12 класс

Материалы к зачету по теме "Микро- и Макро-миры"

Микромир

1. В ядерной физике изучаются структура и превращения ядер. Для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений атомных ядер и элементарных частиц используют специальные устройства. К их числу относятся счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера, фотоэмульсии.

2. В конце прошлого века А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Такие химические элементы, как уран, торий и другие, самопроизвольно (без внешних воздействий) излучают α-, β- и γ-лучи. Природа этих лучей различна: γ-лучи — это электромагнитные волны малой длины (10^–10–10^–13 м), β-лучи — это поток электронов, а α-лучи представляют собой поток ядер атомов гелия.

3. Э. Резерфорд установил, что радиоактивный распад есть самопроизвольное превращение атомных ядер, сопровождающее и испусканием различных частиц. Согласно закону радиоактивного распада для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого его активность убывает в два раза. Этот интервал времени называют периодом полураспада. В зависимости от вещества период полураспада меняется в широких пределах: от мил­лиардов лет до долей секунды.

4. Резерфорд впервые произвел искусственное превращение атомных ядер, бомбардируя их a -частицами, испускаемыми радиоактивными веществами. Д. Чедвик с помощью подобных опытов открыл новую элементарную частицу — нейтрон Заряд нейтрона равен нулю, а масса приблизительно равна массе протона (лишь незначительно превышая ее).

5. В. Гейзенберг и Д.Д. Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Массовое число ядра А равно сумме числа протонов Z и числа нейтронов N :

A = Z + N

Ядра с одним и тем же числом протонов Z , но с разным числом нейтронов N называются изотопами. Их химические свойства тождественны.

6. Протоны и нейтроны удерживаются внутри ядра мощными короткодействующими силами. Эти силы называются ядерными.

7. Важнейшим для всей ядерной физики является понятие энергии связи. Энергия связи Е_св равна той энергии, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны. Энергия связи ядер в миллионы раз превышает энергию ионизации атомов.

8. Изменения ядер при их взаимодействии друг с другом (или с элементарными частицами) называют ядерными реакциями. При ядерных реакциях происходит выделение или поглощение энергии.
Большинство ядерных реакций наблюдается при столкновении ядер с заряженными элементарными частицами или легкими ядрами большой энергии Такую энергию они приобретают в ускорителях элементарных частиц или ионов. Нейтроны не отталкиваются ядрами и поэтому могут вызывать ядерные реакции при небольших энергиях.

9. Ядра урана, тория и других тяжелых элементов способны делиться под влиянием нейтронов. При этом выделяется в каждом акте деления энергия порядка 200 МэВ. При делении ядра испускается два-три нейтрона. Это позволяет осуществить управляемую цепную реакцию в ядерных реакторах. Неуправляемая реакция деления ядер используется в атомных бомбах.

10. При столкновениях легких ядер они могут сливаться с выделением энергии. Такие ядерные реакции могут проходить только при высоких температурах и поэтому называются термоядерными. За счет термоядерных реакций Солнце и звезды выделяют энергию на протяжении миллиардов лет. Осуществить управляемую термоядерную реакцию пока не удается.

11. В 1954 году в нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция. Строительство мощных атомных электростанций продолжается. После аварии на Чернобыльской АЭС (Украина) приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.

12. Радиоактивные изотопы, получаемые с помощью ядерных реакторов и ускорителей элементарных частиц, находят применение в науке, медицине, сельском хозяйстве и промышленности.

13. Радиоактивные излучения представляют большую опасность для живых организмов. При работе с ними необходимо прибегать к специальным мерам защиты.

Мегамир

1. В телескоп видно, что Млечный Путь — представляет собой скопление огромного множества очень далеких, а потому слабых звезд.

2. Исследования показали, что Млечный Путь и все украшающие небо звезды, в том числе и Солнце, составляют гигантскую звездную систему, называемую Галактикой. Галактика содержит около 200 млрд. звезд, а также межзвездный газ и космическую пыль.

3. Внешне Галактика представляет диск, из двух спиральных звездных рукавов, выходящих из ядра Галактики, в которых выделяются очень яркие звезды спектральных классов О и В. Там же концентрируются газово-пылевые комплексы, наблюдаемые в виде светлых и темных туманностей.

4. Плотность звездного населения Галактики убывает от центра к периферии. Границей Галактики принято считать область, где одна звезда приходится на 1000 пс³ (кубических парсек). В пределах этой границы диаметр Галактики составляет 30 пс, т.е. 100 000 световых лет. Солнечная система находится почти в плоскости симметрии Галактики на расстоянии 10 кпс (килопарсек) от центра и на расстоянии 5 кпс до ее условной границы.
Так как центр нашей Солнечной системы расположен в направлении созвездия Стрельца, то именно в этом созвездии наблюдается самая яркая часть Млечного Пути.
Участвуя в общем вращении Галактики, Солнце, увлекая планеты, движется со скоростью 240 км/с и делает полный оборот за 230 млн. лет.

5. Галактика образовалась 10–13 миллиардов лет назад из гигантского газового облака, которое имело сферическую форму и состояло в основном из водорода и гелия. На некоторой стадии сжатия этого облака начался интенсивный процесс образования звезд.
Значительная часть звезд первого поколения вошла в состав шаровых и рассеянных скоплений. Однако рассеянные звездные скопления как гравитационно-неустойчивые образования распались в первые 1–2 млрд. лет. Поэтому сейчас они уже не наблюдаются.
В отличие от них шаровые скопления, состоящие из сотен тысяч и миллионов звезд, весьма устойчивы и сохранились до наших дней.
Звездообразование в Галактике происходило в несколько этапов. В настоящее время звезды образуются только в диске, а именно в его спиральных рукавах.

