авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 ||

«Москва James Trefil The naTure of science Houghton Mifflin Company 2003 Джеймс Трефил 200 законов мироздания ...»

-- [ Страница 18 ] --

Э ф ф е К Т Д О П л е рА Физика эффект Долгая традиция изучения влияния магнитного поля на свет, испус каемый атомами, восходит к майклу фарадею. сегодня неизбеж Зеемана ность существования эффектов подобного влияния кажется нам очевидной, поскольку мы знаем, что электроны и другие атомы Энергетические обладают спином, то есть ведут себя подобно микроскопическим уровни и электрически заряженным волчкам, образующим вокруг себя маг спектральные линии нитное поле, и, по сути, представляют собой микроскопические излучения атомов магниты (см. О П ы Т Ш Т е р Н А — Г е р л А Х А ). В конце XIX столетия, в магнитном поле когда Питер Зееман решил провести серию опытов и проверить, расщепляются обладают ли атомы магнитными свойствами, все было, однако, далеко не столь очевидно. Ученый поместил крошечный образец натрия между полюсами регулируемого магнита и стал изучать •   1859  ОткРытие влияние магнитного поля на спектральные линии излучения атомов киРхГОФА—БУНЗеНА натрия (см. с П е К Т р О с К О П и Я ). Выяснилось, что при усилении магнитного поля спектральные линии в каждой группе частот раз •   1859  СПектРОСкОПия мываются, то есть в них появляются новые частоты излучения. Так • было впервые однозначно подтверждено существование эффекта, ЭФФеКт ЗееМАНА   который впоследствии будет назван эффектом Зеемана.

• 1913  АтОМ БОРА Чтобы понять его природу, проще всего обратиться к модели А Т О м А Б О рА и задуматься о том, как именно испускается свет.

Электрон совершает квантовый скачок с высшей орбиты на низшую (или, что то же самое, с высшего энергетического уровня на низший), испуская при этом фотон строго определенной час тоты, соответствующей разности энергий между двумя энергети ческими уровнями. Теперь, если предположить, что электрон в действительности представляет собой микроскопический магнит, а сам атом помещен во внешнее магнитное поле, энергия элект рона будет зависеть от полярности его магнитного спина — если магнитное поле электрона на орбите однонаправлено внешнему магнитному полю, он обладает одной энергией, если же оно ори ентировано в противоположном направлении, то другой. То есть электроны с противоположным магнитным спином, находящиеся на одной орбитали, будут обладать несколько различающимися энергиями и каждый энергетический уровень окажется расщеплен на два близких подуровня. соответственно, там, где раньше име лась единственная возможная энергия квантового перехода между двумя уровнями, теперь имеется четыре возможные энергии пере хода. На спектре излучения это должно отразиться таким образом, что вместо одной четко выделенной спектральной линии (частоты излучения) в мощном магнитном поле появятся четыре близко рас положенные равноудаленные спектральные линии (частоты).

В первоначальном опыте Зееману не удалось различить эти четыре спектральные линии, поскольку несовершенство спект роскопа и недостаточная мощность магнита приводили к тому, что вместо расщепления наблюдалось простое размытие спект ральных линий. Однако позже ученому удалось усовершенствовать аппаратуру и выявить четыре отдельных спектральных линии на месте одной размытой, как это и предсказывала теория. Для этого ЭффеКТ ЗеемАНА потребовалось усилить магнитное поле, и Зееману даже удалось доказать, что расстояние между расщепленными линиями спектра напрямую зависит от напряженности магнитного поля.

Эффект Зеемана впоследствии нашел очень полезное приме нение в астрономии, поскольку по расщеплению линий в спектре излучения небесных тел можно судить о напряженности их маг нитных полей. Например, именно по эффекту Зеемана астрофи зикам удалось установить, что пятна на солнце являются следс твием возмущения мощных магнитных полей вблизи его поверх ности — солнечных магнитных бурь.

Питер ЗееМАН (Pieter Zeeman, профессора физики Амстердамс 1865–1943) — нидерландский физик. кого университета и занимал его до Родился в Зоннемайрe (Zonnemaire) выхода на пенсию. Прославился в семье священника и всю жизнь как искуснейший экспериментатор и провел на родине за исключением конструктор измерительных приборов, периода обучения в лейденском обеспечивавших революционную по университете. Завершив в лейдене тем временам точность измерений.

под научным руководством хендрика В 1902 году разделил с лоренцем лоренца (Hendrick Lorenz, 1853–1928) Нобелевскую премию по физике.

работу по выявлению теоретически В 1918 году дал экспериментальное предсказанного лоренцем расщеп- подтверждение П Р и Н ц и П А э к В и В А ления спектров атомов в магнитном л е Н т Н О С т и гравитационной и инер поле, в 1900 году занял кресло циальной масс.

ЭффеКТ ЗеемАНА Физика эффект В первые десятилетия ХХ века ученые постепенно приходили к осознанию того, что объекты микромира обладают одновременно комптона свойствами и частиц, и волн (см. П р и Н Ц и П Д О П О л Н и Т е л ь Н О с Т и ).

Начало этому процессу положило предложенное Альбертом При рассеянии Эйнштейном объяснение ф О Т О Э л е К Т р и Ч е с К О Г О Э ф ф е К Т А, на свободных согласно которому любое электромагнитное излучение, включая электронах фотоны свет, представляет собой пучки фотонов. Открытый же американ теряют энергию, ским физиком Артуром Комптоном эффект рассеяния фотонов на причем количество свободных электронах стал еще одним подтверждением квантовой потерянной энергии природы фотона.

зависит от угла Эксперимент, проделанный Комптоном, описать несложно.

