tLPEXGloyi

трении и исчезновение при совершении работы. Теплота — форма энергии.

Два подхода в описании тепловых свойств макроскопических систем: термодинамический и статистический. Термодинамика и молекулярная физика. Термодинамический подход при описании тепловых свойств марксистом. Макроскопические свойства вещества. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Термодинамические параметры: температура, давление, удельный объем (объем единицы массы). Термодинамические процессы. Развитие корпускулярных представлений тепловых свойств макросистем.

Молекулярно-кинетическая теория или статистическая механика.

Молекулярная физика - как наука о совокупном действии огромного числа молекул. Основные положения молекулярнокинетических представлений: молекулярное строение вещества, хаотичность движения молекул, температура — мера интенсивности движения молекул. Связь между средней кинетической энергией поступательного движения одной молекулы идеального газа Е и его термодинамической температурой. Термодинамическая температура. Идеальный газ. Термодинамические законы. Внутренняя энергия - энергия теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Два пути изменения внутренней энергии термодинамической системы: совершения работы и теплообмен.

Первое начало термодинамики - закон сохранения энергии и его количественная формулировка. Невозможность вечного двигателя первого рода. Необратимость тепловых процессов.

Второе начало термодинамики. Вечный двигатель второго рода. Статистический вес состояния. Энтропия тела как мера статистического веса состояния. Закон возрастания энтропии. Проблема тепловой смерти Вселенной.

Литература:

Фейнмановские лекции по физике. - М.: Мир, 1997.

Карнап Р. Философские основания физики. - М.: Прогресс, 1991. Философские проблемы естествознания. - М.: Высшая школа, 1985. Гейзенберг В. Физические принципы квантовой теории. - Л. - М., 1982.

Дирак П. Принципы квантовой механики. - М., 1980.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская Энциклопедия, 1983.

21

Вопросы к самопроверке:

1.Как измеряется степень нагретости тела?

2.Каковы были подходы в объяснении тепловых процессов в 16-19 веках?

3.В чем состоит корпускулярная теория тела?

4.Приведите примеры несостоятельности вещественной теории тепла.

5.Что такое термодинамическая система?

6.Дайте понятие термодинамического равновесия макросистемы.

7.Какие вы знаете параметры макроскопической термодинамической системы?

8.Что лежит в основе статистического описания тепловых процессов?

9.Охарактеризуйте статистический смысл температуры.

10.Назовите два способа изменения внутренней энергии термодинамической системы.

11.Что такое теплообмен?

12.Что такое теплота?

13.Определите понятие внутренней энергии макросистемы.

14.Сформулируйте первое начало термодинамики.

15.В чем смысл второго начала термодинамики? Определите понятие энтропии.

ТЕМА 7. Законы электродинамики.

Вещество и поле. Различные виды полей. Электромагнитное поле и электродинамика. Источники электромагнитного поля. Важность электромагнитного взаимодействия для повседневной жизни. Различные проявления электромагнитного взаимодействия. История открытия электромагнитного поля. Использование электромагнитного поля в технике.

Концепция дальнодействия и близкодействия. Сущность концепции дальнодействия. Конечность скорости распространения электромагнитного взаимодействия. Величина скорости. Концепция близкодействия.

Дискретность и непрерывность материи. Чем характеризуется поле? Непрерывность и дискретность. Корпускулярно-волновой дуализм. Кванты электромагнитного взаимодействия. Физический вакуум — новый эфир.

Сущность электромагнитной теории Максвелла. Возбуждение

22

ЭДС в контуре сцепленного с меняющимся магнитным потокам через контур. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем. Ток смещения — результат изменения электрического поля. Несимметрия уравнений Максвелла относительно электрического и магнитного полей. Единое электромагнитное поле. Принцип относительности и уравнение Максвелла. Свет — частный случай электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Корпускулярно — волновые свойства света. Волновые свойства света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Явление интерференции и дифракции света. Когерентность волн. Явление поляризации. Дисперсия света.

Квантовые свойства света. Опыт Г.Герца с заряженным положительно и отрицательно заряженным электрометром. Явление фотоэффекта. Количественные закономерности фотоэффекта: связь между током насыщения и интенсивностью светового излучения, независимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности светового излучения; красная граница фотоэффекта. Затруднения теории Максвелла в связи с распределением энергии по длинам волн при тепловом излучении абсолютного черного тела.

