Физика (лучшее)

обусловленная кулоновскими силами притяжения, называется ионной или

гетерополярной. В ионном кристалле нельзя выделить отдельные молекулы.

Примерами ионных кристаллов являются галоидные соединения щелочных металлов

(NaC1, KBr, KCI и другие), а также оксиды различных элементов (CaO, MgO и

т.д.).

2. Атомные кристаллы. В этих кристаллах в узлах кристаллической решётки

находятся нейтральные атомы, которые удерживаются в них так называемыми

ковалентными связями. Ковалентная связь возникает только между двумя

атомами парами валентных электронов (по одному от каждого атома),

движущихся по орбитам, охватывающих оба атома. Поэтому число связей, в

которых может участвовать данный атом, а следовательно, и число соседних

атомов, связанных с ним, равно его валентности. Атомными кристаллами

являются алмаз, кремний, германий и т.д. В перечисленных кристаллах каждый

атом, например кремний, окружен четырьмя такими же атомами, поскольку его

валентность равна четырём. Атомы образуют кристаллическую структуру, в

которой один атом расположен в центре тетраэдра, а четыре - в его вершинах.

При этом ковалентная связь образуется между центральным атомом и атомами в

вершинах тетраэдра.

3. Металлические кристаллы. Во всех узлах кристаллической решётки

расположены положительные ноны. Это объясняется тем, что при образовании

кристаллической решётки валентные электроны, наиболее слабосвязанные с

атомами, отрываются от атомов и коллективизируются, т.е. они уже

принадлежат не одному атому, а всему кристаллу в целом. Поэтому в металлах

между положительными нонами хаотически движутся электроны, взаимодействие

которых с положительными нонами металла и приводит к возникновению сил

притяжения, компенсирующих силы отталкивания ионов и образованию кристалла.

4. Молекулярные кристаллы. В узлах кристаллической решётки располагаются

молекулы, ориентированные определённым образом. Силы, образующие кристалл,

имеют электростатическое происхождение. Следует отметить, что многие

свойства тел, такие как трение, прилипание, сцепление, поверхностное

натяжение, вязкость и т.д. являются проявлением электростатических сил. К

молекулярным кристаллам относятся лёд, йод, парафин, большинство твёрдых

органических соединений и т.п., а также водород, аргон, метан и другие газы

после превращения их в твёрдые тела.

2. При строительстве и конструировании различных сооружений, в том числе и

строительных, необходимо знать механические свойства используемых

материалов: бетона, железобетона, стали, пластмасс и т.д. Поэтому

рассмотрим лишь механические свойства твёрдых тел.

1. Основные понятии. деформацией называется изменение формы и размеров

тела под действием приложенных сил. Различают два вида деформации — упругую

и пластическую. Упругой называют деформацию, которая исчезает после

прекращения действия приложенных сил. Если же после снятия сил тело не

возвращается в исходное состояние, то такая деформация называется

пластической (неупругой). Вид деформации зависит от материала тела и от

величины приложенного усилия. Механическим усилием (усилием) р называют

внешнюю силу, отнесённую к единице площади, т.е.

[pic]

где F — сила, действующая на площадку S. При деформации в теле возникают

cилы, противодействующие внешним силам. Их называют упругими. Упругая сила,

отнесённая к единице площади, называется механическим напряжением

(напряжением)

[pic]

где Fупр сила, действующая на площадку S.

Деформацию тел оценивают абсолютной и относительной деформацией.

Абсолютной деформацией (Х называют разность конечного Х и начального

Х0 размера тела, т.е.

[pic]

Абсолютная деформация при растяжении положительная, а при сжатии —

отрицательная. Относительной деформацией ( называется отношение абсолютной

деформации к первоначальному размеру тела, т.е.

[pic]

Относительная деформация показывает, на какую часть изменились

первоначальные размеры тела. Существуют различные виды деформации:

продольное растяжение (или сжатие), сдвиг, кручение, изгиб. Рассмотрим

некоторые из них.

