Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Концепции современного естествознания

ТЕМА 11 ПРИНЦИПЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ

Основные вопросы: 1. Законы сохранения в природе.

  • 2. Связьзаконов сохранения с симметриями пространства-времени. 3. Термодинамика (основные понятия).
  • 4. Первое начало термодинамики. 5. Второе начало термодинамики. 6. Энтропия. Принцип возрастания энтропии и гипотеза тепловой смерти Вселенной.

1. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В ПРИРОДЕ

Закон сохранения материи (ЗСМ) имеет следующую формулировку: различные виды материи могут переходить друг в друга, но общее количество материи всегда остается неизменным.

Первоначально этот закон был доказан экспериментально для частного случая сохранения массы при химических реакциях (Ломоносов, Лавуазье). Первая формулировка ЗСМ дана в 1748 г. М. В. Ломоносовым в его знаменитом письме к Л. Эйлеру (см. тему 5, вопр. 3).

Способом существования материи является движение. К середине XIX в. был установлен принципиальный факт — все формы движения материи превращаются друг в друга в строго определенных количественных соотношениях. Например, при превращении теплоты в работу всегда реализуется один и тот же механический эквивалент теплоты — отношение механической энергии к соответствующему количеству теплоты: J =4,1868 Дж/кал. То обстоятельство, что различные формы движения материи переходят одна в другую в строго определенных соотношениях, позволило ввести общую меру различных форм движения материи — она называется энергией. Энергия является универсальной количественной характеристикой движения и взаимодействия любых тел — от элементарных частиц до космических объектов. Различают следующие виды энергии:

  • Механическая, или кинетическая (энергия движения макроскопических тел).
  • ? Тепловая (энергия беспорядочного движения молекул и атомов).
  • ? Электрическая (энергия, связанная с перемещениями электронов между атомами).
  • ? Магнитная (энергия, возникающая между электрически заряженными частицами).
  • ? Химическая (энергия, вызываемая движением электронов внутри атомов).
  • ? Ядерная, или атомная (энергия, обусловленная строением ядер атомов).
  • ? Потенциальная (энергия, связанная с действием физических полей).

Закон сохранения и превращения энергии утверждает, что все виды энергии способны переходить друг в друга, причем в строго определенных количественных соотношениях.

Экспериментальное подтверждение этого закона было получено разными учеными (Гесс — переход химической энергии в тепловую; Джоуль и Ленц — переход электрической энергии в тепловую; Майер и Джоуль — взаимопревращения механической энергии и теплоты). Открытие закона сохранения и превращения энергии, связавшего воедино все взаимодействия природы, имело большое значение для физики и всего естествознания.

Закон сохранения массы и энергии является частным случаем закона сохранения и превращения материи (ЗСПМ) — одного из фундаментальных законов природы.

Закон сохранения электрического заряда состоит в том, что в замкнутой системе тел при любых взаимодействиях алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной.

В природе не может возникнуть электрический заряд одного знака: появление положительного заряда сопровождается появлением равного ему по величине отрицательного. Физическое появление электрического заряда обусловлено переходом элементарно заряженных частиц — электронов — от одного тела к другому: тело, потерявшее электрон, уменьшает свой отрицательный заряд, а получившее — увеличивает. При встрече электрона и его античастицы — позитрона — происходит их взаимное исчезновение (аннигиляция), при этом выполняется закон сохранения электрического заряда, так как алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равна нулю.

Если тело массой т движется со скоростью П, то его импульс (количество движения) есть векторная величина р = то, а момент импульса относительно некоторой фиксированной точки О есть вектор М = [гр], где г —радиус-вектор движущейся точки относительно точки О.

Закон сохранения импульса состоит в том, что в замкнутой системе тел сумма импульсов остается постоянной при любых взаимодействиях тел.

Закон сохранения момента импульса утверждает, что постоянным будет только суммарный момент импульса (если к телам этой системы не приложены моменты внешних сил ).

Законы сохранения импульса и момента импульса имеют большое значение для объяснения механики микро- и мега- мира. В частности, второй закон Кеплера (см. тему 4, вопр. 3) является следствием закона сохранения импульса. В мегами- ре закон сохранения момента импульса объясняет наблюдаемую форму галактик. Важнейшей характеристикой элементарной частицы является ее внутренний момент импульса — спин. Суммарный спин системы взаимодействующих частиц сохраняется при любых процессах слабого и сильного взаимодействия. На законе сохранения импульса и момента импульса основываются выводы, которые делаются при экспериментальных исследованиях элементарных частиц.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы