Xülasə: Enerji mənfi ola bilərmi? İnsanlarda mənfi enerji Auradakı mənfi varlıqlar

ev / Stil haqqında hər şey

Bir çox məsələlər potensial enerjisi yalnız bir dəyişənin (məsələn, koordinatların) funksiyası olan cismin birölçülü hərəkətini nəzərdən keçirir. X), yəni P=P(x). Bəzi arqumentlərə qarşı potensial enerjinin qrafiki deyilir potensial əyri. Potensial əyrilərin təhlili bədən hərəkətinin xarakterini müəyyən etməyə imkan verir.

Biz yalnız mühafizəkar sistemləri, yəni mexaniki enerjinin digər növlərə qarşılıqlı çevrilmələri olmayan sistemləri nəzərdən keçirəcəyik.

Onda (13.3) şəklindəki enerjiyə qənaət qanunu etibarlıdır. Vahid qravitasiya sahəsində olan cisim və elastik deformasiyaya uğramış cisim üçün potensial enerjinin qrafik təsvirini nəzərdən keçirək.

Kütləvi cismin potensial enerjisi T, hündürlüyə qaldırıldı h Yer səthindən yuxarı, (12.7), P(h) uyğun olaraq = mgh. Bu asılılığın qrafiki P = P( h) - koordinatların başlanğıcından keçən düz xətt (şək. 15), onun meyl bucağı oxa h nə qədər çox olarsa, bədən çəkisi də o qədər çox olar (çünki tg = mg).

Bədənin ümumi enerjisi olsun E(onun qrafiki oxa paralel düz xəttdir h). Yüksəkdə h cismin nöqtə arasında qapalı şaquli seqment tərəfindən təyin olunan potensial enerjisi P var h x oxunda və qrafik P( h). Təbii ki, kinetik enerji T P(h) qrafiki ilə üfüqi xətt arasındakı ordinatla verilir ONU.Şəkildən. 15 belə çıxır ki, h=h max olarsa, onda T= 0 və P = E= mgh max, yəni potensial enerji maksimum olur və ümumi enerjiyə bərabər olur.

Aşağıdakı qrafikdən yüksəklikdə bədənin sürətini tapa bilərsiniz h:

mv 2 /2=mq maks -mgh, harada

v = 2 q (saat maks -h).

Elastik deformasiyanın potensial enerjisindən asılılıq P =kx 2 /2 deformasiyadan X parabola formasına malikdir (şək. 16), burada bədənin verilmiş ümumi enerjisinin qrafiki E - düz, oxa paralel

absis x, a dəyərlər T və P Şəkildəki kimi müəyyən edilir. 15. Şəkildən. 16 artan deformasiya ilə nəticələnir X Bədənin potensial enerjisi artır, kinetik enerjisi isə azalır. Absis x max bədənin maksimum mümkün dartılma deformasiyasını, -x max isə bədənin maksimum mümkün sıxılma deformasiyasını təyin edir. Əgər x=±x max, onda T=0 və П=E = kx 2 max /2, yəni potensial enerji maksimum olur və ümumi enerjiyə bərabər olur.

Şəkildəki qrafikin təhlilindən. 16 bədənin ümumi enerjisi ilə bərabərdir E, cisim sağa x max və sola -x max hərəkət edə bilməz, çünki kinetik enerji mənfi kəmiyyət ola bilməz və buna görə də potensial enerji cəmindən çox ola bilməz. Bu halda cəsədin içəridə olduğunu deyirlər potensial çuxur koordinatları ilə

X max xx maks.

Ümumi halda potensial əyri kifayət qədər mürəkkəb formaya malik ola bilər, məsələn, bir neçə alternativ maksimum və minimum ilə (şək. 17). Gəlin bu potensial əyrini təhlil edək.

Əgər E hissəciyin verilmiş ümumi enerjisidir, onda hissəcik yalnız P(x) E olduğu yerdə yerləşə bilər, yəni. I və III sahələrdə. Zərrəciyin qarşısı alındığı üçün I bölgədən III bölgəyə və geriyə hərəkət edə bilməz potensial maneəCDG, eni dəyərlər diapazonuna bərabər olan X, bunun üçün E<П, а его высота определяется разностью П max -E. Bir hissəciyin potensial maneəni aşması üçün ona maneənin hündürlüyünə bərabər və ya ondan çox əlavə enerji verilməlidir. Ərazidə 1 ümumi enerjiyə malik hissəcik Eözünü potensial çuxurda “bağlı” tapır ABC və koordinatları x olan nöqtələr arasında salınır a Və X C .

nöqtədə IN x 0 koordinatı ilə (şək. 17) hissəciyin potensial enerjisi minimaldır. Hissəyə təsir edən qüvvə olduğundan (bax §12) F X =-d P / d x (P yalnız bir koordinatın funksiyasıdır) və minimum potensial enerjinin şərti d P/ d x=0, sonra nöqtədə INF x = 0. Bir hissəcik x 0 mövqeyindən yerdəyişdikdə (həm solda, həm də sağda) bərpaedici qüvvə yaşayır, ona görə də x 0 mövqeyi mövqedir sabit tarazlıq. Göstərilən şərtlər nöqtə üçün də təmin edilir X" 0 (P max üçün). Lakin bu məqam mövqeyə uyğundur qeyri-sabit balans, zərrəcik öz yerindən uzaqlaşdıqda X" 0 onu bu vəzifədən uzaqlaşdırmağa çalışan bir qüvvə meydana çıxır.

5. Mənfi enerjili dövlətlər. Müsbət elektron

Dirak nəzəriyyəsinin tənlikləri enerjisi mənfi ola bilən hissəciyin vəziyyətlərinə uyğun həllər əldə etməyə imkan verən xüsusi xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Bu vəziyyətlərdən birində olan elektron bəzi qəribə xüsusiyyətlərə malik olmalıdır. Sürətini artırmaq üçün ondan enerji alınmalıdır. Və əksinə, onu dayandırmaq üçün ona bir az enerji vermək lazımdır. Təcrübədə elektron heç vaxt bu qədər qəribə davranmamışdı. Buna görə də, Dirakın nəzəriyyəsinin mövcudluğuna icazə verilən mənfi enerjili vəziyyətlərin təbiətdə reallaşmadığına inanmaq tamamilə qanuni idi. Deyə bilər ki, bu mənada nəzəriyyə ən azı ilk baxışdan çox şey verir.

Dirak tənliklərinin mənfi enerjili halların mövcudluğunun mümkünlüyünə imkan verməsi, şübhəsiz ki, onların relativistik mahiyyətinin nəticəsidir. Doğrudan da, Eynşteyn tərəfindən xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi çərçivəsində işlənmiş elektronun relativistik dinamikasında belə mənfi enerji ilə hərəkətin mümkünlüyü üzə çıxır. Lakin o zaman Eynşteynin dinamikasında çətinlik çox da ciddi deyildi, çünki o, bütün əvvəlki nəzəriyyələr kimi bütün fiziki proseslərin davamlı olduğunu fərz edirdi. Elektronun öz kütləsi sonlu olduğundan, kütlə və enerjinin ekvivalentliyinin relativistik prinsipinə uyğun olaraq həmişə sonlu daxili enerjiyə malikdir. Bu daxili enerji yoxa çıxa bilmədiyi üçün biz davamlı olaraq müsbət enerjili vəziyyətdən mənfi enerjili vəziyyətə keçə bilmərik. Beləliklə, fiziki proseslərin davamlılığı fərziyyəsi bu növ keçidi tamamilə istisna edir.

Buna görə də, vəziyyətin həmişə eyni qaldığını görmək üçün zamanın başlanğıc anında bütün elektronların müsbət enerjili vəziyyətdə olduğunu güman etmək kifayətdir. Dirak mexanikasında çətinlik daha da ciddiləşir, çünki bu, fiziki hadisələrdə diskret keçidlərin mövcudluğuna imkan verən kvant mexanikasıdır. Asanlıqla görmək olar ki, müsbət və mənfi enerjili dövlətlər arasında keçidlər nəinki mümkün, həm də kifayət qədər tez-tez baş verməlidir. Klein, sürətlə dəyişən sahənin fəaliyyət göstərdiyi bölgəyə daxil olan müsbət enerjili bir elektronun bu bölgəni mənfi enerjili vəziyyətdə necə tərk edə biləcəyi ilə bağlı maraqlı bir nümunə verdi. Nəticə etibarı ilə mənfi enerjili elektronun heç vaxt eksperimental olaraq kəşf edilməməsi Dirakın nəzəriyyəsi üçün çox təhlükəli oldu.

Bu çətinliyin öhdəsindən gəlmək üçün Dirac çox dahiyanə bir fikir irəli sürdü. Növbəti fəsildə haqqında danışacağımız Pauli prinsipinə əsasən, bir vəziyyətdə birdən çox elektron ola bilməyəcəyini qeyd edərək, ətraf aləmin normal vəziyyətində mənfi enerjili bütün halları tutduğunu fərz etdi. elektronlar. Buradan belə nəticə çıxır ki, mənfi enerjili elektronların sıxlığı hər yerdə eynidir. Dirak bu vahid sıxlığın müşahidə edilə bilməyəcəyini fərz etdi. Eyni zamanda, bütün vəziyyətləri mənfi enerji ilə doldurmaq üçün lazım olandan daha çox elektron var.

Bu artıqlıq müsbət enerjiyə malik elektronlarla təmsil olunur, bunu təcrübələrimizdə müşahidə edə bilərik. Müstəsna hallarda mənfi enerjili elektron xarici qüvvənin təsiri altında müsbət enerjili vəziyyətə çevrilə bilər. Bu zaman müşahidə olunan elektron dərhal peyda olur və eyni zamanda mənfi enerjili elektronların paylanmasında dəlik, boşluq yaranır. Dirak göstərdi ki, belə bir dəliyi eksperimental olaraq müşahidə etmək olar və kütləsi elektronun kütləsinə bərabər, yükü isə ona bərabər olan, lakin əks işarəli hissəcik kimi davranmalıdır. Biz onu anti-elektron, müsbət elektron kimi düşünəcəyik. Bu gözlənilmədən əmələ gələn dəlik uzun müddət mövcud ola bilməz. O, radiasiya ilə müşayiət olunan mənfi enerjili boş vəziyyətə kortəbii keçiddən keçəcək müsbət enerjili elektronla doldurulacaq. Belə ki, Dirak mənfi enerjili halların müşahidə olunmazlığını izah etdi və eyni zamanda müsbət elektronların nadir və efemer də olsa mövcud olma ehtimalını proqnozlaşdırdı.

Şübhəsiz ki, Dirakın fərziyyəsi çox sadə idi, lakin ilk baxışda bir qədər süni görünürdü. Ola bilsin ki, çoxlu sayda fiziklər bu məsələdə müəyyən qədər şübhə ilə yanaşsınlar, əgər təcrübə Dirakın indicə proqnozlaşdırdığı xarakterik xassələri müsbət elektronların mövcudluğunu dərhal sübut etməsəydi.

Həqiqətən də, 1932-ci ildə əvvəlcə Andersonun, sonra isə Blekett və Occhialininin incə təcrübələri aşkar etdi ki, atomların kosmik şüaların təsiri altında parçalanması nəticəsində özünü müsbət elektronlar kimi aparan hissəciklər əmələ gəlir. Yeni zərrəciklərin kütləsinin elektronun kütləsinə bərabər olduğunu, elektrik yükünün isə elektronun yükünə işarə etibarilə bərabər və əks olduğunu qəti şəkildə söyləmək hələ mümkün olmasa da, sonrakı təcrübələr bu təsadüfü getdikcə daha da artırdı. ehtimal. Bundan əlavə, məlum oldu ki, müsbət elektronlar maddə ilə təmasda olduqda tez yox olmağa (məhv olmağa) meyllidirlər və məhv radiasiya ilə müşayiət olunur. Tibo və Coliot-Kürinin təcrübələri bu məsələdə heç bir şübhə yaratmır.

Müsbət elektronların meydana çıxdığı müstəsna hallar və onların məhv olmaq, ömrünü qısaltmaq, Dirakın qabaqcadan gördüyü xüsusiyyətlərdir. Beləliklə, vəziyyət əksinə oldu: mənfi enerjili Dirak tənliklərinin həllərinin mövcudluğu onları nəinki sual altına qoymur, əksinə, bu tənliklərin mövcudluğunu proqnozlaşdırdığını və müsbət tənliklərin xüsusiyyətlərini təsvir etdiyini göstərir. elektronlar.

Bununla belə, etiraf etməliyik ki, Diracın dəliklərlə bağlı fikirləri vakuumun elektromaqnit xüsusiyyətləri ilə bağlı ciddi çətinliklərə səbəb olur. Çox güman ki, Dirakın nəzəriyyəsi islahat ediləcək və hər iki elektron növü arasında daha böyük simmetriya bərqərar edəcək, nəticədə dəliklər ideyası, onunla əlaqəli çətinliklərlə birlikdə tərk ediləcəkdir. Eyni zamanda, heç bir şübhə yoxdur ki, müsbət elektronların (indi pozitronlar adlanır) eksperimental kəşfi Dirak mexanikasının əsasında duran fikirlərin yeni və diqqətəlayiq təsdiqini təmsil edir. Dirak tənliklərinin bəzi analitik xüsusiyyətlərinin daha dərindən öyrənilməsi nəticəsində müəyyən edilən hər iki növ elektron arasındakı simmetriya böyük maraq doğurur və şübhəsiz ki, fiziki nəzəriyyələrin gələcək inkişafında mühüm rol oynayacaqdır.

Fiziki kimya kitabından: Mühazirə qeydləri müəllif Berezovçuk A V

MÜHAZİRƏ № 1. İdeal qaz. Həqiqi qazın hal tənliyi 1. Molekulyar kinetik nəzəriyyənin elementləri Elm maddənin dörd məcmu vəziyyətini bilir: bərk, maye, qaz, plazma. Maddənin bir vəziyyətdən digər vəziyyətə keçməsinə faza deyilir

Ən Yeni Faktlar Kitabı kitabından. 3-cü cild [Fizika, kimya və texnologiya. Tarix və arxeologiya. Müxtəlif] müəllif Kondraşov Anatoli Pavloviç

2. İdeal qazın vəziyyətinin tənliyi Empirik qaz qanunlarının tədqiqi (R.Boyl, J. Gay-Lussac) tədricən ideal qaz ideyasına gətirib çıxardı, çünki müəyyən edilmişdir ki, verilmiş kütlənin təzyiqi sabit temperaturda olan istənilən qaz tərs mütənasibdir

Neytrino kitabından - atomun xəyali hissəciyi Isaac Asimov tərəfindən

4. Həqiqi qazın vəziyyətinin tənliyi Tədqiqatlar göstərmişdir ki, müxtəlif qazların tədqiqi zamanı Mendeleyev-Klapeyron tənliyi o qədər də dəqiq ödənilmir. Bu sapmaların səbəblərini ilk anlayan holland fiziki J. D. van der Vaals olmuşdur: onlardan biri də budur ki,

Hərəkət kitabından. İstilik müəllif Kitayqorodski Aleksandr İsaakoviç

“Əlbəttə zarafat edirsiniz, cənab Feynman!” kitabından. müəllif Feynman Richard Phillips

Müəllifin Enerji təchizatı və şarj cihazları kitabından

XII. Maddənin halları Dəmir buxarı və bərk hava Sözlərin qəribə birləşməsi deyilmi? Lakin bu heç də cəfəngiyyat deyil: həm dəmir buxarı, həm də bərk hava təbiətdə mövcuddur, lakin adi şəraitdə yox, hansı şəraitdən danışırıq? Maddənin vəziyyəti müəllifin kitabından müəyyən edilir

Atomlar necə enerji mübadiləsi aparır? İlk təcrübədə civə buxarı götürüldü. Elektron mərmilərin enerjisi tədricən artdı. Məlum oldu ki, aşağı elektron enerjilərində civə atomlarının həyəcanlanması baş vermir. Elektronlar onları vurdu, lakin eyni şəkildə geri döndü

Müəllifin kitabından

Elektron meydana çıxdı Kimyada atom və molekulyar nəzəriyyələr inkişaf edərkən, mayelərdə elektrik keçiriciliyi və aşağı təzyiqdə qazlardakı elektrik boşalmaları üzərində aparılan araşdırmalar atomun heç də “bölünməz” olmadığını, əksinə

N.K. Gladisheva, IOSO RAO, 548 nömrəli məktəb, Moskva

Stabil adlanan dərsliklərdə bu məsələ heç vaxt xüsusi olaraq ətraflı müzakirə olunmamışdır. Orta məktəb şagirdləri üçün çox çətin hesab olunurdu. Eyni zamanda, "standart olaraq" tələbələr (və çox vaxt müəllimlər) enerjinin yalnız müsbət kəmiyyət ola biləcəyinə inanırlar. Bu, müxtəlif proseslərdə enerji çevrilməsini təhlil edərkən anlaşılmazlıqlara səbəb olur. Məsələn, su qaynadılan zaman maddəyə verilən bütün enerjinin buxarlanmaya getdiyini, zərrəciklərin hərəkətinin orta kinetik enerjisinin dəyişmədiyini və hissəciklərin qarşılıqlı təsir enerjisinin sıfıra bərabər olmasını necə izah etmək olar? Qızdırıcıdan gələn enerji hara yox olur? Belə misalları çox göstərmək olar. Amma cisimlər arasında qarşılıqlı təsir enerjisinin həm müsbət, həm də mənfi ola biləcəyinə susmamaq daha məqsədəuyğundur. Bu müddəanın başa düşülməsində çətinliklər çox uzaqdır. Axı, hətta ibtidai sinif şagirdləri də başa düşürlər ki, ətrafdakı temperatur həm müsbət, həm də mənfi ola bilər! Üstəlik, məktəblilər Kelvin şkalası ilə yanaşı, digər temperatur şkalalarının (Selsi, Fahrenheit, Reaumur) mövcudluğunu olduqca asanlıqla dərk edirlər. Beləliklə, bəzi fiziki kəmiyyətin ədədi dəyərinin onun istinadının şərti olaraq seçilmiş mənşəyindən asılı olması fikri orta məktəb şagirdi üçün anlaşılmaz deyil.

Potensial enerji istinad nöqtəsinin seçilməsi

Şagirdlərə izah edəcəyik ki, mexaniki hadisələri öyrənərkən bir çox hallarda potensial enerji üçün istinad səviyyəsini seçmək rahatdır ki, mənfi qiymətə malik olsun.

Enerji çevrilməsinin təhlili tələbələrin onun formaları ilə daha ətraflı tanış olmasını nəzərdə tutur. İstənilən dərslik məlumat verir ki, seçilmiş istinad çərçivəsinə nisbətən müəyyən bir v sürəti ilə hərəkət edən kütləsi m olan cismin bu çərçivədə kinetik enerjisi Ekin = mv2/2 olur. Əgər hansısa istinad çərçivəsində bədən hərəkətsizdirsə, onun kinetik enerjisi sıfıra bərabərdir. Buna görə də cismin kinetik enerjisinə hərəkət enerjisi deyilir. Sürət v və ya impuls p = mv kimi hərəkətin digər xüsusiyyətlərindən fərqli olaraq, kinetik enerji hərəkət istiqaməti ilə əlaqəli deyil. Skayar kəmiyyətdir. Tələbələri cismin və cisimlər sisteminin kinetik enerjisinin mənfi kəmiyyət ola bilməyəcəyini müstəqil şəkildə göstərməyə dəvət etmək məsləhətdir.

Potensial enerjinin təbiəti tamamilə fərqli ola bilər. Riyazi sarkaç (l uzunluğunda çəkisiz uzanmayan sap üzərində asılmış m kütləli maddi nöqtə) vəziyyətində, sarkaç yükünün Yer tərəfindən cəlb edilməsi ilə əlaqələndirilir. Məhz bu cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı təsiri yükün yuxarıya doğru hərəkət edərkən sürətini azaldır. Tennis topunun divara dəyməsi halında, potensial enerji topun deformasiyası ilə əlaqələndirilir. Yükün Yerlə qarşılıqlı təsir enerjisi ilə deformasiya enerjisinin ortaq cəhəti odur ki, belə enerji kinetik enerjiyə və əksinə çevrilə bilər.

Ancaq bütün proseslər geri dönə bilməz. Məsələn, çəkic qurğuşun parçasına dəydikdə, çəkicin kinetik enerjisi iz qoymadan yoxa çıxır - çəkic zərbədən sonra demək olar ki, geri qayıtmır. Bu halda çəkicin kinetik enerjisi istiliyə və onun sonrakı dönməz dağılmasına çevrilir.

Gəlin potensial enerji anlayışına daha yaxından nəzər salaq. Potensial enerjinin təbiəti müxtəlifdir, ona görə də onu hesablamaq üçün vahid düstur yoxdur. Qarşılıqlı təsirin bütün növlərindən biz Yerin və onun səthinə yaxın olan cisimlərin qravitasiya qarşılıqlı təsirinə ən çox rast gəlirik, buna görə də ilk növbədə qravitasiya qarşılıqlı təsirinin xüsusiyyətlərinin müzakirəsi üzərində dayanmalıyıq.

Yerin səthinə yaxın olan cisimlərlə qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisini hesablamaq üçün düstur hansıdır? Cavab sarkacın salınımları ilə təklif olunur. Diqqət edin (Şəkil 1): kinetik enerjinin tamamilə gizli (potensial) formaya çevrildiyi B nöqtələri və A nöqtəsi,

sarkacın kinetik enerjisinin tamamilə bərpa olunduğu yerdə, Yer səthindən müxtəlif yüksəkliklərdə uzanır. Hüygens onu da müəyyən etdi ki, sarkacın B nöqtəsinə qalxmasının h hündürlüyü onun aşağı A nöqtəsindəki sürətinin v2max kvadratına mütənasibdir. Leybniz B nöqtələrində gizli (potensial) enerjinin miqdarını sarkacın m kütləsi ilə qiymətləndirdi. yük və salınımlar zamanı onun qalxma hündürlüyü h. Maksimum sürət vmax və h hündürlüyünün dəqiq ölçülməsi bərabərliyin həmişə təmin olunduğunu göstərir:

burada g  10 N/kq = 10 m/s2. Enerjinin saxlanması qanununa uyğun olaraq, sarkacın bütün kinetik enerjisinin B nöqtələrində onun yükünün Yerlə cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı enerjisinə çevrildiyini fərz etsək, onda bu qarşılıqlı təsirin enerjisini istifadə edərək hesablamaq lazımdır. formula:

Bu düstur şərti razılığı gizlədir: qarşılıqlı təsir edən cisimlərin mövqeyi, bu zaman onların qarşılıqlı təsirinin enerjisi şərti olaraq sıfıra bərabər hesab olunur (sıfır səviyyə), bu mövqedə hündürlük h = 0 olsun. Lakin seçim edərkən sıfır səviyyədə, fiziklər yalnız həddi tapşırıqların həllini sadələşdirmək arzusunu rəhbər tuturlar. Əgər nədənsə h0  0 hündürlüyündə bir nöqtədə potensial enerjinin sıfıra bərabər olduğunu güman etmək rahat olarsa, potensial enerjinin düsturu aşağıdakı formanı alır:

Ep = mg(h – h0).

Uçurumdan düşən daşı düşünün (şək. 2). Daşın kinetik enerjisi Ek və Yerlə qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisi En düşən zaman necə dəyişdiyini müəyyən etmək lazımdır. Tutaq ki, uçurumun kənarında (A nöqtəsi) daşın sürəti sıfırdır.

Daş yıxıldıqda onun hava ilə sürtünməsi kiçik olur, ona görə də enerjinin dağılmadığını və istiliyə çevrildiyini düşünə bilərik. Nəticə etibarilə, enerjinin saxlanması qanununa görə, daş yıxıldıqda, Yer + daş cisimlər sisteminin kinetik və potensial enerjisinin cəmi dəyişmir, yəni.

(Ek + Ep)|B = (Ek+E0)|A.

Aşağıdakıları qeyd edək.

1. A nöqtəsindəki məsələnin şərtlərinə görə daşın sürəti sıfırdır, ona görə də Ek| A = 0.

2. Daş və Yer arasında qarşılıqlı təsirin potensial enerjisinin sıfır səviyyəsini məsələnin həllini maksimum dərəcədə sadələşdirəcək şəkildə seçmək rahatdır. Yalnız bir sabit nöqtə - A qayasının kənarı göstərildiyi üçün onu mənbə kimi götürüb Ep| qoymaq məqsədəuyğundur. A = 0. Onda ümumi enerji (Ek + Ep)|A = 0. Deməli, enerjinin saxlanması qanunu sayəsində daşın və Yerin kinetik və potensial enerjilərinin cəmi sıfıra bərabər olaraq qalır. trayektoriyanın nöqtələri:

(Ek + Ep)|B = 0.