рассеяния Пучок электромагнитных лучей (Комптон использовал рентгенов ские лучи) направляется на кристалл, после чего измеряются энергии и угол отклонения рассеянных лучей. В рамках классической теории • ЭФФеКт КОМПтОНА   взаимодействия лучей с веществом (до постулирования принципов К В А Н Т О В О й м е Х А Н и К и ) энергия отраженного излучения не должна отличаться от энергии исходного излучения. Комптон же получил принципиально иную картину: энергия рассеянной волны отличалась от энергии исходной волны, и эта разница зависела от угла рассеяния, достигая максимума при угле 90°. единственным способом дать разумную интерпретацию полученным Комптоном результатам было рассматривать взаимодействие лучей с атомами как столкновение исходящей частицы (фотона) с электроном. Как и два бильярдных шара, эти две частицы, взаимодействуя, отскаки вают друг от друга. А поскольку электрон движется медленно, он в общем случае должен приобретать энергию при этом столкновении, в то время как фотон эту же энергию теряет.

После публикации Комптоном в начале 1923 года полученных результатов среди физиков осталось мало сомневающихся в реаль ности фотонов. сегодня эффект Комптона находит применение в астрофизике: гамма-лучи от космических объектов подвергаются многократному рассеянию, пока их энергия не падает до длин волн рентгеновской части спектра, после чего их можно анализировать на стандартных рентгенографических установках. Подобный детектор был в 1991 году выведен НАсА на орбиту в составе Гамма-лучевой обсерватории имени Комптона.

Артур ХОлли КОМПтОН (Arthur Holly эффекта комптона он был удостоен Compton, 1892–1962) — американский Нобелевской премии по физике за физик. Родился в Вустере, штат Огайо 1927 год. Во время Второй мировой (Wooster, Ohio), в семье профессора войны комптон руководил металлур философии. В 1916 году окончил гической лабораторией при чикагском Принстонский университет. В первые университете, участвовавшей в работе годы после окончания университета по созданию «уранового котла» в работал в частной промышленной рамках Манхэттенского проекта.

лаборатории, где участвовал в После окончания Второй мировой создании первых ламп дневного света. войны комптон много своего времени Вернувшись к академическим иссле- стал уделять общественно-полити дованиям, большую часть времени ческой деятельности. В частности, проработал в чикагском университете, с 1946 по 1948 год состоял членом где в 1923 году стал профессором комиссии по высшему образованию физики. За открытие и объяснение при президенте США.

ЭффеКТ КОмПТОНА Физика эффект Представьте, что кто-то, находясь на северном полюсе, бросил мяч кому-то, кто находится на экваторе. Пока мяч летел, Земля провер кориолиса нулась вокруг своей оси и ловящий успел сместиться к востоку.

если бросающий, целясь мячом, не учел этого движения Земли, Во вращающейся мяч упал западнее (или левее) ловящего. с точки зрения человека системе отсчета на экваторе, получается, что мяч летел левее, чем надо, с самого (например, на начала — как только его выпустил из рук бросающий — и до тех поверхности Земли) пор, пока не приземлился.

наблюдателю согласно З А К О Н А м м е Х А Н и К и Н ь Ю Т О Н А, чтобы движущееся кажется, что прямолинейно тело отклонилось от изначально заданной траек тела движутся тории, на него должна действовать какая-то внешняя сила. Значит, по изогнутой ловящий на экваторе должен сделать вывод, что брошенный мяч траектории.

отклонился от прямолинейной траектории под действием некоей Иногда этот силы. если бы мы смогли посмотреть на летящий мяч из космоса, эффект объясняют мы бы увидели, что на самом деле никакая сила на мяч не дейс действием некой твовала. Отклонение же траектории было вызвано тем, что Земля фиктивной силы — успела повернуться под мячом, пока он летел по прямой. Таким силы Кориолиса образом, действует в подобной ситуации какая-то сила или нет, — это целиком зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель.

•   1537  РАСПРеделеННОе и подобное явление неизбежно возникает, когда есть какая дВижеНие нибудь вращающаяся система координат — например, Земля. Для описания этого явления физики часто используют выражение фик • 1604, УРАВНеНия   1609 РАВНОУСкОРеННОГО  тивная сила, имея в виду, что сила реально отсутствует, просто дВижеНия наблюдателю во вращающейся системе отсчета кажется, что она действует (другой пример фиктивной силы — это Ц е Н Т р О Б е ж Н А Я •   1659  цеНтРОБежНАя с и л А ). и противоречий здесь нет никаких, поскольку оба наблюда СилА теля единодушны относительно реальной траектории полета мяча •   1687  ЗАкОНы МехАНики и уравнений, ее описывающих. расходятся они лишь в терминах, НьютОНА которые они используют для описания этого движение.

• фиктивная сила, которая действует в приведенном выше при ЭФФеКт КОриОлисА   мере, называется силой Кориолиса — в честь французского физика • Гаспара Кориолиса, впервые описавшего этот эффект. интересно,   1905,  теОРия   1916 ОтНОСительНОСти что именно сила Кориолиса определяет направление вращения вихрей циклонов, которые мы наблюдаем на снимках, полученных с метеоспутников. изначально воздушные массы начинают пря молинейно устремляться из областей высокого атмосферного давления в области пониженного атмосферного давления, однако сила Кориолиса заставляет их закручиваться по спирали. (с тем же успехом можно утверждать, что воздушные потоки продолжают двигаться прямолинейно, но, поскольку Земля под ними повора чивается, нам, находящимся на поверхности планеты, кажется, что они движутся по спирали.) Вернемся к примеру с бросанием мяча с полюса к экватору. Нетрудно понять, что в северном и Южном полушариях сила Кориолиса действует на движущееся тело в прямо противоположных направлениях. именно поэтому в северном полушарии вихри циклонов закручены против часовой стрелки, а в Южном — по часовой стрелке.

Э ф ф е К Т КО р и Ол и сА Отсюда же происходит и неистребимая фольклорная премуд рость, согласно которой вода в канализационных отверстиях ванн и раковин в двух полушариях вращается в противоположных направлениях, — якобы это обусловлено эффектом Кориолиса.

