Particulelor elementare - un termen colectiv se referă la microobjects la scara subnucleară, care nu pot fi împărțite (sau până când se dovedește) în părțile sale componente. Structura și comportamentul lor a studiat fizica particulelor elementare. Conceptul de particule elementare bazat pe faptul că structura discretă a materiei. Un număr de particule elementare au o structură internă complexă, dar se împarte în părți imposibile. Alte particule elementare sunt nestructurate și poate fi considerată o particulă primară fundamentală.
De la momentul primei deschideri a particulei elementare (electroni), în 1897 ani a găsit mai mult de 400 de particule elementare. Fundamentale (non-structurate) particule:
leptonilor -. fermioni, care au forma de particule punctiforme (.. adică nu sunt compuse din nimic), până în măsura de ordinul 10-18 m nu participă la interacțiuni puternice. Participarea la interacțiunile electromagnetice observate experimental numai pentru leptonilor incarcate (electroni, muoni, leptoni tau) și nu a fost observat pentru neutrino. Există 6 tipuri de leptoni.
quark - încărcat fracționat particule care alcătuiesc hadronii. Într-o stare liberă nu a mai văzut. Ca leptonilor împărțit în 6 tipuri și sunt structură, dar, spre deosebire de leptoni implicate în interacțiunea puternică.
bosoni gauge - particule care se realizează prin intermediul interacțiunii de schimb:
foton - particule care transportă interferențe electromagnetice;
opt gluoni - particule care transportă interacțiunea puternică;
trei bosoni vector intermediar W +, W- și Z0, care transportă o interacțiune slabă;
graviton - ipotetic transportă particule g interacțiune gravitațională. Existența gravitoni, dar până în prezent nu a fost dovedită experimental datorită slăbiciunii interacțiunea gravitațională este considerată destul de probabil; dar Graviton nu este inclus în Modelul Standard.
interacțiuni fundamentale. Procesele care implică diferite particule elementare variază foarte mult și timpii de energie caracteristice ale apariției acestora. Conform conceptelor moderne, în natură se realizează patru tipuri de interacțiuni care nu pot fi reduse la alte tipuri mai simple: puternice, electromagnetice, slabe și gravitaționale. Aceste tipuri de interacțiuni sunt numite fundamentale.
interacțiune puternică (sau nucleară) - cel mai intens. Aceasta provoacă legătură extrem de puternică între protoni și neutroni în nucleele atomilor. Într-o interacțiune puternică pot fi implicate particule numai grele - hadroni (Mezonii și barioni). interacțiunea puternică se manifestă la distanțe poryadka10-15 m sau mai puțin. Prin urmare, aceasta se numește o rază scurtă de acțiune.
Interacțiunea electromagnetică. Aceasta poate lua parte orice particule încărcate electric precum fotoni - cuanta câmpului electromagnetic. Interacțiunea electromagnetică este responsabilă, în special, pentru existența atomilor și moleculelor. Acesta definește multe dintre proprietățile substanțelor în stări solide, lichide și gazoase. Repulsiei Coulomb dintre protoni nuclee duce la instabilitate cu numere de masă mare. Interacțiunea electromagnetică determină absorbția și emisia de fotoni de atomi sau molecule ale materiei, și multe alte procese sunt fizica micro- și macro.
Interactiunea slaba - determină cursul încete proceselor care au loc în microcosmos. Se poate lua parte orice particule elementare, cu excepția fotoni. interacțiune slabă este responsabil pentru fluxul de procese care implică neutrini sau antineutrinii, de exemplu, # 946; neutron degradare
și procesele de degradare a particulelor neutrinoless cu durată lungă de viață (# 964; ≥ 10-10 s).
interacțiune gravitationala inerente în oricare și toate particulele, dar din cauza masei mici a particulelor elementare ale interacțiunii forței gravitaționale sunt rol neglijabil între ele și lipsite de importanță în procesele microcosmos. Forțele gravitaționale joacă un rol crucial în interacțiunea obiectelor cosmice (stele, planete, și așa mai departe. P.) Cu masele lor uriașe.