6. В созвездии Андромеда можно наблюдать туманное слабосветящееся пятнышко. К концу первой четверти XX в. было установлено, что туманность Андромеды представляет собой звездную систему, подобную нашей Галактике.
В южном полушарии неба невооруженному глазу доступны еще два внегалактических объекта: Большое и Малое Магеллановы Облака. Современная телескопическая техника дает возможность наблюдать несколько миллиардов других звездных систем — галактик.

7. Американский ученый Эдвин Хаббл составил классификацию галактик. По внешнему виду он выделил три типа звездных систем: эллиптические, спиральные и неправильные.

8. Исследуя спектры галактик, Хаббл обнаружил, что в этих спектрах преобладает смещение фраунгоферовых линий в сторону длинных волн. Такое смещение означает «разбегание» галактик. Разбегание галактик получило название красного смещения. На основании многочисленных наблюдений Хаббл установил закон: скорость удаления галактик пропорциональна расстоянию до них:

.

Коэффициент пропорциональности Н получил название постоянной Хаббла.

По современным оценкам,

(Мпс – мегапарсек).

9. В I960 г. внимание ученых привлекли несколько источников радиоизлучения, которые удалось отождествить с очень слабыми оптическими объектами. Их назвали квазизвездными источниками радиоизлучения или, кратко, квазарами. Впоследствии выяснилось, что квазары являются исключительно далекими внегалактическими объектами, удаляющимися со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Истинная светимость квазаров во много раз превосходит светимость гигантских галактик. Существует предположение, что этот феномен связан с рождением звездных систем.

10. Космология — это физическое учение о Вселенной в целом. В основе современной космологической модели лежит, во-первых, принцип однородности и изотропности Вселенной, а во-вторых, наблюдаемое разбегание галактик, т.е. расширение Вселенной.

12. Учитывая закон Хаббла, по значению красного смешения в спектре галактики или квазара можно судить, как далеко от нас находится этот объект не только в простра­нстве, но и во времени.

13. Само по себе космологическое красное смешение в спектрах галактик есть уменьшение частоты, а следовательно, и энергии квантов электромагнитного излучения. Его можно рассматривать как понижение температуры фотонного газа. Отсюда следует, что в начале, расширения Вселенная была очень плотной и очень горячей.

14. Расширению Вселенной, которое назвали "Большим взрывом", предшествовало сингулярное (неопределенное) состояние, из которого она вышла около 13 миллиардов лет тому назад. Вопрос о том, что «было» до выхода Вселенной из сингулярности, не имеет смысла, так как в состоянии сингулярности пространство и время теряют свойство непрерывности и понятия «позже» и «раньше» становятся неопределенными.

15. Первые мгновения после выхода Вселенной из сингулярности называют планковским моментом. Он продолжался всего 1·10^–43 с. К концу планковского момента плотность Вселенной составляла 1·10⁹⁶ кг/м³, а температура была 1·10³² К. При столь огромных значениях плотности и температуры не могли существовать молекулы, ни атомы, ни атомные ядра. Существовали только элементарные частицы, которые находились в термодинамическом равновесии с квантами электромагнитного поля. С одной стороны, два γ-кванта при встрече превращались частицу в соответствующую ей античастицу, а с другой стороны, при встрече частицы с античастицей эта пара аннигилировала, превращаясь в два γ-кванта.

16. По мере расширения Вселенной температура излучения понижалась.
К настоящему времени температура реликтового излучения понизилась до 2,7 К. Его обнаружение в 1965 г. на волне 7,35 см явилось решающим подтверждением принципиальной правильности модели горячей Вселенной.

17. Раздел астрофизики, изучающий происхождение небесных тел, называют космогонией. Современная космогония Солнечной системы объясняет происхождение Земли и планет из газово-пылевого облака, некогда окружавшего Протосолнце.
Вблизи Протосолнца образовалась зона испарения, в которой сформировались планеты земной группы, а в глубине облака, в зоне намерзания, сформировались планеты-гиганты.

18. В начальный период формирования Земли происходило ее интенсивное разогревание. Оно совершалось главным образом за счет кинетической энергии падающих на Землю астероидоподобных тел.
Первичная атмосфера вашей планеты состояла в основном из углекислого газа и водяных паров, которые впоследствии сконденсировались в воды морей и океанов.
Появление и развитие растительного мира на Земле привело к сильному изменению химического состава ее атмосферы. В каменноугольный период истории Земли бурная растительность поглотила из атмосферы большую часть углекислого газа и насытила ее кислородом.

19. Радиоастрономические исследования показали наличие у ряда одиночных молодых звезд протопланетных дисков. На 20 октября 2007 года у других звезд обнаружено более 207 планетных систем, в которых найдено 242 планеты. Отсюда следует, что образование планетных систем в Галактике является закономерным процессом. Тем самым не исключается возможность существования внеземных цивилизаций.

Как читаются буквы греческого алфавита можно узнать в разделе справочные материалы.

вернуться на страницу "Физика"

вверх