(Помню, когда я сам был студентом, мы всей группой, включая одного аргентинца, не один час провели в мужском туалете физи ческого факультета стэнфордского университета, наблюдая за потоками воды в раковине в надежде подтвердить или опроверг нуть эту гипотезу.) На самом же деле, хотя и верно, что сила Кори олиса действует противоположно в двух полушариях, направление закручивания воды в сливной воронке лишь отчасти определяется этим эффектом. Дело в том, что вода долгое время течет по водо проводным трубам, при этом в потоке воды образуются течения, которые хоть и трудно увидеть простым глазом, продолжают закру чивать струю воды и тогда, когда она льется в раковину. Кроме того, когда вода уходит в сливное отверстие, могут создаваться похожие течения. именно они определяют направление движения воды в воронке, поскольку силы Кориолиса оказываются гораздо слабее этих течений. В обычной жизни направление закручивания воды в сливной воронке в северном и Южном полушариях больше зависит от конфигурации канализационной системы, чем от дейс твия природных сил.

Однако все-таки нашлась группа экспериментаторов, которой хватило терпения повторить этот опыт в «чистых» условиях. Они взяли идеально симметричную раковину сферической формы, уст ранили канализационные трубы, позволив воде проходить сквозь сливное отверстие свободно, оборудовали сливное отверстие авто матической заслонкой, которая открывалась лишь после того, как в воде успокаивались любые остаточные токи, — и увидели-таки эффект Кориолиса в действии! Несколько раз им даже удалось уви деть, как вода сначала под слабым внешним воздействием закру чивалась в одну сторону, а затем силы Кориолиса брали верх, и направление спирали менялось на противоположное!

ГюстАв ГАсПАр КОриОлис  «кориолями».) Основной научный (Gaspard Gustave de Coriolis, интерес ученого лежал в области 1792–1843) — французский физик и разработки движущихся частей раз инженер. Родился в Париже. Окончил личных механизмов. В частности, престижную Политехническую школу, кориолис — один из изобретателей которую со временем возглавил в подшипников. Однако его интересы не качестве директора. (Он оснастил носили чисто прикладного характера:

аудитории «водяными холодильни- занимаясь, в общем-то, практической ками» — прообразами кондицио- механикой, он дал современные неров, — которые работают до сих определения работы и кинетической пор, и студенты так и называют их энергии.

Э ф ф е К Т КО р и Ол и сА Физика эффект Эффект Тиндаля был открыт в результате исследования ученым вза имодействия световых лучей с различными средами. Он выяснил, тиндаля что при прохождении лучей света через среду, содержащую взвесь мельчайших твердых частиц — например, пыльный или задым В замутненных ленный воздух, коллоидные растворы, мутное стекло, — эффект средах фиолетовый рассеяния уменьшается по мере изменения спектральной окраски и синий свет луча от фиолетово-синей к желто-красной части спектра. если рассеиваются же пропустить через мутную среду белый, например солнечный, сильнее всего, свет, который содержит полный цветовой спектр, то свет в синей а оранжевый и части спектра частично рассеется, в то время как интенсивность красный — слабее зелено-желто-красной части света останется практически пре всего жней. Поэтому, если смотреть на рассеянный свет после прохож дения им замутненной среды в стороне от источника света, он покажется нам синее, чем исходный свет. если же смотреть на •  источник света вдоль линии рассеяния, то есть через замутненную ЭФФеКт тиНдАля   1859  среду, источник покажется нам краснее, чем он есть на самом деле.

именно поэтому дымка от лесных пожаров, например, кажется нам голубовато-фиолетовой.

Эффект Тиндаля возникает при рассеянии на взвешенных частицах, размеры которых превышают размеры атомов в де сятки раз. При укрупнении частиц взвеси до размеров порядка 1/20 длины световых волн (примерно от 25 нм и выше) рассеяние становится полихромным, то есть свет начинает рассеиваться равномерно во всем видимом диапазоне цветов от фиолетового до красного. В результате эффект Тиндаля пропадает. Вот почему густой туман или кучевые облака кажутся нам белыми — они состоят из плотной взвеси водяной пыли с диаметром частиц от микронов до миллиметров, что значительно выше порога рассе яния по Тиндалю.

можно подумать, что небо кажется нам сине-голубым бла годаря эффекту Тиндаля, но это не так. В отсутствие облач ности или задымления небо окрашивается в сине-голубой цвет благодаря рассеянию дневного света на молекулах воздуха.

Такой тип рассеяния называется рассеянием Рэлея (в честь сэра рэлея;

см. К р и Т е р и й р Э л е Я ). При рассеянии рэлея синий и голубой свет рассеивается даже сильнее, чем при эффекте Тиндаля: например, синий свет с длиной волны 400 нм рас сеивается в чистом воздухе в девять раз сильнее красного света с длиной волны 700 нм. Вот почему небо кажется нам синим — солнечный свет рассеивается во всем спектральном диапазоне, но в синей части спектра почти на порядок сильнее, чем в красной. еще сильнее рассеиваются ультрафиолетовые лучи, обусловливающие солнечный загар. именно поэтому загар распределяется по телу достаточно равномерно, охва тывая даже те участки кожи, на которые не попадают прямые солнечные лучи.

ЭффеКТ ТиНДАлЯ дЖОН тиНдАль (John Tyndall, рассеянию света в мутных средах.

1820–1893) — ирландский физик и изучал строение и движение ледников инженер. Родился в лайлин-Бридж, в Альпах.

графство карлоу (Leighlin Bridge, County тиндаль был крайне увлечен идеей Carlow). По окончании средней школы популяризации науки. Регулярно работал топографом-геодезистом в читал публичные лекции, часто военных организациях и на строитель- в форме бесплатных лекций для всех стве железных дорог.

Одновременно желающих: для рабочих на завод окончил механический институт в Пре- ских дворах в обеденные перерывы, стоне. Уволен с военно-геодезической рождественские лекции для детей в службы за протесты против плохих королевском институте. Слава тин условий труда. Преподавал в куинвуд- даля как популяризатора достигла колледже (хэмпшир), одновременно и другого берега Атлантики — весь продолжал самообразование. В 1848– тираж американского издания его 51 гг. слушал лекции в Марбургском и книги «Фрагменты науки» (Fragments Берлинском университетах. Вернув- of Science, 1871) был раскуплен за шись в Англию, стал преподавателем, один день. Погиб в 1893 году нелепой а затем и профессором королевского смертью: готовя обед, жена ученого института (Royal Institution) в лондоне. (пережившая его на 47 лет) по ошибке Основные труды ученого посвящены использовала вместо поваренной магнетизму, акустике, поглощению соли один из хранившихся на кухне теплового излучения газами и парами, химических реактивов.