În 30-e ai secolului XX, o ipoteză care, în lumea particulelor elementare interacționează prin schimbul de fotoni din orice domeniu. Această ipoteză a fost inițial prezentată de compatrioții noștri I. E. Tammom și DD Ivanenko. Ei au sugerat că interacțiunile fundamentale rezultă din schimbul de particule în același mod ca și o legătură chimică covalentă cu schimbul de atomi apare electroni de valență, care sunt combinate în învelișul de electroni neumplut.
Interacțiunea se realizează prin schimbul de particule în fizică, a primit numele interacțiunii de schimb. De exemplu, interacțiunea electromagnetică dintre particulele încărcate se produce datorită schimbului de fotoni - cuante câmpului electromagnetic.
Teoria interacțiunii de schimb a fost recunoscut dupa fizicianul japonez H. Yukawa a demonstrat teoretic în 1935 că interacțiunea puternică dintre nucleoni poate fi explicată în nucleele atomilor, dacă presupunem că nucleonii sunt schimbate particule ipotetice, numite mezoni. Yukawa masa acestor particule, care a fost aproximativ egal cu 300 de mase de electroni calculat. Particulele cu o astfel de masă au fost ulterior efectiv detectate. Aceste particule sunt numite mezoni pi (pionii). pionul In prezent, trei tipuri sunt cunoscute: π +, π- și π0 (vezi Tabelul 6.9.1 ..).
In 1957, a fost prezis teoretic existența unor particule grele, așa numitele Bosonii vector W +, W- și la Z0, provocând mecanismul de schimb al interacțiunii slabe. Aceste particule au fost descoperite în 1983, în experimentele cu un accelerator care se ciocnesc fascicule de protoni și antiprotoni mare de energie. Deschiderea bosonii vectoriale a fost o realizare foarte importantă în fizica particulelor elementare. Această descoperire a marcat succesul teoriei, care a unit interacțiunile electromagnetice și slabe într-o interacțiune unică așa-numita electroslab. Această nouă teorie consideră câmpul electromagnetic și o interacțiune slabă ca diferitele componente ale unui câmp, în care bosonii vector implicate împreună cu cuantice.
Reprezentarea 5.1 Molekuryarno-cinetică a structurii materiei în diferite stări de agregare.
Metoda statistică care descriu starea și comportamentul sistemelor de particule.
Ideal de distribuție a gazelor peste molecule state.:
Organismul care ne-(solid, lichid, gazos) înconjoară sunt percepute de simțurile noastre ca solide. Cu toate acestea, organismul nu este solid, dar sunt compuse din particule minuscule invizibile cu ochiul liber, nu situat în apropiere unul de altul și de la o anumită distanță. Apel aceste particule minuscule de molecule de materie (un diminutiv al cuvântului latin „de masă“).
Demokrit (V. BC. E.) Chemat cele mai mici particule din care tot corpul din atomii lumii (indivizibile). Conform atomii Democrit au diferite dimensiuni, greutate, forma, etc.
1) Toate substanțele constau din particule minuscule - molecule. Molecule - cea mai mică particulă de materie, care își păstrează toate proprietățile sale chimice. Toate moleculele care formează substanța, este aceeași. Moleculele constau din atomi. Atom - cea mai mică particulă a unui element chimic (105 sht.- 94 11 naturală și artificială).
2) Între moleculele corpului în același timp, forțele de atracție și repulsie.
3) Moleculele care formează corpul sunt într-o stare de mișcare aleatoare (oscilație).
Moleculele viteza de deplasare este mai mare, temperatura mai ridicată a corpului. Temperatura - măsură a energiei cinetică medie a moleculelor din organism. Viteza corpului moleculelor de energie cinetică determinare determină starea termică a corpului, valoarea energiei sale interne. Mișcarea de haotică a moleculelor numite căldură.
Despicarea atomilor din molecula se numește disociere. Disocierea are loc sub 1) Temperatură înaltă, 2) reacții chimice, 3) de iradiere.
Baza termodinamicii include două metode de studii de particule: termodinamice și statice.
