Фундаментальные (бесструктурные) частицы



Что называется абсолютно чёрным телом? Сформулируйте закон Кирхгофа. Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой. Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (то есть имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение). Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы. Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела . С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону , именуемым излучательной способностью тела. Величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры: По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него . Поэтому функция совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.   2. Что называется элементарной частицей? Каковы виды взаимодействия между элементарными частицами? Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Элементарные частицы — фундаментальные объекты квантовой теории поля Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно.

По видам взаимодействий

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы

  • адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
    • мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;
    • барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы

  • лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.
  • кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
  • калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
    • фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;
    • восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
    • три промежуточных векторных бозона W+, W и Z0, переносящие слабое взаимодействие;
    • гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

 

3. Какое излучение тел называется тепловым? Объясните состояние термодинамического равновесия и его нарушение в системе « теплоизлучение».

Испускаемый источником свет уносит с собой энергию. Существует много различных механизмов подвода энергии к источнику света. В тех случаях, когда необходимая энергия сообщается нагреванием, то есть подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным.

В любой системе тел тепло постепенно переходит от более нагретого к менее нагретому.
В тот момент, когда одно тело перестает быть теплее другого, передача тепла завершается и между ними возникает равновесие.
Термодинамическое равновесие возможно в замкнутой системе, когда после определенного времени температура в ней выравнивается и дальнейший переход теплоты становится невозможен.
Правда в мире нет абсолютно изолированных систем и термодинамическое равновесие в чистом виде никогда не достигается.

Если теплосодержание Q остается Неизменным (не меняется его температура и агрегатное состояние ), то количество поступающего в единицу времени тепла равно количеству отдаваемого тепла. Это выражает уравнение теплового баланса, которое в

Самом общем виде выглядит следующим образом:

W эл+W внеш+Wто=0.

Где W эл= I2R –электрическая мощность активных потерь в ТИП(тепловой измерительный преобразователь),

Wвнеш – мощность внешних источников (акустических, электромагнитных), рассеиваемая на ТИП,

Wто–мощность, поглощаемая или отдаваемая ТИП в результате теплообмена с окружающей средой.

 Как известно, существует три способа теплообмена : теплопроводность, конвекция (Wконв) и излучение (Wи) при этом теплопроводность возможна как через среду, в которую помещен ТИП (Wтп), так и через сам ТИП : подводящие провода, элементы конструкции (W’тп).Таким образом, уравнение теплового баланса имеет вид :

W эл+W внеш+W ТП+W' ТП+W конв+W и=0.

(Если одно из слагаемых начинает из меняться, то это приводит к тому, что вся сумма и, следовательно, dQ ТС/dt становятся отличными от нуля, т.е. из меняется теплосодержание и температура. ТИП вновь в ходит в состояние теплового равновесия со средой, но уже с другими параметрами.

 

  1. Объясните схему, изображающую уран-графитовый реактор.

Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция (реакция, в которой число нейтронов остаётся неизменным, при этом цепная реакция не прекращается и не приобретает взрывного характера).

Первый ядерный реактор был построен в 1942 г в США (Э. Ферми), а в 1946 г в СССР (И. Курчатов).

Рассмотрим Устройство реактора на медленных нейтронах.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 255; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