ЭффеКТ ТиНДАлЯ Физика эффект При движении электрического заряда в магнитном поле на него воздейс твует отклоняющая сила. именно на этом принципе основана работа холла таких экспериментальных установок, как синхрофазотрон, широко использующихся в исследованиях в области физики элементарных Электрический ток частиц: в них заряженные частицы оказываются пойманными в торо при его протекании идальную (в форме бублика) магнитную ловушку и летают по кругу через металл в внутри нее. В малых масштабах этот эффект используется в устройстве присутствии микроволновой печи — в ней электроны, циркулируя в магнитном поле, магнитного производят сверхвысокочастотное излучение, разогревающее пищу.

поля производит Представьте, что на столе перед вами лежит кусок проводящей электрическое проволоки, а магнитное поле направлено перпендикулярно плос напряжение, кости крышки стола. если по проволоке пропустить ток, маг перпендикулярное нитное поле заставит заряды внутри провода отклоняться в одну направлению и сторону (вправо или влево от направления тока, в зависимости от самого тока, и ориентации магнитного поля и полярности зарядов). смещаясь от силовых линий направления прямолинейного движения внутри проводника, заряды магнитного поля будут скапливаться в приграничной зоне, пока силы взаимного элек тростатического отталкивания между ними, возникающие в силу З А К О Н А К Ул О Н А, не уравновесят отклоняющую силу воздействия магнитного поля на ток. После этого ток снова потечет прямоли •   1785  ЗАкОН кУлОНА нейно, однако на проводнике возникнет разность электрических • потенциалов в плоскости, перпендикулярной как направлению тока,   1820  ОткРытие эРСтедА так и направлению силовых линий магнитного поля, вызванная • перераспределением электрических зарядов в плоскости сечения   1820  ЗАкОН БиО—САВАРА проводника, а величина этой разности потенциалов будет пропор •   1831  ЗАкОНы циональна силе тока и напряженности магнитного поля.

электРОМАГНитНОй Первым поперечное электрическое напряжение, возникающее под иНдУкции ФАРАдея воздействием внешнего магнитного поля, по вышеописанной схеме • измерил в 1879 году Эдвин Холл. Он осознал, что направление вектора   1833  ПРАВилО леНцА напряжения будет зависеть от того, какие заряды — отрицательные • ЭФФеКт ХОллА   или положительные — являются носителем тока. и в результате про веденных опытов Холл первым в мире наглядно продемонстрировал, что электрический ток в металлах создается направленным движением отрицательно заряженных электронов. А до этого опыта ученые сомне вались и относительно полярности зарядов — носителей тока, и отно сительно того, воздействует ли магнитное поле на заряженные частицы внутри проводника или на саму неподвижную структуру проводника.

Прошло более столетия после экспериментов Холла, и гер манский физик Клаус фон Клитцинг (Klaus von Klitzing, р. 1943) открыл квантово-механический аналог эффекта Холла, за что и был в 1985 году удостоен Нобелевской премии по физике.

ЭдвиН ГерБерт ХОлл (Edwin Herbert образцу немецких научно-иссле Hall, 1855–1938) — американский довательских заведений. эффект, физик. Родился в г. Грейт-Фолз (ныне названный впоследствии его именем, Горем), штат Мэн, США. Поступил в холл открыл при подготовке докторской первый набор на физический факультет диссертации по электричеству и маг только что открытого университета нетизму. Защитив ее, ученый перешел джонса хопкинса в Балтиморе — пер- в Гарвардский университет, где затем вого американского научно-исследова- прославился инновациями в области тельского и учебно-образовательного преподавания физики в высшей и осо учреждения, смоделированного по бенно средней школе.

Э ф ф е К Т ХОл л А Физика ядерный согласно Т е О р и и О Т Н О с и Т е л ь Н О с Т и, масса представляет собой особую форму энергии, о чем и свидетельствует извес распад тная формула Эйнштейна E = mc2. из нее следует возможность и синтез преобразования массы в энергию и энергии в массу. и такие реакции на внутриатомном уровне вещества реально имеют место. В частности, часть массы атомного ядра может превра Можно получать щаться в энергию, и происходит это двумя путями. Во-первых, энергию как за крупное ядро может распасться на несколько мелких — такой счет управляемого процесс называется реакцией распада. Во-вторых, несколько распада ядер более мелких ядер могут объединиться в одно более крупное — некоторых элементов, так и за это так называемая реакция синтеза. реакции ядерного синтеза счет слияния мелких во Вселенной распространены очень широко — достаточно упо ядер в более крупные мянуть, что именно из них черпают энергию звезды. Ядерный распад сегодня служит одним из основных источников энергии в процессе так называемой реакции для человечества — он используется на атомных электростан циях. и при реакции распада, и при реакции синтеза совокупная термоядерного масса продуктов реакции меньше совокупной массы реагентов.

синтеза Эта-то разница в массе и преобразуется в энергию по формуле E = mc2.

•   1900  РАдиОАктиВНый РАСПАд Распад •   1905,  теОРия  В природе уран встречается в форме нескольких изотопов, один 1916 ОтНОСительНОСти из которых — уран-235 (235u) — самопроизвольно распадается с выделением энергии. В частности, при попадании достаточно • ядерНЫй рАсПАд 1917, быстрого нейтрона в ядро атома 235u последнее распадается на два и сиНтеЗ крупных куска и ряд мелких частиц, включая обычно два или три • ок. 1930  АНтичАСтицы нейтрона. Однако, сложив массы крупных фрагментов и элемен тарных частиц, мы недосчитаемся определенной массы по срав •   1957  кРитеРий лОУСОНА нению с массой исходного ядра до его распада под воздействием удара нейтрона. Эта-то недостающая масса и выделяется в виде энергии, распределенной среди получившихся продуктов рас пада — прежде всего кинетической энергии (энергии движения).