Sıfırdan fərqli iki ədədin cəmi o zaman sıfıra bərabər olur ki, onlardan biri mənfi, digəri isə müsbət olsun. Artıq qeyd etdik ki, kinetik enerji mənfi ola bilməz. Buna görə də (Ek + Ep)|B = 0 bərabərliyindən belə nəticə çıxır ki, düşən daşın Yerlə qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisi mənfi kəmiyyətdir. Bu, sıfır potensial enerji səviyyəsinin seçilməsi ilə bağlıdır. Daşın h koordinatı üçün sıfır istinad nöqtəsi kimi qayanın kənarını götürdük. Daşın uçduğu bütün nöqtələr uçurumun kənarından aşağıda yerləşir və bu nöqtələrin h koordinatlarının dəyərləri sıfırın altındadır, yəni. onlar mənfidir. Deməli, En = mgh düsturuna görə, düşən daşın Yerlə qarşılıqlı təsirinin En enerjisi də mənfi olmalıdır.

Enerjinin saxlanma qanununun Ek + En = 0 tənliyindən belə çıxır ki, süxurun kənarından h aşağı istənilən hündürlükdə daşın kinetik enerjisi əks işarə ilə götürülmüş potensial enerjisinə bərabərdir:

Ek = –En = –mgh

(Yadda saxlamaq lazımdır ki, h mənfi dəyərdir). Potensial enerjinin Ep və kinetik enerjinin Ekin h koordinatından asılılığının qrafikləri Şəkil 1-də göstərilmişdir. 3.

Müəyyən bir şaquli sürət v0 ilə A nöqtəsində daş yuxarıya doğru atıldıqda vəziyyəti dərhal araşdırmaq da faydalıdır. İlkin anda daşın kinetik enerjisi Ek = mv02/2, potensial enerji isə şərti olaraq sıfırdır. Trayektoriyanın ixtiyari nöqtəsində ümumi enerji mv2/2 + mgh kinetik və potensial enerjilərin cəminə bərabərdir. Enerjinin saxlanması qanunu belə yazılır:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

Burada h həm müsbət, həm də mənfi dəyərlərə malik ola bilər ki, bu da daşın atma nöqtəsindən yuxarıya doğru hərəkət etməsi və ya A nöqtəsindən aşağı düşməsi ilə uyğun gəlir. Beləliklə, h-nin müəyyən dəyərləri üçün potensial enerji müsbət, digərləri üçün isə mənfi olur. Bu nümunə tələbəyə potensial enerjinin müəyyən bir işarənin təyin edilməsi konvensiyasını göstərməlidir.

Şagirdləri yuxarıdakı materialla tanış etdikdən sonra onlarla aşağıdakı sualları müzakirə etmək məsləhətdir:

1. Hansı şəraitdə cismin kinetik enerjisi sıfıra bərabərdir? bədənin potensial enerjisi?

2. Şəkil 1-dəki qrafikin Yer+daş cisimlər sisteminin enerjisinin saxlanma qanununa uyğun olub-olmadığını izah edin. 3.

3. Atılan topun kinetik enerjisi necə dəyişir? Nə vaxt azalır? artır?

4. Nə üçün daş yıxılanda onun potensial enerjisi mənfi olur, oğlan uşağı təpədən enəndə isə müsbət hesab olunur?

Qravitasiya sahəsində cismin potensial enerjisi

Növbəti addım tələbələri qravitasiya sahəsində cismin potensial enerjisi ilə tanış etməkdən ibarətdir. Cismin Yerin qravitasiya sahəsi ilə qarşılıqlı təsir enerjisi En = mgh düsturu ilə yalnız o halda təsvir edilir ki, Yerin cazibə sahəsi koordinatlardan asılı olmayaraq vahid hesab edilə bilər. Qravitasiya sahəsi universal cazibə qanunu ilə müəyyən edilir.

N.K. Gladisheva, IOSO RAO, 548 nömrəli məktəb, Moskva

Potensial enerji istinad nöqtəsinin seçilməsi

Şagirdlərə izah edəcəyik ki, mexaniki hadisələri öyrənərkən bir çox hallarda potensial enerji üçün istinad səviyyəsini seçmək rahatdır ki, mənfi qiymətə malik olsun.

Ep = mg(h – h0).

(Ek + Ep)|B = (Ek+E0)|A.

Aşağıdakıları qeyd edək.

1. A nöqtəsindəki məsələnin şərtlərinə görə daşın sürəti sıfırdır, ona görə də Ek| A = 0.

(Ek + Ep)|B = 0.

Ek = –En = –mgh

(Yadda saxlamaq lazımdır ki, h mənfi dəyərdir). Potensial enerjinin Ep və kinetik enerjinin Ekin h koordinatından asılılığının qrafikləri Şəkil 1-də göstərilmişdir. 3.

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

Şagirdləri yuxarıdakı materialla tanış etdikdən sonra onlarla aşağıdakı sualları müzakirə etmək məsləhətdir:

1. Hansı şəraitdə cismin kinetik enerjisi sıfıra bərabərdir? bədənin potensial enerjisi?

2. Şəkil 1-dəki qrafikin Yer+daş cisimlər sisteminin enerjisinin saxlanma qanununa uyğun olub-olmadığını izah edin. 3.