Гипотеза М. Планка о дискретном излучении света с поверхности нагретого тела. Создание Эйнштейном квантовой теории света. Связь между основными параметрами света. Эффект Комптона. Свет — единство противоположных свойств, единство дискретности и непрерывности.

Литература:

Фейнмановские лекции по физике. - М.: Мир, 1997.

Карнап Р. Философские основания физики. - М.: Прогресс, 1991. Философские проблемы естествознания. - М.: Высшая школа, 1985. Гейзенберг В. Физические принципы квантовой теории. - Л. - М., 1992.

Дирак П. Принципы квантовой механики. - М., 1990.

Физический энциклопедический словарь.-М.: Советская Энциклопедия, 1983.

Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 20006 Фейнман Р. Характер физических законов. - М.: Мир, 1998. Самоорганизация: кооперативные процессы в природе и обществе. - М., 2008

23

Вопросы к самопроверке:

1.Какие виды материи вы знаете?

2.Кто и когда ввел понятие поля?

3.В чем сущность концепции дальнодействия и близкодействия?

4.Какими свойствами обладает поле?

5.Какими свойствами обладает ток смещения?

6.Назовите источники электрического поля.

7.Назовите источники магнитного поля.

8.Как образуется электромагнитное поле?

9.В чем проявляются волновые свойства света?

10.Подчиняется ли электромагнитное поле принципу относительности Галилея?

11.Что такое интерференция света?

12.Сущность дифракции света.

13.Что такое дисперсия света и поляризация света?

14.В чем заключается фотоэффект?

ТЕМА 8. Модели атома и его структура.

Первые представления об атоме. Доказательства реальности существования атома. Изучение катодных лучей. Электрон. Катодные лучи — поток электронов. Модель атома Томсона — модель булки с изюмом. Колебания электрона в атоме — источник света атомами. Модель Томсона и α-лучи. Облучение атомов потоком α-частиц; образование положительно и отрицательно заряженных ионов. Эксперименты Резерфорда. Камера Вильсона. Траектория α-частиц в камере Вильсона — прямая траектория. Рассеяние α-частиц на тонких золотых пластинках. Редкие случаи рассеяния α-частиц — назад.

Модель атома Резерфорда — планетарная модель атома. Ядро атома. Закон Мозли. Спектры излучения атомов. Неустойчивость модели Резерфорда. Непрерывный спектр. Линейный спектр. Полосатый спектр. Спектр поглощения. Постулаты Бора. Первый постулат Бора — постулат стационарных состояний. Второй постулат — правило частот. Опыт Франка и Герца о передаче энергии атому определенными порциями. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц. Гипотеза Луи де Бройля об универсальном характере корпускулярно-волнового дуализма. Корпускулярные и волновые характеристики микрообъекта: энергия Е, импульс Р, частота v и длина волны X. Связь между корпускулярными и волновыми характеристиками. Экспериментальное подтверждение

24

гипотезы Л. де Бройля. Принцип неопределенности, соотношение неопределенности Гейзенберга — граница применимости классической механики. Принцип дополнительности Бора. Вероятный характер микропроцессов. Волновая функция и вероятностное распределение частиц в пространстве. Уравнение Шредингера — основное уравнение квантовой механики. Принцип причинности и соответствия.

Литература:

Карнап Р. Философские основания физики. - М., 1991. - С. 363-369. Рузавин Г. Вероятность, причинность, детерминизм.2002.

Мякишев Г. Динамические и статистические закономерности в физике. - М. 1993.

Философские вопросы естествознания. - М.,2005.

Философский энциклопедический словарь. - М.: Советская Энциклопедия, 1985.

Лаплас П. Опыт философии теории вероятностей. - М., 1998.

Вопросы к самопроверке:

1.Перечислите модели атома от древности до наших дней.

2.В чем суть модели Томсона?

3.Опишите опыты Резерфорда.

4.Что представляла собой модель атома Резерфорда? Почему ее называют планетарной?

5.Сформулируйте постулаты Бора. Как с помощью постулатов Бора можно объяснить линейчатый спектр атома?

6.Какие выводы можно сделать на основании опытов Франка и Герца?

7.Можно ли с помощью теории Бора объяснить структуру атомов всех элементов таблицы Менделеева.

