naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Мир глазами элементарных частиц


Каким мир представляется нам? К содержанию Сила из скорости. Часть первая
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Природа подчиняется разным законам, среди которых есть более или менее универсальные. Например, законы Ньютона - где их только не применяют. С помощью законов Ньютона можно, к примеру, настолько точно движение какой-нибудь планеты описать, что даже через сто лет она будет в определенном месте в определенное время. Но все-таки, законы Ньютона верны только для малых скоростей. Когда скорости движения приближаются к скорости света, приходится вносить в них так называемые релятивистские поправки. То же самое можно сказать и о многих других законах.

В общем, самым универсальным, или иначе, самым фундаментальным из всех открытых людьми законов является закон сохранения энергии. Еще его также называют основным законом физики, да и вообще, основным законом. За всю историю человеческой науки не было ни единого случая, когда в закон сохранения энергии пришлось бы внести хоть малейшую поправку, или закон сохранения энергии при каких-либо обстоятельствах "не сработал" или дал сбой. Короче говоря, будем считать так, что закон сохранения энергии непреложной истиной. Суть этого закона состоит в следующем: энергия просто так ни откуда не появляется и никуда не исчезает, а лишь преобразуется из одного вида энергии в другой.

К чему все это говорится, станет понятно чуть позже, а пока немного поговорим о размерах. Расстояние между атомами даже в самом твердом теле никогда не бывает меньше 10-10 метров, а размеры частиц, из которых состоят атомы (электронов и ядер) - 10-15 метра. Даже если предположить, что электроны и ядра - это твердые шарики, то все равно эти шарики отделены друг от друга на расстояние 10-5 метра, т.е., в сто тысяч раз превышающими их собственные размеры. Чтобы проще было понять, представьте, что размер ядра ровно один метр. Тогда расстояние до самого ближайшего ядра будет 100 000 метров. Стоя около одного ядра второе вы просто не увидите. И такое положение вещей характерно для самых твердых тел. Другими словами, изнутри, так сказать, глазами элементарных частиц, коими являются электроны и его сородичи, мир представляется ничем иным, как пустотой. Но не будем забывать, что внутри тела, скажем стального (очень твердого) шарика, электромагнитное поле.

Так, ну раз пустота в этом стальном шарике, почему он тогда твердый? Если молотком ударить по нему, то почти ничего с этим шариком не случится, так, маленькая царапина останется. Да потому и твердый, что электромагнитное поле действует на частицы с силой. Ударили по шарику молотком, частицы, которые были на поверхности, сместились внутрь, но поле их тут же назад выталкивает (ведь расстояние между атомами не может быть меньше 10-10 метров).

Короче говоря, глазами элементарных частиц мир состоит из электромагнитных полей. Естественно, есть там что еще, но мы пока об этом ничего не знаем.

Теперь вспомним начальные страницы раздела, когда мы мысленно сосредотачивали количества электричества. Вокруг заряда (количества электричества) как мы установили, возникает электрическое поле. Представим теперь еще один заряд. На этот заряд поле действует с некоторой силой. Так вот, чтобы второй заряд передвинуть и при этом против сил поля, нужно затратить работу. А если заряд сам движется под действием сил поля, то работу совершает само поле.

По закону сохранения энергии получается: сколько работы на перетаскивание заряда затратили, столько энергии в заряде, а точнее, в окружающем электрическом поле содержится. При подходящих условиях вся эта энергия может снова превратиться в работу (помните предыдущую страницу, энергия - это способность совершать работу).

Представим, что электрон двигается в пустом пространстве с постоянной скоростью. Представить такое нелегко, ведь если электрон двигается с постоянной скоростью - это значит, он вместе со своим электрическим полем двигается, и у всех его (электрона) частей скорость одинаковая. А поскольку электрон занимает бесконечное пространство, то и двигаться он должен в бесконечном пустом пространстве. Тем не менее, напрягаем фантазию...

На предыдущих страницах говорилось о том, что когда электрон двигается с постоянной скоростью, вокруг него возникает магнитное поле. Предположим, что к электрону приложили некоторую силу, например, силу внешнего электрического или магнитного поля. Эта сила действует, пока электрон не прошел небольшое расстояние, и совершает [сила] некоторую работу. По закону сохранения энергии эта работа может затратиться только на увеличение энергии электрона, причем увеличение энергии должно быть в точности равно количеству затраченной работы.