стремительно движущиеся частицы разлетаются от места распада и сталкиваются с другими частицами вещества, разогревая их.

Они представляют собой стремительно разлетающиеся от места распада частицы, при этом далеко они не улетают, врезаясь в соседние атомы вещества и разогревая их. Таким образом, энергия, порождаемая ядерным распадом, преобразуется в теплоту окружа ющего вещества.

В уране, добываемом из природной урановой руды, изо топа урана-235 содержится всего 0,7% от общей массы урана — остальные 99,3% приходятся на долю относительно устойчивого (слаборадиоактивного) изотопа 238u, который просто поглощает свободные нейтроны, не распадаясь под их воздействием. Поэтому для использования урана в качестве топлива в ядерных реакторах его нужно предварительно обогатить — то есть довести содер жание радиоактивного изотопа 235u до уровня не менее 5%.

Я Д е р Н ы й рА с П А Д и с и Н Т е З После этого уран-235 в составе обогащенного природного урана в атомном реакторе распадается под воздействием бомбар дировки нейтронами. В результате из одного ядра 235u выделя ется в среднем 2,5 нового нейтрона, каждый из которых вызывает распад еще 2,5 ядра, и запускается так называемая цепная реакция.

Условием для продолжения незатухающей реакции распада ура на-235 является превышение числа выделяемых распадающи мися ядрами нейтронов числа нейтронов, покидающих урановый конгломерат;

в этом случае реакция продолжается с выделением энергии.

В атомной бомбе реакция носит умышленно неконтролируемый характер, в результате чего за доли секунды распадается огромное число ядер 235u и выделяется колоссальная по своей разруши тельности взрывная энергия. В атомных реакторах, используемых в энергетике, реакцию распада необходимо строго контролировать с целью дозирования выделяемой энергии. Хорошим поглотителем нейтронов является кадмий — его-то обычно и используют для управления интенсивностью распада в реакторах АЭс. Кадмиевые стержни погружают в активную зону реактора до уровня, необхо димого для снижения скорости выделения свободной энергии до технологически разумных пределов, а в случае падения энерговы деления ниже необходимого уровня частично выводят стержни из активной зоны реакции, после чего реакция распада интенсифици руется до необходимого уровня. Выделившаяся тепловая энергия затем в обычном порядке (посредством турбогенераторов) преоб разуется в электрическую.

Синтез Термоядерный синтез — реакция прямо противоположная реакции распада по своей сути: более мелкие ядра объединяются в более крупные. самая распространенная во Вселенной реакция вообще — это реакция термоядерного синтеза ядер гелия из ядер водорода: она непрерывно протекает в недрах практически всех видимых звезд. В чистом виде она выглядит так: четыре ядра водорода (протона) образуют атом гелия (2 протона + 2 нейтрона) с выделением ряда других частиц. Как и в случае реакции распада атомного ядра, совокупная масса образовавшихся частиц оказыва ется меньше массы исходного продукта (водорода) — она и выде ляется в виде кинетической энергии частиц — продуктов реакции, за счет чего звезды и разогреваются.

В недрах звезд реакция термоядерного синтеза происходит не единовременно (когда сталкиваются 4 протона), а в три этапа.

сначала из двух протонов образуется ядро дейтерия (один протон и один нейтрон). Затем, после попадания в ядро дейтерия еще одного протона, образуется гелий-3 (два протона и один нейтрон) плюс другие частицы. и, наконец, два ядра гелия-3 сталкиваются, образуя гелий-4, два протона, а также другие частицы. Однако по Я Д е р Н ы й рА с П А Д и с и Н Т е З совокупности эта трехэтапная реакция дает чистый эффект обра зования из четырех протонов ядра гелия-4 с выделением энергии, уносимой быстрыми частицами, прежде всего фотонами (см. Э В О л Ю Ц и Я З В е З Д ).

естественная реакция термоядерного синтеза происходит в звездах;

искусственная — в водородной бомбе. Увы, человек до сих пор не сумел найти средств для того, чтобы направить термо ядерный синтез в управляемое русло и научиться получать за счет него энергию для использования в мирных целях. Однако ученые не теряют надежды на достижение положительных результатов в области получения «мирной и дешевой» термоядерной энергии уже в обозримом будущем, для этого главное — научиться удер живать высокотемпературную плазму либо посредством лазерных лучей, либо посредством сверхмощных тороидальных электромаг нитных полей (см. К р и Т е р и й л О У с О Н А ).

Я Д е р Н ы й рА с П А Д и с и Н Т е З хронология древний мир–1599 1600–1649 1650– Астрономия XVI Принцип 1609, 1619 Законы коперника кеплера взгляд в прошлое древний мир Само- 1683 Флогистон зарождение жизни Математика V до н.


э. Парадокс 1630 Великая тео Зенона рема Ферма 1202 числа Фибоначчи Науки о жизни 1624 эксперимент 1663, 1839 клеточная Ван Гельмонта теория Науки о Земле 1666 Закон последова тельности напласто вания горных пород разное ок. XIV Бритва Оккама Физика Античность Агре- 1600 Магнетизм 1650 Принцип Ферма гатные состояния 1604, 1609 Урав- 1659 центробежная сила вещества нения равноуско- 1662 Закон III до н.э. Закон ренного движения Бойля—Мариотта Архимеда 1621 Закон 1668 Закон сохранения ок. 420 до н.э. Снеллиуса линейного импульса Атомная теория 1678 Закон Гука строения вещества 1687 Закон всемирного ок. 100 н.э. Закон тяготения Ньютона;

