Elemi részecskék és az alapvető
Elemi részecske - gyűjtőfogalom utaló microobjects a subnuclear mértékű, hogy nem osztható (vagy amíg nem bizonyított) az alkotóelemeire. Szerkezetének és viselkedésének tanulmányozta a fizika az elemi részecskéket. A koncepció az elemi részecskék azon a tényen alapul, hogy a diszkrét anyag szerkezete. Egy elemi részecskék száma egy bonyolult belső szerkezete, de osszuk részek lehetetlen. Más elemi részecskék rendezetlen, és nem tekinthető az alapvető primer részecske.
Mivel az idő az első nyílás az elemi részecskék (elektron) 1897 évben található több mint 400 elemi részecskéket. Alapvető (nem strukturált) részecskék:
leptonokat -. fermionok, amelyeknek a formája pont részecskék (.. azaz nem áll semmi), amíg a mértéke nagyságrendileg 10-18 m nem vesznek részt az erős kölcsönhatás. Részvétel az elektromágneses kölcsönhatások kísérletileg megfigyelt csak töltésű leptonok (elektronok, müonok, tau leptonok), és nem volt megfigyelhető a neutrínó. Jelenleg 6 típusú leptonok.
kvark - frakcionált töltésű részecskék teszik ki a hadronokat. Szabad állapotban nem látott. Ahogy leptonokat osztva 6 típusú és szerkezet nélküli, de eltérően leptonokat részt az erős kölcsönhatást.
gauge bozonok - részecskék, amelyek révén hajtják végre a csere interakció:
foton - hordozó részecskék elektromágneses interferenciát;
Nyolc gluonok - hordozó részecskék az erős kölcsönhatást;
három köztes vektor bozonok W +, W- és Z0, hordozó gyenge kölcsönhatás;
graviton - hipotetikus részecske szállító g gravitációs kölcsönhatás. A létezése gravitonok, de eddig nem bizonyított, kísérletileg gyengesége miatt a gravitációs kölcsönhatás tekinthető nagyon valószínű; de graviton nem szerepel a Standard Modell.
Az alapvető kölcsönhatások. Eljárások olyan különböző elemi részecskék nagyban, és az energia karakterisztikus idők az előfordulásuk. Szerint a modern koncepciók, a természetben azt végzik négyféle kölcsönhatás, hogy nem lehet csökkenteni az egyéb egyszerűbb típusok: erős, elektromágneses, a gyenge és gravitációs. Az ilyen típusú kölcsönhatás az úgynevezett alapvető.
Erős (vagy nukleáris) kölcsönhatás - a legintenzívebb. Okoz rendkívül erős kötést közötti protonok és neutronok az atommagok atomok. Egy erős kölcsönhatás lehet vonni csak a nehéz részecskék - hadronokat (mezonok és barionok). Erős kölcsönhatást nyilvánul távolságokban poryadka10-15 m vagy kevesebb. Ezért nevezzük rövid hatótávolságú.
Az elektromágneses kölcsönhatás. Ez részt vehetnek bármilyen elektromosan töltött részecskék, valamint fotonok - a QUANTA az elektromágneses mező. Az elektromágneses kölcsönhatás felelős, különösen, a létezését az atomok és molekulák. Ez határozza meg számos tulajdonságait anyagokat szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú Államok. Coulomb-taszítás a protonok atommag vezet instabilitás nagy tömegű számokat. Az elektromágneses kölcsönhatás okozza a abszorpciós és emissziós fotonok által atomok vagy molekulák az anyag, és számos más folyamat mikro- és makro fizika.
A gyenge kölcsönhatás - határozza meg a során a leglassabb folyamatok előforduló mikrokozmosz. Ez nem vehetnek részt olyan elemi részecskék kivételével fotonok. Gyenge kölcsönhatás felelős a áramlását magába foglaló eljárások neutrínók vagy antineutrinos, például # 946; neutron bomlása
és neutrinoless részecske bomlási folyamatok hosszú élettartam (# 964; ≥ 10-10 s).
Gravitációs kölcsönhatás rejlő bármely és az összes részecske, de mivel a kis tömege az elemi részecskék a nehézségi erő kölcsönhatás közöttük elhanyagolhatók és jelentéktelen szerepet mikrokozmoszában folyamatokban. Gravitációs erők döntő szerepet játszanak a kölcsönhatás a kozmikus objektumok (csillagok, bolygók, és így tovább. P.) A hatalmas tömegeket.