2. Продольное растяжение (или сжатие). Простейшим видом деформации

твёрдого тела является продольное растяжение (сжатие). Оно возникает в

тонком стержне, один конец которого закреплён, а к другому вдоль его оси

приложена сила Г, равномерно распределённая по поперечному сечению стержня

В результате этого длина стержня изменяется от [pic] до [pic] Гук показал,

что при упругой деформации удлинение(сокращение) [pic]стержня

пропорционально приложенной силе

[pic]

где k - коэффициент пропорциональности. Это соотношение называют законом

Гука. Однако удлинение (сжатие) тела зависит не только от приложенной силы,

но и от его геометрической формы и размеров, а также от материала, из

которого оно сделано. Опытным путём установлено, что чем длиннее стержень,

тем он больше удлиняется (сокращается) при данной силе, и чем больше

площадь его поперечного сечения, тем его удлинение (сокращение) меньше. Это

утверждение можно записать математически следующим образом:

[pic]

где l0 и S - длина и площадь поперечного сечения стержня, (l - изменение

длины стержня под действием силы F, Е — модуль Юнга. Но, усилие,

действующее на стержень, равно F/S = р, так как сила равномерно

распределена по сечению, и (l/I0 = ( — относительное удлинение (сжатие)

стержня Тогда соотношение запишется в виде [pic]

т.е. в пределах упругости относительная деформация пропорциональна усилию,

приложенному к телу.

Усилие, приложенное к телу, одинаково в любом поперечном сечении стержня.

Оно вызывает появление внутри стержня напряжении, которые также будут

одинаковы по всей его длине и равны усилию по модулю, но противоположны по

направлению, т.е. [pic]. С учётом этого выражение запишется:

[pic]

Таким образом, напряжение упруго-деформированного тела пропорционально его

относительной деформации.

Модуль Юнга является важной характеристикой материала, из которого

изготовлено тело, независимо от его формы и размеров. Он измеряется в

паскалях (Па). Выясним физический смысл модуля Юнга. Из (42.7) следует, что

если е = 1 (когда Al = ‘о), то Е = р, т.е. модуль Юнга равен усилию,

которое надо приложить к телу, чтобы изменить его длину вдвое при

сохранении упругой деформации. В действительности же подавляюще число

материалов разрушается значительно раньше, чем это произойдёт.

Следовательно, величина Е вычисляется, а не измеряется непосредственно.

Наиболее удобным способом исследования механических свойств твёрдого тела

является его испытание на растяжение и построение диаграмм растяжения, т.е.

зависимости между относительным удлинением ( и усилием p.

Билет № 26

1. Радиоактивность. Процесс самопроизвольного распада атомных ядер

называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается

превращением одних нестабильных ядер в другие и испусканием различных

частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних

условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида

радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность

наблюдается у химических элементов находящихся в природе. Как правило, она

имеет место у тяжёлых ядер, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за

свинцом. Однако имеются и лёгкие естественно-радиоактивные ядра: изотоп

калия [pic], изотоп углерода [pic] и другие. Искусственная радиоактивность

наблюдается у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций.

Однако принципиального различия между ними нет.

Известно, что естественная радиоактивность тяжёлых ядер сопровождается

излучением, состоящим из трёх видов: (-, (-, (-лучи. (-лучи - это поток

ядер гелия [pic] обладающих большой энергией, которые имеют дискретные

значения. (-лучи - поток электронов, энергии которых принимают

всевозможные значения от величины, близкой к нулю до 1,3 МэВ. (-лучи —

электромагнитные волны с очень малой длиной волны.

Радиоактивность широко используется в научных исследованиях и технике.

Разработан метод контроля качества изделий или материалов – дефектоскопия.

Гамма-дефектоскопия позволяет установить глубину залегания и правильность

расположения арматуры в железобетоне, выявить раковины, пустоты или участки

бетона неравномерной плотности, случаи неплотного контакта бетона с

арматурой. Просвечивание сварных швов позволяет выявить различные дефекты.

Просвечиванием образцов известной толщины определяют плотность различных

строительных материалов; плотность, достигаемую при формировании бетонных

изделий или при укладке бетона в монолит, необходимо контролировать, чтобы

получит заданную прочность всего сооружения. Степень уплотнения грунтов и

дорожных оснований — важный показатель качества работ. По степени

поглощения (-лучей высокой энергии можно судить о влажности материалов.