отражения света Законы механики 1537 Распреде- Ньютона ленное движение 1690 Принцип Гюйгенса Химия Х р О Н Ол О Г и Я 1700–1749 1750–1799 1800–1819 1820–1839 1840– 1742, 1823 Пара- 1755 Гипотеза докс Ольберса газопылевого облака 1766 Правило тициуса—Боде 1783 черные дыры нач. XVIII Равно- 1809 ламаркизм ок. 1850 Социальный весие в природе дарвинизм 1742 Проблема 1822 Анализ Фурье Гольдбаха 1729, сер. XX 1779, 1905   1852, 1878 Мимикрия Суточные ритмы Фотосинтез 1859 теория эволюции ок. 1730 Система 1798 экспоненци классификации альный рост линнея 1783 круго- 1852 кислотный ворот углерода дождь в природе 1788 Униформизм кон. XVIII цикл преобразования горной породы 1736 Закон сохра- 1761 Фазовые XIX электри- 1820 Закон 1842 термодинамика, нения момента переходы ческие свойства Ампера;

Закон первое начало;

импульса 1785 Закон вещества Био—Савара;

эффект доплера 1738 Уравнение кулона ок. 1800 тепловое Открытие 1845 Законы кирхгофа Бернулли 1787 Закон Шарля расширение эрстеда 1849 Молекулярно 1747 Закон сохра- 1798 Механи- 1801 Закон Генри 1824 цикл и тео- кинетическая теория нения электри- ческая теория 1807   рема карно 1850 термодинамика, ческого заряда теплоты интерференция 1826 Закон Ома второе начало 1813 теорема 1827 Броуновское 1851 Предельная ско Гаусса движение рость падения 1815 Закон 1831 Законы 1859 Открытие кир Брюстера электромаг- хгофа—Бунзена;

1818 дифракция нитной индукции Спектроскопия;

Фарадея эффект тиндаля 1833 Правило ленца 1834 Уравнение клапейрона— клаузиуса;

Урав нение состояния идеального газа 1835 эффект кориолиса кон. XVIII Проба 1801 Закон 1828 Синтез 1854 катализаторы на окрашивание дальтона мочевины и ферменты пламени 1811 Закон 1829 Закон Грэма Авогадро 1834 Законы элек тролиза Фарадея Х р О Н Ол О Г и Я хронология 1860–1879 1880–1899 1900– Астрономия 1887 Опыт XX эволюция звезд Майкельсона—Морли 1905–1913 диаграмма Герцшпрунга—Рассела 1912 Зависимость период—светимость 1917 космологическая постоянная взгляд в прошлое 1896 Закон копа 1899 Онтогенез повто ряет филогенез XIX — нач. XX Витализм Математика Науки о жизни 1865 Законы Менделя ок. 1895 теория ок. 1900 территориаль 1873 Принцип сцепления-натяжения ность у животных;

эко мутуализма XIX–XX Биологические логическая сукцессия 1877 Микробная теория молекулы;

Распро- 1908 Закон инфекционных заболе- странение нервных харди—Вайнберга ваний;

Правило Алена;

импульсов Симбиоз Науки о Земле 1863 Парниковый 1886 круговорот азота в 1910-е циклы эффект природе Миланковича кон. XIX круговорот воды в природе 1890, 1940-е Радиомет рическое датирование разное 1913 Объяснение Бора Физика 1864 Спектр электро- 1883–84 число 1900 излучение чер магнитного излучения;

Рейнольдса ного тела;

Постоянная Уравнения Максвелла 1887 Ударные волны Планка;

Радиоактивный 1867 демон Максвелла 1890 Постоянная распад;

электронная 1872 Постоянная Ридберга теория проводимости Больцмана 1891 Принцип 1905 термодинамика, 1879 Закон Стефана— эквивалентности третье начало Больцмана;

эффект 1895 Закон кюри;

точка 1905, 1916 теория холла кюри относительности 1896 критерий Рэлея;

1911 Опыт Резерфорда эффект Зеемана 1912 Закон Брэгга 1897 Открытие элект- 1913 Атом Бора;

Опыт рона;

элементарные Милликена частицы 1917, 1934 ядерный 1899 Фотоэлектри- распад и синтез ческий эффект Химия 1860-е Периодическая 1887 кислоты и 1919 Правило октета система Менделеева основания 1868, 1895 Открытие 1888 Принцип гелия ле Шателье 1892 Открытие аргона Х р О Н Ол О Г и Я 1920–1939 1940–1959 1960–1969 1970–1999 2000– 1929 Закон хаббла 1940 Гипотеза гига- 1961 Антропный при- 1980-е Ранняя 1931 Предел   нтского столкновения нцип;

Формула дрейка Вселенная чандрасекара 1948 Большой взрыв 1981 инфляционная 1933 темная материя 1950 Парадокс Ферми стадия расширения Вселенной 1990-е космический треугольник 1948 теория стацио нарной вселенной сер. хх триединый мозг 1931 теорема Гёделя 1965 Закон Мура 1980-е детерминисти о неполноте ческий хаос 1920-е дрейф генов 1947 Устойчивость мик- 1960-е Стволовые 1970-е дифферен- 2000 Проект 1926 Отношения робов к антибиотикам клетки циальное исполь- «Геном хищник—жертва нач. 1950-х Белки нач. 1960-х Родс- зование ресурсов;

человека»

1928 Открытие 1950-е Зеленая твенный отбор Молекулярные часы пенициллина революция 1961 Генетический код 1976 теорема о мар 1934 Принцип конку- 1952 эксперимент 1964 коэволюция гинальных значениях рентного исключения херши—чейз сер. 1960-х иммунная 1995 клонирование 1937 Гликолиз и дыхание 1953 дНк система 1954 Максимальная 1966 теория оптималь устойчивая добыча ного фуражирования 1958 центральная 1967 теория равновесия догма молекулярной Макартура—Уилсона биологии ок. 1930, 1980 Массовые 1953 эксперимент 1960-е тектоника плит 1979 Гипотеза Геи вымирания Миллера—юри 1985 Озоновая дыра 1942 три закона робототехники сер. 1940-х Закон Мёрфи 1950 тест тьюринга 1921 Опыт 1957 критерий 1961 кварки и восьме- 1972 квантовая XXI (?) Штерна—Герлаха лоусона;