A 30-es években a XX században, a hipotézist, hogy a világon az elemi részecskék kölcsönhatásba cseréjével fotonok bármely területén. Ezt a hipotézist eredetileg előterjesztett honfitársaink I. E. Tammom és DD Ivanenko. Azt javasolták, hogy az alapvető kölcsönhatások adódnak cseréjét részecskék ugyanúgy, mint a kovalens kémiai kötés a cseréje atomok bekövetkezik vegyérték elektronok, melyek kombinálva vannak a töltetlen elektron héj.
A kölcsönhatás végzik cseréje részecskék fizikai, kapta a nevét a csere kölcsönhatás. Például, az elektromágneses kölcsönhatás a töltött részecskék miatt előfordul, hogy foton cseréje - kvantumait elektromágneses mező.
Az elmélet a csere kölcsönhatás már felismerték után a japán fizikus H. Yukawa elméletileg bizonyította 1935-ben, hogy az erős kölcsönhatás közötti nukleonok lehet magyarázni az atommagba, ha feltételezzük, hogy a nukleonokat kicserélt hipotetikus részecskék, úgynevezett mezonoknak. Yukawa számított tömeg Ezen részecskék, amely megközelítőleg azonos a 300 elektron tömegek. Részecskék egy ilyen tömeges ezt követően ténylegesen detektált. Ezeket a részecskéket nevezzük pi-mezonok (pionokról). Jelenleg három típusa ismert pion: π +, π- és π0 (lásd 6.9.1 ..).
1957-ben, azt elméletileg megjósolt létezését nehéz részecskék, az úgynevezett vektor bozonok W +, W- és a Z0, ami a csere mechanizmus a gyenge kölcsönhatás. Ezek a részecskék találtak 1983 kísérletekben egy gyorsító ütköző sugarak protonok és antiprotont magas energia. Nyitva a vektor bozonok egy nagyon fontos eredmény az elemi részecske fizika. Ez a felfedezés jelentős sikere az elmélet, amely egyesítette az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás egyetlen úgynevezett elektrogyenge kölcsönhatás. Ez az új elmélet az elektromágneses mezőt, és egy gyenge kölcsönhatás, mint különböző összetevőinek egy mezőt, ahol a vektor bozonok részt együtt kvantum.
5.1 Molekuryarno-kinetikus ábrázolása anyag szerkezetének különböző állapotaiban összesítés.
Statisztikai eljárás leírja az állam és viselkedését részecske rendszerek.
Ideális gázelosztó felett államok molekulákat.:
A test, hogy a bennünket körülvevő (szilárd, folyékony, gáznemű) által érzékelt érzékeink szilárd. Azonban, a test nem szilárd, de állnak apró részecskék láthatatlan szabad szemmel, nem közel egymáshoz, és bizonyos távolságban. Hívjon az apró anyagi részecskék molekulák (a pöttöm a latin szó „tömeg”).
Demokrit (V. Ie. E.) Úgynevezett legkisebb részecskék, amelyek minden, a test a világon atomok (oszthatatlan). Szerint Democritus atomok különböző méretek, tömeg, forma, stb
1) Az összes anyag áll perces részecskék - molekulákat. Molecule - a legkisebb részecskék az anyag, amely megtartja az összes kémiai tulajdonságait. Minden molekulák képező anyag, ez ugyanaz. A molekulák állnak atomok. Atom - a legkisebb részecske kémiai elem (105 sht.- 94 11 Természetes és mesterséges).
2) a molekulák között a test ugyanabban az időben, erői vonzás és taszítás.
3) A molekulák testét alkotó állapotban vannak a véletlenszerű mozgás (oszcilláció).
molekulák mozgó sebesség nagyobb, a magasabb testhőmérséklet. Hőmérséklet - az az átlagos kinetikus energia a molekulák a szervezetben. A test sebessége molekulák kinetikus energia meghatározására határozza meg a termikus állapotban a test, a értéke a belső energia. A kaotikus mozgások nevezett molekulák hő.
A felosztása tartalmaznak a molekulában nevezzük disszociációs. A disszociációs alapján történik, 1) Magas hőmérséklet, 2) a kémiai reakciók, 3.) a besugárzás.
Az alapja termodinamika tartalmaz két módszer részecske tanulmányok: termodinamikai és statikus.