8.Универсальный характер корпускулярно-волнового дуализма.

9.Каким опытом впервые подтверждена гипотеза де Бройля?

10.Движутся ли микрочастицы по определенным траекториям?

11.Что представляет собой принцип неопределенности?

12.Напишите и объясните соотношение Гейзенберга.

13.Сформулируйте принцип дополнительности Бора.

14.Какую информацию дает волновая функция?

15.Сформулируйте в общем виде принцип соответствия.

25

ТЕМА 9. Строение атомного ядра и ядерные процессы.

Открытие нейтрона и создание модели нейтронно-протонной модели ядра. Возникновение ядерной физики. Ядерная физика. Элементарные частицы: протоны, нейтроны, электроны, фотоны, пимезоны, мюоны, тяжелые лептоны, нейтрино трех типов, странные частицы (К-мезоны, гипероны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым очарованием, промежуточные векторные бозоны. Испускание и поглощение элементарных частиц, их нестабильность, масса и размеры.

Участие элементарных частиц в фундаментальных взаимодействиях: сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Относительная интенсивность взаимодействий (при Е≈ 1 ГэВ).

Характеристики элементарных частиц: стабильные (электрон, протон, фотон, нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях с τ > 1020 с) и резонансы (частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с τ ~1022 - 1024 с). Параметры элементарных частиц: масса, время жизни, электрический заряд, спин и т.д. Спин — момент импульса элементарной частицы, проекция момента импульса на выбранное направление. Квантовые числа — дискретные значения различных параметров элементарных частиц: спиновое, орбитальное, магнитное и др. квантовые числа. Внутренние квантовые числа: барионный и лептонный заряды, четность, кварковые ароматы (спин, странность, "очарование", "красота", цвет).

Истинно элементарные частицы: кварки и лептоны (частицы вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, нейтрино, гравитоны), а также частицы Хиггса. Поколение — объединения соответствующих пар лептонов с парой кварков. Кванты полей. W-бозоны — переносчики слабых взаимодействий между кварками и лептонами. Глюоны - переносчики сильных взаимодействий между кварками. Антивещество. Аннигиляция античастиц.

Классификация условно элементарных частиц. Строение атомного ядра. Нуклонный уровень. Модель Юкавы. Кварки. Модель Гелл-Мана. Взаимодействие кварков. Глюоны. Модели ядра: капельная модель, оболочечная модель, обобщенная модель. Размеры ядра (1015 - 1014 м).

Распад и синтез ядер. Дефект массы и энергия связи. Формула для энергии связи ядра. Средняя энергия связи одного нуклона в ядре. Кулоновское растолкование ядра. Радиоактивность. Нуклиды.

26

Изотопы. Скорость распада радиоактивного атома. Альфа-распад. Бета-распад. Деление атомных ядер. Цепная реакция деления ядер урана. Термоядерный синтез.

Перспективы развития физики микромира. Развитие теории. Современные ускорители. Структурная нейтронография.

Литература:

Марков М. А. О природе материи. - М.,2006. Физический энциклопедический словарь. - М., 1983. Коккедэ Я. Теория кварков. / Пер. с англ. - М., 2001.

Вопросы к самопроверке:

1.Дайте характеристику элементарных частиц с точки зрения их участия в фундаментальных взаимодействиях.

2.Каковы основные параметры элементарных частиц?

3.Дайте классификацию элементарных частиц.

4.Кто, когда и каким образом предсказал существование античастиц?

5.Какие элементарные частицы называются условно элементарными?

6.Из каких частиц состоит атомное ядро?

7.Кто и когда предложил гипотезу кварков?

8.Каков порядок размера ядра? От чего зависит размер ядра?

9.Как изменяется энергия связи в зависимости от массового числа?

10.Что такое радиоактивность?

11.Что представляют собой альфа-частицы?

12.Что такое бета-распад и с чем он связан?

13.Дайте характеристику цепной реакции деления урана.

14.При какой температуре возможен термоядерный синтез и с чем это связано?

15.В чем заключается сущность структурной нейтронографии?

ТЕМА 10. Естественнонаучная концепция развития и антропный принцип.