Comportamentul numărului mare de molecule care constituie macrobody, a studiat metoda statistică, care se bazează pe faptul că proprietățile determinate de corpurile macroscopice proprietăți moleculare, în special mișcarea lor (viteza, energie, impuls, etc.) și de interacțiune. De exemplu, temperatura poate fi exprimată prin valoarea medie a energiei cinetice a mișcării moleculare. Metoda statistică oferă o imagine în mecanismul proceselor termice, tratându-le ca din interiorul armături, este substanțial complementar cu metoda termodinamică. Legile de bază ale termodinamicii au o semnificație statistică.
Gazul într-o stare de echilibru se stabilește un (timp nu schimbă peste) staționară a distribuției vitezei care respectă o anumită lege statistică. Această lege a fost dedus teoretic de Maxwell.
In derivarea legii Maxwell a presupus că gazul este format dintr-un număr mare de molecule N identice în stare aleatoare mișcare termică, la aceeași temperatură. Sa presupus, de asemenea, că domeniul extern al gazelor nu funcționează.
Legea Maxwell este descrisă de o funcție f (v), numita funcție de distribuție a vitezei moleculare. Există trei forme ale înregistrărilor de distribuție Maxwell.
5.2 Descrierea metodei Starea termodinamică și comportarea sistemelor de particule.
Parametrii termodinamici ai comunicării lor prin valori medii caracteristici moleculare:
Ecuația fundamentală a teoriei moleculare cinetice a gazului ideal energia internă a unui gaz ideal, temperatură.
Pentru a studia procesele termice în științele naturale a apărut metoda termodinamică de cercetare. Acesta constă în faptul că sistemul termodinamic este considerat ca fiind unul dintre site-urile majore (mai degrabă decât ca un set de elemente, molecule) și starea sa de sistem este dat de parametrii termodinamici (parametrii de sistem), care caracterizează proprietățile sale. Ca atare, temperatura absolută în general selectată (temperatură Kelvin - T), presiunea (P), volumul molar (volumul unui mol de substanță - VM). Parametrii legate unele de altele, astfel încât starea sistemului poate fi reprezentat sub forma unei ecuații. De exemplu, pentru un gaz ideal în masă per mol această relație exprimă ecuația Mendeleev-Clapeyron:
PVM = RT, (5.1) .where R = 8,314 J / mol * K - este constanta universală a gazelor.
Ecuațiile de bază teoria cinetică a gazelor în cazul în care S - zona acestei suprafețe; - suma forțelor aplicate perpendicular. Atunci când distribuirea inegală a forțelor asupra ecuației de suprafață determină presiunea medie în acest domeniu, iar în limita tinde S KUL - presiune la un anumit punct:
Conform teoriei cinetice a presiunii gazului pe peretele vasului apare ca urmare a atacurilor continue pe moleculele lor individuale. Aceste molecule care lovesc pereții conduc la o amestecare pentru a particulelor și materialul peretelui, prin urmare, deformarea acesteia. Deformează același perete acționează asupra forței elastice de gaz dirijat la fiecare punct perpendicular pe perete. Această forță este egală în valoare absolută și opusă, în direcția forței care acționează pe peretele gazului.
Determinarea temperaturii în teoria cinetică a gazelor. În teoria cinetică a gazelor se dovedește că, dacă cele două subsisteme (din aceleași sau diferite molecule) pot face schimb de energie, starea de echilibru este egală cu energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor. Prin urmare, teoria cinetică a gazelor definește temperaturii ca o valoare proporțională cu energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculei:
unde k - constanta Boltzmann, care este exprimată prin constanta universală a gazelor și numărul lui Avogadro (a se vedea secțiunea 2.1 ..): k = R / Na
1,38 • 10 -23 J / K. Coeficientul de proporționalitate este ales astfel încât ecuația de stare a unui gaz ideal.
Energia internă a unui anumit masa unui gaz perfect, depinde numai de temperatura acestuia și este independentă de presiune sau volum.