A viselkedés a nagyszámú alkotó molekulák macrobody, tanulmányozta a statisztikai módszer, amely azon a tényen alapul, hogy a meghatározott tulajdonságok makroszkopikus testek molekuláris tulajdonságaik, különösen mozgás (sebesség, az energia, lendület, stb) és a kölcsönhatást. Például, a hőmérséklet lehet kifejezni középértéke a kinetikus energia a molekulák mozgását. A statisztikai módszer betekintést nyújt a mechanizmus a termikus folyamatok, kezelni őket, mintha belülről szerelvények, ez lényegében komplementer a termodinamikai módszerrel. Alapvető termodinamika is szignifikáns.
A gáz egyensúlyi állapotban van egy stabil (nem változik az idő függvényében) a sebesség eloszlás, hogy engedelmeskedik bizonyos statisztikai törvény. Ez a törvény levezethető elméletileg Maxwell.
A levezetés a Maxwell törvény feltételezzük, hogy a gáz áll, egy nagy számú N azonos molekulák véletlenszerű termikus mozgás állapotban ugyanazon a hőmérsékleten. Azt is feltételezzük, hogy a külső terület gáz nem működnek.
Maxwell törvény írja le egy f (V), az úgynevezett molekuláris sebesség eloszlásfüggvény. Három formája van a Maxwell eloszlás rekordokat.
5.2 Az eljárás leírása A termodinamikai állapotát és viselkedését részecske rendszerek.
Termodinamikai paramétereinek való kommunikáció átlagértékek molekuláris jellemzői:
Az alapvető egyenlet molekuláris-kinetikai elmélet ideális gáz, a belső energia egy ideális gáz, hőmérséklet.
Hogy tanulmányozza a termikus folyamatok a természettudományok alakult termodinamikai kutatás módszere. Ez abban áll, hogy a termodinamikai rendszert tekintik, mint az egyik fő oldalak (inkább, mint egy sor elemeinek, molekulák), és annak állapota a rendszer által adott termodinamikai paraméterek (rendszer paramétereit), jellemző tulajdonságait. Mint ilyen, általában a kiválasztott abszolút hőmérséklet (Kelvin hőmérséklet - T), nyomása (P), a moláris mennyiség (a mennyisége egy mól anyagra - VM). Paraméterek kapcsolódnak egymáshoz, így a rendszer állapota leírható formájában egy egyenlet. Például, az ideális gáz tömeg per mol e kapcsolat kifejezi Mengyelejev-Clapeyron egyenlet:
PVM = RT, (5.1) .Ahol R = 8314 J / mól * K - az univerzális gázállandó.
Alapegyenletei gázok kinetikus elméletét, ahol S - terület a felületen; - az összeg az alkalmazott erő merőleges. Amikor egyenetlen eloszlása erők a felület felett egyenlet meghatározza az átlagos nyomást ezen a területen, és a határérték hajlamos KUL S - nyomás egy adott ponton:
A kinetikus elmélet gáznyomás a véredény falán annak eredményeként jön létre a folytonos támadások az egyedi molekulák. Ezek a molekulák ütő a falak vezet bizonyos keveredése a részecskék és a fal anyaga, így, annak deformációját. Deformált falon hat a gázra rugalmas erő irányul minden pontban merőleges a falra. Ez az erő egyenlő abszolút érték és ellentétes irányú, hogy az erő, amely hat a falon a gáz.
Meghatározása hőmérséklet a gázok kinetikus elméletét. A gázok kinetikus elméletét bizonyított, hogy ha a két alrendszer (ugyanabból vagy különböző molekulák) cserélhet energiát, az egyensúlyi állapot egyenlő átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás a molekulák. Ennek megfelelően, a gázok kinetikus elméletét határozza hőmérséklet arányos értéket az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgást a molekula:
ahol k - Boltzmann állandó, amely kifejezett keresztül az egyetemes gázállandó, és az Avogadro-szám (lásd a 2.1 ..): k = R / Na
1,38 • 10 -23 J / K. Az arányossági tényező van megválasztva, hogy az állapotegyenlet az ideális gáz.
A belső energia egy adott tömegű tökéletes gáz csak attól függ, hogy a hőmérséklet és a független nyomás vagy a hangerő.
5.3 Az állapotegyenlet az ideális gáz. Izoprotsessov ideális gáz egyenletből.
Az arány az úgynevezett állapotegyenlet az ideális gáz. Az egy mól bármely gáz aránya formáját ölti: pV = RT.