теория ричный путь;

Стандар- хромодинамика Универ 1922 эффект комптона сверхпроводимости тная модель 1980-е Скрытый при- сальные 1923 Принцип соответствия 1962 эффект нцип необратимости теории 1924 квантовый тун- джозефсона времени нельный эффект;

При- 1964 теорема Белла нцип запрета Паули;

Соот- 1968 теория струн ношение де Бройля 1925 квантовая механика 1926 Полосная теория твердотельной прово димости;

Уравнение Шрёдингера 1927 Опыт дэвиссона— джермера;

Принцип дополнительности;

При нцип неопределенности Гейзенберга ок. 1930 Античастицы 1931 Магнитные монополи 1934 излучение черенкова ок. 1920 Принцип Aufbau кон. 1920-х теория молеку лярных орбиталей 1930-е химические связи Х р О Н Ол О Г и Я Глоссарий Амплитуда максимальное отклонение инерция свойство материи оставаться в состоянии движения до тех пор, пока на нее волны от среднего положения — высота не окажет воздействие внешняя сила.

гребня или глубина впадины.

инфракрасное излучение электромагнит Атом мельчайшая частица химического эле ные лучи с несколько большей, чем у види мента, сохраняющая его химические свойства;

мого света, длиной волны.

ядро с электронами на орбиталях вокруг него.

ион атом или фрагмент молекулы (радикал) с Бактерия — простейший одноклеточный положительным или отрицательным электри микроорганизм.

ческим зарядом, полученным за счёт захвата Биосфера тонкая оболочка Земли, подде или потери одного или нескольких электронов.

рживающая жизнь;

включает поверхность, ископаемое топливо виды топлива, напри приповерхностную почву, гидросферу и мер уголь, нефть и природный газ, образо атмосферу.

вавшиеся в результате древних геологичес вес см. масса ких процессов.

вид совокупность организмов, способных к Кварк один из видов элементарных частиц, скрещиванию и размножению.

из которых состоят другие элементарные вирус микроорганизм, представляющий частицы, такие как протоны и нейтроны.

собой фрагмент дНк или РНк в белковой Кинетическая энергия энергия, связанная оболочке.

с движением.

Галактика скопление звёзд, космической пыли, Красное смещение смещение наблюдае газа и тёмной материи. Подавляющая масса мой длины волны излучения (обычно света) материи Вселенной приходится на галактики.

в сторону длинноволновой (красной) части Гамма-лучи электромагнитное излучение, спектра при удалении источника излучения характеризующееся сверхмалой длиной от наблюдателя.

волны и сверхвысокой энергией.

Масса мера сопротивления физического Ген фрагмент молекулы дНк, кодирующий объекта ускорению, мера количества вещес белок, который ферментирует определённую тва в физическом объекте. Вес объекта — биохимическую реакцию в клетке;

«единица это сила, действующую на него в гравитаци наследственности». онном поле.

Горная порода см. минерал Минерал неорганическое вещество с упо рядоченным строением кристаллической двойная звезда система двух звезд, обра решетки. Горные породы представляют щающихся по орбитам вокруг общего центра собой смесь минералов.

масс.

Молекула не менее двух атомов, удержива длина волны расстояние между гребнями емых вместе химическими связями.

волны.

Моль количество вещества, содержащее дНК важнейшая биологическая молекула, одно и то же число атомов, равное числу содержащая гены, который передаются из атомов в 12 г углерода.

поколения в поколение.

Нейтрон тяжелая элементарная частица с единицы си единицы Международной сис нулевым зарядом.

темы измерений (Systme Internationale, SI), основанной на использовании метра в качес- Оболочка см. орбиталь тве единицы длины, килограмма в качестве Орбиталь область в атоме или молекуле, единицы массы и секунды в качестве еди- где могут находиться электроны. Вероят ницы времени. ность нахождения электрона на той или иной орбитали определяется его волновой функ излучение поток частиц или волн высоких цией. Оболочка — это совокупность элект энергий, испускаемых при радиоактивном ронных орбиталей.

распаде или, в обобщённом смысле, поток частиц или волн, испускаемых любым источ- Органическое соединение химическое ником излучения. соединение, содержащее углерод, за исклю чением простейших соединений углерода — изотоп — ядра с одинаковым числом протонов, оксидов углерода и карбонатов;

последние, но различным числом нейтронов называются наряду со всеми остальными химическими изотопами данного химического элемента.

соединениями, условились относить к неор импульс масса тела, умноженная на его ганическим соединениям.

векторную скорость.

Гл О с сА р и й Осмос процесс проникновения атомов в световой год — расстояние, которое прохо растворе через мембрану. дит свет за один год. это Не мера времени.

Относительная атомная масса (атомный сила — воздействие, приводящее к измене вес) средняя масса атомов (включая  нию состояния движения физического тела все изотопы) химического элемента в том скорость расстояние, покрываемое телом за виде, в котором оно встречается в природе;

единицу времени. Векторная скорость — это измеряется в единицах 1/12 атомной массы скорость с учетом направления движения тела.

углерода.

спектр обычно спектр электромагнитного Пищевая цепь цепь биологических видов, излучения: весь диапазон электромагнитного в которой каждый вид питается представи- излучения от гамма-лучей до радиоволн.

телями низшего звена и служит пищей для углеводороды органические вещества, представителей высшего по отношению к молекулы которых состоят из атомов угле нему звена.

рода и водорода;

например, бензин.

Плазма — агрегатное состояние вещества, в ультрафиолетовое излучение электромаг котором электроны отделены от атомного нитное излучение с несколько меньшей, чем ядра.

у видимого света, длиной волны.

Потенциальная энергия энергия, которой ускоритель экспериментальная установка обладает тело, находящееся в гравитацион для разгона элементарных частиц до сверх ном поле.

высоких, часто близких к скорости света Пропорция одна величина пропорцио- (субсветовых) скоростей. Столкновения нальна другой, если при ее возрастании вто- между частицами на субсветовых скоростях рая величина возрастает в то же число раз. помогают раскрывать их свойства.