5.3 Ecuația stare a unui gaz ideal. Izoprotsessov ecuația gazelor ideale.
Raportul se numește ecuația de stare a gazului ideal. Pentru un mol de orice raport de gaz ia forma: pV = RT.
proces izoterma (T = const) proces izoterm numit proces quasistatic care are loc la o constantă temperatură T. pV = const
proces izocoră (V = const) proces izocoră - un proces de încălzire cvasistatic sau răcire a gazului la volum constant V și cu condiția ca, cantitatea de substanță # 957; în vas rămâne constantă.
proces izobară (p = const) proces izobară numit proces quasistatic care apar la aceeași presiune p.
5.4 internă a energiei, modalități de a schimba. metode de schimb de căldură. Cantitatea de căldură. Prima lege a termodinamicii, legea conservării energiei.
Gazul în echilibru termodinamic, poate fi caracterizată prin energia internă. energia internă este numită energia totală a moleculelor sale. În termodinamică, acesta include o energie cinetică totală a mișcării termice a moleculelor si energia potentiala a interacțiunii lor.
Există două moduri de a schimba sistemul intern de energie - lucrul mecanic și de transfer de căldură (schimb de căldură).
Procesul de transfer de energie de la un organism la altul fără muncă numit
Există trei tipuri de transfer de căldură:
Prima lege a termodinamicii - aceasta este legea de conservare a energiei, comune la fenomene termice. Acesta arată, din ce motive depinde de variația energiei interne.
termodinamica organismului în cauză, poziția pe care centrul de greutate rămâne practic neschimbată. Energia mecanică a acestor organisme este constantă, schimbarea este doar energia internă a fiecărui organism.
În general, trecerea de la o stare la alta schimbări interne de energie datorate atât o operațiune comite, și ca urmare a transferului de căldură.
Prima lege a termodinamicii este formulat în mod specific pentru astfel de cazuri comune:
Schimbarea în energie internă a sistemului în timpul tranziției de la un stat la altul este egală cu suma forțelor externe și cantitatea de căldură transferată în sistem:
Dacă sistemul este izolat, funcționarea forțelor exterioare este egal cu zero (A = 0), iar sistemul nu este schimbul de căldură cu organele din jur (Q = 0). În acest caz, în conformitate cu prima lege a termodinamicii sau U1 = U2. Energia internă a unui sistem izolat rămâne neschimbat (stocat).
Energia internă a sistemului termodinamic poate fi modificat în două moduri: de a face de lucru asupra sistemului și prin schimb de căldură cu mediul. Energia pe care câștigurile organismului sau pierde în procesul de schimb de căldură cu mediul, numit cantitatea de căldură sau pur și simplu de căldură.
5.5 gazul de lucru, energie termică, schimbarea internă a energiei, prima lege a termodinamicii la izoprotsessah.
Funcționarea nekvazistaticheskoe gaz numit expansiunea și presiunea ulterioară pe suprafața anumitor (de obicei efectua această lege pentru gazul din spațiul închis, de exemplu un piston) prin proprietatea sil.Teploemkost- exterioară a unui material de a absorbi o anumită cantitate de căldură în timpul încălzirii și să furnizeze când ohlazhdenii.Gaz, aflat în stare de echilibru termodinamic, poate fi caracterizată prin energia internă.
energia internă este numită energia totală a moleculelor sale. În termodinamică, acesta include o energie cinetică totală a mișcării termice a moleculelor și potențialul lor de energie vzaimodeystviya.Zakon Henry - lege prin care, la o temperatură constantă a solubilității gazului în lichid este direct proporțională cu presiunea gazului deasupra soluției. Legea este adecvat numai pentru soluții ideale și presiuni scăzute. De fapt, legea lui Henry afirmă de fapt destul de simplu: cu cât presiunea gazului deasupra suprafeței lichidului, cu atât mai greu este dizolvat în ea la gaz liber. Acest lucru este destul de logic din punct de vedere al teoriei cinetice moleculare, deoarece molecula de gaz, pentru a rupe liber de la suprafața lichidului, este necesară pentru a depăși energia ciocnirilor cu moleculele de gaz deasupra suprafeței, iar cea mai mare presiune și, în consecință, numărul de molecule din regiunea de grani ă, mai greu de molecule pentru a depăși această barieră dizolvată.