Первичные процессы синтеза нуклонов и образование атомов. Объединение протонов и нейтронов (нуклонов) в составные ядра атомов протекает с участием ядерных сил, радиус действия которых не превышает 10-15м. Нуклеосинтез возможен в результате

27

нерезонансного захвата нейтрона протоном с распадом захваченного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино (бета-распад). Реликтовое излучение. Первичный нуклеосинтез сформировал водородно-гелиевую Вселенную.

Самоорганизация Вселенной. Вакуум внешняя среда Вещественной Вселенной. "Горячая" модель образования галактик. Образование тяжелых элементов. Звездный нуклеосинтез. Красные гиганты и углеродный цикл. Температуры внутри красных гигантов. Верхняя граница нуклеосинтеза.

Разновидности материи во Вселенной. Различие терминов "вещество" и "материя". Материя: вещество, поле и физический вакуум. Вещество - дискретные частицы и их волновые проявления. Вакуум - это нулевые флуктуирующие поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Самоорганизация и разрушения во Вселенной.

Сущность естественнонаучной концепции развития. Два этапа

вразвитии самоорганизующихся систем: эволюция и скачок. Формула научной концепции развития: системность, динамизм и самоорганизация. Системность - представление о Вселенной как о системе со своей предысторией и будущем, подсистемами со своей внешней средой-вакуумом, с которой Вселенная обменивается энергией и веществом.

Динамизм - невозможность существования систем вне развития, вне движения. Динамизм - свойство системы любого масштаба. Самоорганизация - способность материи к усложнению элементов и созданию все более упорядоченных структур в ходе своего развития.

Самоорганизация - скачок, фазовый переход системы из менее

вболее упорядоченное состояние. Объединение частей и разделение системы. Силы - основа развития. На субъядерном уровне роль объединяющей силы выполняет сильное взаимодействие, а фракционирующей - слабое взаимодействие. На атомном уровне - электромагнитные силы играют и роль объединяющих и роль фракционирующих сил. "Тонкая подстройка" Вселенной. Антропный принцип.

Литература:

Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. - М.,- 2007. Бесконечность и Вселенная. - М.,2009.

Физический энциклопедический словарь. - М., 1983. - С.316. Шама Д. Современная космология / Пер. с англ. - М., 2003.

28

противоположность предположения пульсации от точки до точки взрыва — картина "пульсирующей Вселенной".

Гипотеза "ядерной капли". Этапы развития науки о Вселенной. Первая релятивистская модель описания Вселенной — ОТО (общая теория относительности) — ее статический вариант. Вывод Фридмана о невозможности статической Вселенной. Открытие Хабблом расширения Вселенной. Выводы о предыстории Вселенной, вытекающие из модели Фридмана.

Теория "горячей Вселенной" Г.А. Гамова. Формирование первых звезд и галактик из водорода (75%) и гелия (25%). Вывод теории Г. Гамова о реликтовом излучении (1965). Физические аспекты развития ранней горячей Вселенной.

Галактики и структура Вселенной. Галактики, звезды и звездные скопления. Наша Галактика и ее структура. Размеры Галактики (100.000 х 1.500 световых лет), количество звезд в ней ≈10". Движение звезд в Галактике: вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной ее экваториальной плоскости. Неоднородность вращения. Расстояние между звездами и возможность столкновения звезд. Звездные скопления неправильной формы (рассеянные скопления) и шаровые скопления (в Галактике ~150). Туманности состоят из пыли и газа. Пульсар в Крабовидной туманности.

Строение Галактики. Виды галактик. Расположение Солнца в Галактике и скорость его вращения (250 км/с) с периодом Т~290 млн.лет. Виды Галактик: эллиптические, спиральные и неправильные. Радиогалактики. Активность ядер галактик: непрерывное истечение потоков вещества, выбросы сгустков газа и облаков газа, нетепловое радиоизлучение из околоядерной области. Квазары (с 1963 года) — звездоподобные источники радиоизлучения. Системы галактик и крупномасштабная структура Вселенной. Метагалактика.

Концепция Большого взрыва. Открытие Хаббла — удар по стационарной Вселенной. Скорости разбегания галактик. Количество вещества в Галактике. Солнечная система — часть Вселенной. Типично или нетипично образование звездных систем типа Солнечной? Структура и состав Солнечной системы. Земля - планета Солнечной системы. Строение Земли.

Литература:

Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. - М.,- 2007. Бесконечность и Вселенная. - М.,2009.

Физический энциклопедический словарь. - М., 1983. - С.316.

30