3. Atılan topun kinetik enerjisi necə dəyişir? Nə vaxt azalır? artır?

4. Nə üçün daş yıxılanda onun potensial enerjisi mənfi olur, oğlan uşağı təpədən enəndə isə müsbət hesab olunur?

Qravitasiya sahəsində cismin potensial enerjisi

burada R Yerin kütlə mərkəzindən (mənşə kimi götürülür) verilmiş nöqtəyə çəkilmiş radius vektorudur (xatırladırıq ki, cazibə qanununda cisimlər nöqtə kimi və hərəkətsiz hesab olunur). Elektrostatikaya bənzətməklə, bu düstur belə yazıla bilər:

və onu verilmiş nöqtədə qravitasiya sahəsinin intensivliyinin vektoru adlandırın. Aydındır ki, bu sahə sahəni yaradan bədəndən uzaqlaşdıqca dəyişir. Qravitasiya sahəsi nə vaxt kifayət qədər dəqiqliklə homojen hesab edilə bilər? Aydındır ki, bu, h ölçüləri R sahəsinin mərkəzinə qədər olan məsafədən çox kiçik olan fəza bölgəsində mümkündür. Başqa sözlə, əgər siz evin yuxarı mərtəbəsindən bir daşın düşdüyünü düşünürsünüzsə, buna əmin ola bilərsiniz. yuxarı və aşağı mərtəbələrdə qravitasiya sahəsinin qiymət fərqi. Lakin planetlərin Günəş ətrafında hərəkətini öyrənərkən planetin vahid sahədə hərəkət etdiyini güman etmək olmaz və ümumi cazibə qanunundan istifadə etmək lazımdır.

Cismlər arasında cazibə qüvvəsinin potensial enerjisi üçün ümumi bir düstur əldə edə bilərsiniz (lakin tələbələrdən bu nəticəni təkrarlamalarını istəməyin, baxmayaraq ki, onlar, əlbəttə ki, son düsturu bilməlidirlər). Məsələn, bir-birindən R0 məsafədə yerləşən m1 və m2 kütləli iki stasionar nöqtə cismini nəzərdən keçirək (şək. 4). Bu cisimlərin cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı təsir enerjisini En0 ilə işarə edək. Daha sonra fərz edək ki, cəsədlər R1 məsafəsinə bir qədər yaxınlaşıblar. Bu cisimlərin qarşılıqlı təsir enerjisi En1 oldu. Enerjinin saxlanması qanununa görə:

Ep = Ep1 – Ep0 = Fthrust. orta s,

harada Fthrust cр – qüvvə istiqamətində hərəkət edən cismin s = R1 – R0 kəsiyində orta cazibə qüvvəsinin qiyməti. Ümumdünya cazibə qanununa görə qüvvənin böyüklüyü:

R1 və R0 məsafələri bir-birindən az fərqlənirsə, Rav2 məsafəsi R1R0 məhsulu ilə əvəz edilə bilər. Sonra:

Bu bərabərlikdə En1 uyğun gəlir uyğun gəlir. Beləliklə:

Qravitasiya qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisinin iki xüsusiyyətini göstərən bir düstur əldə etdik (buna cazibə enerjisi də deyilir):

1. Düsturun özü artıq potensial cazibə enerjisinin sıfır səviyyəsinin seçimini ehtiva edir, yəni: sözügedən cisimlər arasında məsafə sonsuz böyük olduqda cisimlərin qravitasiya qarşılıqlı təsirinin enerjisi sıfıra çevrilir. Nəzərə alın ki, cisimlərin qravitasiya qarşılıqlı enerjisinin sıfır dəyərinin bu seçimi aydın fiziki şərhə malikdir: cisimlər bir-birindən sonsuz uzaqlaşdıqda, onlar cazibə ilə qarşılıqlı əlaqəni praktiki olaraq dayandırırlar.

2. Hər hansı bir real məsafədən, məsələn, Yerlə raket arasında, təbii ki, belə bir istinad nöqtəsi seçimi ilə qravitasiya qarşılıqlı enerjisi həmişə mənfi olur.

Şəkildə. Şəkil 5-də raketin Yerlə cazibə qüvvəsinin qarşılıqlı təsirinin enerjisinin Yerin mərkəzi ilə raket arasındakı məsafədən asılılığının qrafiki verilmişdir. O, haqqında danışdığımız cazibə enerjisinin hər iki xüsusiyyətini əks etdirir: bu enerjinin mənfi olduğunu və Yerlə raket arasındakı məsafə artdıqca sıfıra doğru artdığını göstərir.

Rabitə enerjisi

Şagirdlərin enerjinin həm müsbət, həm də mənfi kəmiyyətlər ola biləcəyi barədə əldə etdikləri biliklər, maddənin müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində olan hissəciklərinin bağlanma enerjisinin öyrənilməsində öz tətbiqini tapmalıdır. Məsələn, tələbələrə aşağıdakı keyfiyyət əsaslandırmaları təklif oluna bilər.

Artıq gördük ki, maddə hissəcikləri həmişə xaotik şəkildə hərəkət edir. Məhz zərrəciklərə bu şəkildə hərəkət etmək qabiliyyəti verməklə biz bir sıra təbiət hadisələrini izah edə bildik. Bəs onda niyə masalar və qələmlər, evlərin divarları və özümüz ayrı-ayrı hissəciklərə səpələnmirik?

