Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

Физика. Конспекты, примеры решения задач

Элементарные процессы взаимодействия и законы сохранения

Одним из важнейших, принципиальных вопросов электродинамики является вопрос о механизме взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Ответ на него – важнейшая задача физики.

Напомню, в чём состоит классический механизм. Если заряженную частицу поместить в электромагнитное поле, то возникает действующая на частицу сила Лоренца, под влиянием которой частица совершает вынужденные колебания. На процесс раскачивания частицы затрачивается энергия электромагнитной волны – происходит поглощение энергии электромагнитного поля заряженной частицей.

Но колебания частицы являются ускоренным движением, при ускорении частицы способны излучать электромагнитные волны. Следовательно, часть энергии частица испускает в виде электромагнитных волн. Значит, классический механизм состоит в вынужденных колебаниях заряженной частицы в электромагнитном поле, в результате которых частица поглощает и одновременно испускает электромагнитные волны.

Каков же квантовый механизм взаимодействия излучения с веществом? С квантовой точки зрения, взаимодействие света с веществом представляет собой столкновение фотонов с частицами вещества, при котором происходит обмен энергией и импульсом между электронами, атомами, молекулами, с одной стороны, и световыми квантами - с другой. Этот обмен приводит к излучению и поглощению электромагнитных волн веществом.

Образно говоря, электромагнитное излучение – это фотонный газ, частицы которого непрерывно сталкиваются с частицами вещества, обмениваясь с ними энергией и импульсом (и другими физическими характеристиками).

К элементарному акту столкновения фотона с частицей вещества естественно применить законы сохранения энергии и импульса, ибо они имеют универсальный характер.

Пусть  и  - энергия и импульс некоторой физической системы, а   и  - энергия и импульс фотона в начальном состоянии, т.е. до взаимодействия света с физической системой. Далее,   и - энергия и импульс той же системы,  и  - энергия и импульс фотона в конечном состоянии, после указанного взаимодействия. Физическая картина взаимодействия заключается в том, что рассматриваемая система поглощает один квант света с энергией  и импульсом  и излучает другой – с и . При этом сама система совершает переход

 (,) (,)

из одного состояния в другое.

Законы сохранения, описывающие рассматриваемый процесс, могут быть записаны так:

  (12)

Эти равенства описывают три типа различных процессов, происходящих при взаимодействии:

 - поглощение фотона,

 - излучение фотона,

  и  - рассеяние фотона.

Указанные процессы называются квантовыми, так как они происходят с участием квантов света.

Законы сохранения (9) невозможно понять с классической точки зрения. Согласно волновой теории света, энергия электромагнитной волны определяется не частотой , а амплитудой. Действительно, плотность энергии электромагнитного поля

 .

Но поскольку амплитуда волны никак не связана с ее частотой, то в рамках волновой теории нельзя вывести какое-либо общее соотношение, связывающее энергию света с частотой.

За счет 1 кДж теплоты, получаемой от нагревателя, машина, работающая по циклу Карно, совершает работу 0,5 кДж. Температура нагревателя 500 К. Определить температуру холодильника.

При прямом цикле Карно тепловая машина совершает работу 200 Дж. Температура нагревателя 375 К, холодильника 300 К. Определить количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя.

Газ, совершающий цикл Карно, 2/3 теплоты, полученной от нагревателя, отдает охладителю. Температура охладителя 280 К. Определить температуру нагревателя.

Газ совершает цикл Карно. Температура охладителя 290 К. Во сколько раз увеличится к. п. д. цикла, если температура нагревателя повысится от 400 до 600 К?

Газ совершает цикл Карно. Абсолютная температура нагревателя в три раза выше, чем температура охладителя. Нагреватель передал газу количество теплоты, равное 42 кДж. Какую работу совершил газ?

Определить, на сколько процентов изменится к. п. д. прямого цикла Карно, если температура нагревателя 894 К, а температура холодильника уменьшилась от 494 до 394К.

Совершая прямой цикл Карно, газ отдал холодильнику 0,25 теплоты, полученной от нагревателя. Определить температуру холодильника, если температура нагревателя 500 К.

Кислород массой 10 г нагревается от 323 до 423 К. Найти изменении энтропии, если нагревание происходит изохорически.

Кислород массой 10 г нагревается от 325 до 425 К. Найти изменении энтропии, если нагревание происходит изобарически.

Найти изменение энтропии 4 кг свинца при охлаждении его от 327 до 00С.

Найти изменение энтропии при плавлении 1 кг льда.

Найти изменение энтропии при превращении 1 кг воды, находящийся при температуре 00С, в пар.

Найти изменение энтропии при переходе 8 г кислорода от 10 л при температуре 353 К до 40 л при температуре 573 К.

В результате изохорического нагревания водорода массой 1 кг давление газа увеличилось вдвое. Определить изменение энтропии газа.

Лед массой 100 г, находящийся при температуре -300С, превращается в пар. Определить изменение энтропии.

Найти изменение энтропии при нагревании 100 г воды от 0 до 1000С и последующем превращении воды в пар той же температуры.

Водород массой 6,6 г изобарически расширяется. Найти изменение энтропии, если оббьем увеличился в 2 раза.


Анализ электрических цепей