Построены радиоактивные приборы для измерения состава газа, причём

источником излучения в них является очень небольшое количество изотопа,

дающего (-лучи. Радиоактивный сигнализатор позволяет определить наличие

небольших примесей газов, образующихся при горении любых материалов. Он

подаёт сигнал тревоги при возникновении пожара в помещении.

2. Методы регистрации заряженных частиц. В настоящее время хорошо

установлено, что ядро атома имеет сложную структуру и состоит из протонов и

нейтронов. Из рассмотрения явления радиоактивности следует, что ядра могут

претерпевать существенные изменения. Всё это наводит на мысль, что нуклоны

могут превращаться друг в друга и сама структура протонов, нейтронов и даже

электронов может быть сложной. Встаёт вопрос о том, существуют ли какие-то

кирпичики мироздания (их физики назвали элементарными частицами), из

которых построено всё? Ответ оказался очень сложным, и сейчас ещё на него

нет окончательного ответа. В настоящее время физикам известны сотни

элементарных (или, как говорят, субъядерных) частиц. Изучением их

занимаются учёные, работающие в области физики элементарных частиц. Каким

же образом можно “увидеть’, зарегистрировать столь малые объекты, которые

недоступны никакому микроскопу? для этого разработан целый ряд хитроумных,

весьма тонких способов, которые позволяют не только их зарегистрировать,

распознать, но и увидеть их взаимные превращения.

Рассмотрим только некоторые наиболее важные и широко используемые методы

регистрации излучений. Элементарные частицы удаётся наблюдать благодаря тем

следам, которые они оставляют при своем прохождении через вещество. Это

связано с тем, что заряженные частицы вызывают ионизацию молекул на своём

пути. нейтральные частицы, такие как нейтроны, следов не оставляют, но они

могут обнаружить себя в момента спада на заряженные частицы или в момент

столкновения с каким – либо ядром.

1. Сцинцилляционные методы. Существует ряд веществ (бензол, нафталин,

сернистый цинк с серебром и т.д.), которые дают световую вспышку

(сцинцилляцию) при прохождении через них ионизирующего излучения. Эту

вспышку можно зарегистрировать как просто глазом, так и соответствующим

прибором, преобразующим световой сигнал в электрический.

2. Счётчик Гейгера. Это устройство представляет собой стеклянную трубку,

наполненную газом, в которую введены два электрода. Одни является

цилиндрической поверхностью, другой тонкой проволокой, проходящей с одного

торца к другому, по оси цилиндра. К электродам подводится напряжение. При

пролёте через такую трубку заряженной Частицы, молекулы газа ионизируются,

образовавшиеся ионы разгоняются электрическим полем и в свою очередь

ионизируют другие молекулы, в результате чего образуется лавина ионов. В

этот момент по электрической цепи, в которую включена трубка, проходит ток

в виде импульса. Процесс повторяется при каждом пролёте частицы, и

электронный прибор регистрирует и считает число пролетевших частиц. Счётчик

Гейгера играет весьт’4а большую роль при изучении радиоактивности,

радиоактивного заражения, при измерении доз, полученных в заражённых зонах.

3. Метод толстослойных фотопластин Заряженные частицы, проходя через

фотоэмульсию, вызывают такое же действие, как свет. Поэтому после

проявления фотоматериала в эмульсии проявляется видимый след, который можно

легко увидеть в микроскоп.

4. Камера Вильсона. Принцип действия камеры основан на явлении

конденсации пересыщенного пара при пролёте через него заряженной частицы.

дорожку из капелек жидкости можно сфотографировать С нескольких точек и

получить данные о пространственном расположении траектории полёта частицы.

Если камеру поместить между полюсами электромагнита, то в результате

взаимодействия частицы с полем траектории частицы будет искривляться и по

этому искривлению можно определить знак заряда частицы и её импульс.

Биологическое действие радиоактивных излучении Излучения радиоактивных

веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже

сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает

температуру тела лишь на 0,00 1 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

Живая клетка — это сложный механизм, не способный продолжать нормальную

деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков. Между тем

даже слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и

вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь). При большой интенсивности

излучения живые организмы погибают. Опасность излучений усугубляется тем,

что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах.