Az izoterm folyamat (T = const) izoterm nevezett folyamat kvázisztatikus zajló folyamat állandó hőmérsékleten T. pV = const
Izochor állapotváltozás (V = const) izochor állapotváltozás - folyamat kvázi-statikus fűtése vagy hűtése a gáz állandó térfogaton V. és azzal a megkötéssel, hogy az anyag mennyiségét # 957; Az edényben állandó marad.
Izobár (p = const) izobár nevezett folyamat kvázisztatikus folyamat előforduló ugyanazon a nyomáson p.
5.4 Belső energia módon megváltoztatni. hőcserélő eljárások. A hő mennyisége. Az első főtétele, a törvény az energiamegmaradás.
A gáz termodinamikai egyensúlyban, jellemzi a belső energia. Belső energia az úgynevezett teljes energiáját a molekulákat. A termodinamika, ez magában foglalja a teljes mozgási energia a termikus mozgás a molekulák és a potenciális energia a kölcsönhatás.
Kétféle módon lehet változtatni a belső rendszer energia - mechanikai munka és a hőátadás (hőcserélő).
A folyamat energiaátadás egyik testből a másikba anélkül, hogy a munka az úgynevezett
Háromféle hőátadás:
A termodinamika első főtétele - ez a törvény az energiamegmaradás, közös termikus jelenségek. Ez azt mutatja, amit okokból függ változás belső energia.
A termodinamika a szóban forgó szervezet, amelynek a helyzete a súlypontjának gyakorlatilag változatlan maradt. A mechanikai energia ilyen testületek állandó, a változás csak a belső energia az egyes szervek.
Általában az átmenet az egyik állapotból a másikba belső energia változás miatt mind a elkövetni működését, valamint amiatt, hogy a hőátadás.
A termodinamika első főtétele van kifejezetten az ilyen közös esetekben:
A változás a belső energia a rendszer alatt átmenet az egyik állapotból a másikba az összegével egyenlő a külső erők, és a hő mennyiségét át a rendszer:
Ha a rendszer izolált, a művelet a külső erők nullával egyenlő (A = 0), és a rendszer nem hőcseréhez pedig a környező szervek (Q = 0). Ebben az esetben a szerint az első főtétel vagy U1 = U2. A belső energiája izolált rendszer változatlan marad (tárolt).
A belső energia termodinamikai rendszer kétféle módon változott: ezzel rendszerrel kapcsolatos munka és hőcsere révén a környezetet. Az energia, ami a testet nyer vagy veszít a folyamat hőcsere a környezettel, az úgynevezett hőmennyiség, vagy egyszerűen csak a hőt.
5.5 Munka gáz-, hő-, változás belső energia, az első főtétele a izoprotsessah.
A művelet a gáz nekvazistaticheskoe nevezett terjeszkedését és az azt követő nyomás a felszínen bizonyos (általában végrehajtani ezt a törvényt a gáz a zárt térben, például egy dugattyú is) külső sil.Teploemkost- tulajdonsága egy anyag felszívja egy bizonyos mennyiségű hőt során fűtés, és biztosítja amikor ohlazhdenii.Gaz található, a termodinamikai egyensúlyban, jellemzi a belső energia.
Belső energia az úgynevezett teljes energiáját a molekulákat. A termodinamika, ez magában foglalja a teljes mozgási energia a termikus mozgás a molekulák és azok potenciális energia vzaimodeystviya.Zakon Henry - törvényt, amely állandó hőmérsékleten a gáz oldhatósága a folyékony egyenesen arányos a gáz nyomása az oldat felett. A törvény csak alkalmas ideális megoldás és az alacsony nyomás. Tény, hogy a Henry-törvény kimondja, nagyon egyszerű tény: minél nagyobb a nyomás a gáz a folyadék felszíne feletti, annál nehezebb oldjuk meg, hogy a szabad gáz. Ez meglehetősen logikus abból a szempontból molekuláris kinetikai elmélet, mivel a gáz-molekula, hogy kitörjön a folyadék felszínén, meg kell leküzdeni az energia a ütközések gázmolekulák a felület felett, és minél nagyobb a nyomás, és ennek következtében, a molekulák száma a határ menti régióban, a nehezebb oldott molekulák leküzdeni ezt az akadályt.