если же при возрастании первой величины Фаза (волны) мера синхронизации волны с вторая убывает в то же число раз, говорят об другой волной того же типа.

обратной пропорции.

Фотон частица света или иного электромаг Простое число натуральное число, деля нитного излучения.

щееся без остатка только на единицу и само частота число пиков (или впадин) волны, себя проходящих через фиксированную точку в Пространство-время четырёхмерное про- единицу времени.

странство, в котором время рассматрива Экосистема — совокупность всего живого, ется в качестве дополнительного четвёр обитающего в конкретной местности, вместе того измерения к трем пространственным со средой обитания.

измерениям.

Электрон лёгкая элементарная частица с Протон тяжёлая элементарная частица с единичным отрицательным зарядом. В ато единичным положительным зарядом.

мах электроны размещаются на орбиталях Протонное (атомное) число число про- вокруг ядра.

тонов (и, соответственно, положительных Элемент (химический) — вещество, не под зарядов) в ядре атома.

дающееся дальнейшему химическому радиоволны длинноволновое электромаг- разложению.

нитное излучение.

Элементарные частицы фундаментальные разложение химическая реакция, при- субатомные частицы, из которых состоят все водящая к делению тяжелых молекул на остальные частицы физического мира. Раз несколько лёгких. личают два класса элементарных частиц:

реакция (химическая) преобразование кварки и лептоны (к которым относится, в одного или нескольких химических веществ частности, электрон).

в одно или несколько других химических Энергетический уровень энергия каждого веществ. из группы электронов, находящихся на опре делённой орбитали атомного ядра.

рентгеновские лучи коротковолновое элек тромагнитное излучение. ядро (атома) — центральная часть атома, состо ящая из протонов и (как правило) нейтронов.

сверхновая продукт катастрофического взрыва догоревшей звезды, при котором всё ядро (клетки) элемент структуры высоко её вещество выбрасывается в межзвездное развитых биологических клеток, содержа пространство в виде химических элементов. щий дНк клетки.

Гл О с сА р и й Джеймс Трефил 200 ЗАКОНОВ мирОЗДАНиЯ издатель Н. Ушакова Оформление обложки А. Песнин Технический редактор В. Ерофеев Верстка С. Чорненький Корректор М. Журавлева Подписано в печать ??.??.06. формат 70100 1/ Тираж ?000 экз. Заказ №.

Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2;

953000 — книги, брошюры Гигиеническое заключение № 77.99.02.953.Д.006738.10.05 от 18.10.2005 г.

ЗАО «издательский Дом ГелеОс»

115093, москва, Партийный переулок, Тел.: (495) 785-0239. Тел./факс: (495) 951- www.geleos.ru издательская лицензия № 065489 от 31 декабря 1997 г.

ЗАО «Читатель»

115093, москва, Партийный переулок, Тел.: (495) 785-0239. Тел./факс: (495) 951- По воПроСУ оПТовоЙ и мЕЛкооПТовоЙ ПокУПки книГ издаТЕЛЬСТва «ГЕЛЕоС» оБраЩаТЬСя По адрЕСУ:

москва: санкт-Петербург:

ЗАО «Читатель» ООО «северо-Западное книготорговое (отдел реализации издательства) объединение»

115093, г. москва, 192029, г. санкт-Петербург, Партийный пер., д. 1 пр-т Обуховской обороны, д. тел.: (495) 785-02-39, тел.: (812) 365-46-04, 365-46- факс (495) 951-89-72 e-mail:books@szko.sp.ru e-mail: zakaz@geleos.ru самара:

Internet: http://www.geleos.ru Книготорговая фирма «Чакона»

Воронеж: 443030, г. самара, ул. Чкалова, ООО «Амиталь» тел.: (8462) 42-96-28, 394021, г. Воронеж, факс (8462) 42-96- ул. Грибоедова, 7а e-mail: commdir@chaconne.ru тел.: (4732) 26-77-77 Internet: http://www.chaconnre.ru e-mail: mail@amital.ru Уфа:

Казань: ООО ПКП «Азия»

ООО «ТД «Аист-Пресс» 450077, г. Уфа, ул. Гоголя, д. 420132, республика Татарстан, тел.: (3472)50-39-00, г. Казань, факс (3472) 51-85- ул. 7-я Кадышевская, д.9б, e-mail: asiaufa@ufanet.ru тел.: (843) 525-55-40, 525-52-14 Украина:

e-mail: sp@aistpress.com Книготорговая фирма «Визарди»

Краснодар: г. Киев, ул. Вербовая, д. 17, оф. ЗАО «Когорта» тел.: 8-10-38 (044) 247-42-65, 350033, г. Краснодар, 247-74- ул. ленина, 101 e-mail: wizardy@inbox.ru тел.: (8612) 62-54-97, Беларусь:

факс (8612) 62-20-11 ТД «Книжный»

e-mail: kogorta@internet.kuban.ru г. минск, пер. Козлова, д. 7в Пермь: тел.: 8-10-375-(17) 294-64-64, ООО «лира-2» 299-07- 614036, г. Пермь, e-mail: td-book@mail.ru ул. леонова, 10а израиль:

тел.: (3422) 26-66-91, P.O.B. 2462, Ha-Sadna st., 6, факс (3422) 26-44-10 Kefar-Sava, 44424, Israel e-mail: lira2@permonline.ru тел.: 8-10 (972) 766-88-43, 766-55- ростов-на-Дону: e-mail: michael@sputnic-books.com ООО «сеть книжных магазинов Книги издательства «Гелеос»

«магистр» в европе:

344006, г. ростов-на-Дону, «Fa. Atlant». D-76185 Karlsruhe пр. 1-й машиностроительный, 11 тел.: +49(0) 721-183-12-12, тел.: (863) 266-28-74, 721-183-12- факс (863) 263-53-31 факс: +49(0) 721-183 12 e-mail: magistr@aaanet.ru e-mail: atlant.book@t-online.de;

Internet: http://www.booka.ru Internet: http://www.atlant-shop.com

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.