Энергия электрического поля увеличиться не может, поскольку новых зарядов никто из бесконечно удаленных мест к электрону не притаскивал. Следовательно, увеличиться может только энергия магнитного поля. Ранее мы с вами определили, что энергия магнитного поля равна половине произведения массы электрического поля электрона на квадрат его скорости. Когда совершается работа, величина заряда, а следовательно и масса электрического поля измениться не могут. Поэтому должна измениться скорость. А изменение скорости - это ускорение. Получился закон Ньютона, причем коэффициент пропорциональности между силой и ускорением - это энергия электрического поля электрона, деленная на квадрат скорости света. По закону Эйнштейна это и есть не что иное, как масса электрона, или, как принято говорить, масса покоя электрона. По сути, только что был раскрыт секрет инерционности электрона. Помните, что Ньютон говорил: "всякое тело стремиться сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения"... тра-та-та и все такое. Для электрона изменить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, значит изменить свое магнитное поле, а для этого нужно совершить работу.

Из вышенаписанного можно сделать еще один вывод: коэффициент пропорциональности между силой и ускорением равен mэ. Эту величину можно понимать как массу, а можно понимать как энергию, помноженную на коэффициент 1/c2. Пропорциональность массы и энергии известна давно. Ее открыл Альберт Эйнштейн. Из всего написанного ясно одно: масса не превращается в энергию и энергия не превращается в массу, как это в умных книжках пишут. Просто-напросто, масса и энергия - это одно и то же!

Представим теперь вот что. Допустим, два одинаковых количества электричества движутся с постоянной скоростью параллельно друг другу, так что расстояние между ними остается все время постоянным. По закону Кулона эти заряды отталкиваются друг от друга с силой электростатического взаимодействия. Кроме того, поскольку первый заряд движется, вокруг него имеется магнитное поле. Второй заряд, двигаясь в магнитном поле, испытывает силу. Причем, если оба заряда находятся в одной плоскости, перпендикулярной к направлениям их движения, эта сила направлена в сторону, противоположную направлению электростатической силы. Короче говоря, два одинаковых заряда, движущихся в одном и том же направлении, притягиваются. Сила магнитного притяжения двух движущихся зарядов прямо пропорциональна произведению зарядов и квадрату скорости их движения и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и квадрату скорости света.

В общем получается, что скорость света - это такая скорость, при которой сила электромагнитного притяжения оказывается равной силе электростатического отталкивания. Только это, ни больше, ни меньше!!!

Теперь раскроем еще один секрет, почему электрон не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Чтобы увеличить скорость электрона, нужно сообщить ему дополнительную энергию, которая пойдет на увеличение энергии магнитного поля. Проще говоря, магнитное поле, которое образуется вокруг электрона, как бы тормозит его движение, поскольку магнитное поле действует на любой движущийся заряд, в том числе и на электрон. Пока сила действия магнитного поля меньше силы действия электрического поля, скорость электрона можно увеличить. Как только скорость электрона равна скорости света, сила действия электрического поля станет в точности равной силе магнитного поля. Увеличиваем силу электрического поля - во столько же раз увеличивается сила магнитного поля. Но направлены эти силы противоположно. Значит суммарная сила равна нулю и никакого дальнейшего ускорения не будет.

Другими словами, если нечто обладает массой, а значит, энергией, и движется с заданной скоростью, то, изменить эту скорость, можно лишь приложив к этому нечто силу. При этом, чем больше масса, тем большую силу нужно приложить, чтобы изменить скорость на одну и ту же величину за один и тот же промежуток времени. Т.е., величина энергии - это коэффициент пропорциональности между приложенной силой и ускорением.

Энергия-масса измеряется в электрон-вольтах - это количество энергии, которое электрон приобретает, проходя в электрическом поле разность потенциалов в один вольт. Обозначается эВ. 1 эВ = 1,602x10-19 Дж.

Еще часто пользуются другой единицей, так называемой атомной единицей массы (аем). Одна аем равна 1,66x10-27 кг. В таком случае масса электрона равна 5,49x10-4 аем или 0,511 Мэв/с2

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Каким мир представляется нам? К содержанию Сила из скорости. Часть первая
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

Error. Page cannot be displayed. Please contact your service provider for more details. (1)


copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь