих форм. Напрмер для Земли характерной формой является куб, для огня тетраэдр. Частицы современной физики являются представлениями групп симметрии и в этом смысле они напоминают симметричные структуры платоновской философии. Понимание этого сформировалось в процессе изучения физики субатомных явлений.

Лабораторные работы Цепи постоянного и переменного тока

Элементы электрических цепей постоянного тока Исследование пассивного четырехполюсника. Цель работы:

Целью работы является экспериментальное определение Z- и Y- параметров и составление Т и П – образных схем замещения пассивного линейного четырехполюсника.

Краткие теоретические сведения

Четырехполюсник – это обобщенное понятие электрической цепи, рассматриваемой по отношению к четырем зажимам (полюсам). Четырехполюсник характеризуется двумя напряжениями (входным U1 и выходным U2) и двумя токами (входным и выходным ). Любые из этих двух величин можно определить через две другие. Так как число сочетаний из четырех по два равно шести, то возможны следующие шесть форм записи уравнений четырехполюсника.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование режимов работы электрических цепей постоянного тока при наличии в схемах источников электродвижущей силы (ЭДС). Сопоставление результатов расчета с экспериментом.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Источник ЭДС представляет собой активный элемент с двумя зажимами. Упорядоченное перемещение в нем положительных зарядов от меньшего потенциала к большему возможно за счет присущих ему сторонних сил.

ЭДС источника – это величина работы, совершаемой при перемещении единичного заряда от отрицательного зажима источника к положительному.

Под потенциальной диаграммой понимают график распределения потенциала вдоль какого-либо участка цепи или замкнутого контура. По оси абсцисс откладывают сопротивление вдоль контура, начиная с произвольной точки, по оси ординат – потенциалы.

Электротехника примеры выполнения расчетных заданий

Расчёт электрического поля, усилий, энергии и электрических параметров простейших конструкций Целью задания является закрепление теоретического материала, излагаемого в первой части курса – физические основы электротехники (ФОЭ). Теоретическая часть расчётов базируется на уравнениях поля в интегральной форме. Особенности конструкций элементов (сферическая и цилиндрическая симметрия) существенно упрощают расчётную часть и позволяют при выполнении задания сосредоточить внимание на физической стороне процессов.

Расчёт магнитной цепи с магнитопроводом постоянной магнитной проницаемости Теоретическая часть расчётов базируется на интегральных понятиях магнитной цепи: магнитном потоке, магнитном напряжении, магнитодвижущей силе (м.д.с.) и других. Предлагается линейный вариант магнитной цепи, т.е. пренебрегается зависимостью магнитной проницаемости среды (ферромагнитного материала) от напряжённости магнитного поля.

Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей Заданием предусмотрена отработка расчётных приёмов, основанных на использовании: законов Кирхгофа, принципа наложения, сворачивания цепей со смешанными соединениями ветвей, простейших преобразований резистивных цепей, а так же расчёта резистивных цепей методами контурных токов, узловых напряжений и эквивалентного генератора. Расчёт линейных электрических цепей при гармоническом (синусоидальном) воздействии Целью задания является отработка техники расчёта гармонических установившихся режимов в линейных электрических цепях, закрепление теоретического материала в части применения комплексного метода и построения векторных диаграмм гармонического процесса. Заданием предусмотрена отработка расчётных приёмов сворачивания цепи со смешанным соединением r,L,C – элементов к одному эквивалентному параметру (комплексным сопротивлению или проводимости). Задание содержит проверку баланса активных и реактивных мощностей.