Механизм поражающего биологические объекты действия излучения еще

недостаточно изучен. Но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и молекул

и это приводит к изменению их химической активности. Наиболее чувствительны

к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся. Поэтому

в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается

процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток

пищеварительного тракта и других органов.

Сильное влияние оказывает облучение на наследственность. В большинстве

случаев это влияние является неблагоприятным.

Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстро

размножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более

чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление

раковой опухоли (-лучами радиоактивных препаратов, которые для этой цели

более эффективны, чем рентгеновские лучи.

Доза излучения. Воздействие излучений на живые организмы характеризуется

дозой излучения. Поглощенной дозой излучения D называется отношение

поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе гп облучаемого

вещества:

[pic]

В СИ поглощенную дозу излучения выражают в г р э я х (сокращенно: Гр). Гр

равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1

кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж:

[pic]

Естественный фон радиации (космические лучи; радиоактивность окружающей

среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около [pic]Гр

на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для

лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр.

Доза излучения в 3 – 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

Защита организмов от излучения. При работе с любым источником радиации

(радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по

радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

Самый простой метод защиты это удаление персонала от источника излучения

на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе

интенсивность радиации убывает о пропорционально квадрату расстояния от

источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать

руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое

расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из

поглощающих материалов.

Наиболее сложна защита от (-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей

способности. Лучшим поглотителем (-лучей является свинец. Медленные

нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны

предварительно замедляются с помощью графита.

Билет № 11

1.Работа в термодинамике. Пусть газ находится в цилиндрическом сосуде с

площадью поперечного сечения S, закрытом подвижным поршнем. Нагреем газ, в

результате чего его объем увеличивается. Найдем работу, совершаемую газом

при его расширении. Она равна работе, которую совершает сила, действующая

на поршень, при его перемещении. При движении поршня в общем случае

давление газа и сила F, приложенная к поршню, изменяются. Поэтому

рассмотрим случай расширения газа, когда его давление остаётся постоянным.

Предположим, что поршень переместился на расстояние l. Механическая работа

А находится по формуле [pic]так как угол [pic] между силой и перемещением

равен нулю и cos( = 1. Модуль силы F находим через давление Р, которое

оказывает газ на поршень: [pic]. С учётом этого получаем А = PSl. Но (V= Sl

— изменение объёма газа. Итак,

[pic]

2. Внутренняя энергия. Одним из важнейших понятий термодинамики является

внутренняя энергия. Внутренней энергией термодинамической системы называют

сумму кинетической и потенциальной энергии всех частиц, входящих в неё.

Следовательно, внутренняя энергия состоит из кинетической энергии молекул

(атомов) и потенциальной энергии электронов в молекулах (атомах) и из

внутриядерной энергии. Необходимо отметить, что термодинамика изучает лишь

такие переходы термодинамической системы из одного состояния в другое, при

которых изменяются только кинетическая и потенциальная энергия молекул (или

атомов), из которых она состоит. Внутренняя энергия однозначно определяется

параметрами состояния и не зависит от пути перехода в это состояние. Выбор

состояния системы, в котором внутренняя энергия принимается равной нулю,

произволен. Обычно считают, что внутренняя энергия равна нулю при

температуре 0 К.

2. В качестве примера найдём внутреннюю энергию идеального одноатомного

газа, т.е. газа состоящего из атомов. Такими газами являются гелий, неон,

аргон и другие. В идеальном газе притяжение между молекулами отсутствует.

Поэтому их потенциальная энергия равна нулю. Тогда внутренняя энергия этого

газа будет складываться только из кинетических энергий отдельных молекул.

Вычислим сначала внутреннюю энергию одного моля газа. Известно, что число

молекул, наход5пцвхся в одном моле вещества, равно числу Авогадро NA.

Согласно (24.1), средняя кинетическая энергия молекулы находится по формуле

= (3/2) kТ. Следовательно, внутренняя энергия U( одного моля

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8