Biz fərz etməliyik ki, maddənin hissəcikləri qarşılıqlı təsirə girir və bir-birini cəlb edir. Yalnız kifayət qədər güclü zərrəciklərin qarşılıqlı cazibəsi onları maye və bərk cisimlərdə bir-birinin yanında saxlaya bilər və onların müxtəlif istiqamətlərə sürətlə səpilməsinin qarşısını ala bilər. Bəs onda niyə qazlardakı hissəciklər bir-birinə yaxın durmur, niyə bir-birindən ayrılır? Göründüyü kimi, qazlarda hissəciklərin qarşılıqlı əlaqəsi onları saxlamaq üçün kifayət deyil.

Mexanikada cisimlərin qarşılıqlı təsirini (əlaqəsini) qiymətləndirmək üçün qarşılıqlı təsirin potensial enerjisi kimi fiziki kəmiyyətdən istifadə etdik. Maddənin kinetik nəzəriyyəsində maddənin zərrəcikləri arasındakı əlaqə onların qarşılıqlı təsir enerjisi ilə xarakterizə olunur Ec (bu enerji həmişə potensial deyil). Maye və bərk cisimlərdəki hissəciklərin qazlarda deyil, bir-birini tutması bu mühitlərdə hissəciklərin bir-biri ilə bağlanma enerjisinin fərqli olduğunu deməyə əsas verir.

Qaz. Qazda hissəciklər arasındakı məsafə böyükdür və onların əlaqəsi zəifdir. Hissəciklər vaxtaşırı bir-biri ilə və gəminin divarları ilə toqquşur. Toqquşmalar elastik təbiətlidir, yəni. ümumi enerji və ümumi impuls saxlanılır. Toqquşmalar arasındakı fasilələrdə hissəciklər sərbəst hərəkət edir, yəni. qarşılıqlı əlaqədə olmayın. Qazdakı hissəciklərin qarşılıqlı təsir (bağ) enerjisinin təxminən sıfır olduğunu düşünmək ağlabatandır.

Maye. Bir mayedə hissəciklər bir-birinə yaxınlaşır və qismən toxunur. Onların qarşılıqlı cazibəsi güclüdür və Ecw (su) bağlama enerjisi ilə xarakterizə olunur. Mayenin böyük hissəsindən bir molekulu qoparmaq üçün A > 0 işi yerinə yetirmək lazımdır.Nəticədə molekul qazda olduğu kimi sərbəst olacaq, yəni. onun bağlanma enerjisini sıfıra bərabər hesab etmək olar. Enerjinin saxlanması qanununa görə, Ecw (su) + A = 0, ondan Ecw (su) = –A< 0.

Sudakı hissəciklərin Eb(su) enerjisinin ədədi qiymətini təyin etmək üçün təcrübəyə müraciət edək. Artıq gündəlik müşahidələr belə təklif edir: çaydanda qaynayan suyu buxarlamaq üçün müəyyən miqdarda odun və ya qaz yandırmaq lazımdır. Başqa sözlə, iş görülməlidir. Bir termometrdən istifadə edərək, qaynar suyun temperaturu ilə onun üstündəki buxarın temperaturunun eyni olduğundan əmin ola bilərsiniz. Nəticə etibarilə, qaynar suda və buxarda hissəciklərin hərəkətinin orta enerjisi eynidir. Yanacaqdan qaynar suya ötürülən istilik enerjisi buxarlanan suyun hissəciklərinin qarşılıqlı təsir enerjisinə çevrilir. Bu o deməkdir ki, qaynar suda hissəciklərin Eb enerjisi su buxarından azdır. Ancaq bir cütdə Ec(cüt) = 0, buna görə də mayedəki hissəciklərin qarşılıqlı təsir enerjisi sıfırdan azdır, yəni. mənfi.

Kalorimetrlərdən istifadə etməklə aparılan ölçmələr göstərir ki, 1 kq qaynar suyu normal atmosfer təzyiqində buxarlamaq üçün ona təxminən 2,3  106 J enerji ötürülməlidir. Bu enerjinin bir hissəsi (təxminən 0,2  106 J) ona sərf olunur ki, yaranan su buxarı mayenin səthindən yuxarı nazik təbəqədən hava hissəciklərini sıxışdırsın. Enerjinin qalan hissəsi (2,1  106 J) su hissəciklərinin mayedən buxara keçidi zamanı onların bağlanma enerjisini artırmağa gedir (şək. 6). Hesablamalar göstərir ki, 1 kq suda 3,2  1025 hissəcik var. 2,1  106 J enerjini 3,2  1025-ə bölərək əldə edirik: hər bir su hissəciyinin mayedən buxara keçidi zamanı digər hissəciklərlə Eb bağlanma enerjisi 6,6  10-20 J artır.

Möhkəm. Buzu əridib suya çevirmək üçün iş görmək və ya müəyyən miqdarda istiliyi buza ötürmək lazımdır. Bərk fazada su molekullarının bağlanma enerjisi Eb< 0, причем эта энергия по модулю больше, чем энергия связи молекул воды в жидкой faza. Buz əridikdə onun temperaturu 0 °C olaraq qalır; Ərimə zamanı əmələ gələn su eyni temperatura malikdir. Buna görə də maddəni bərk haldan maye vəziyyətə keçirmək üçün onun hissəciklərinin qarşılıqlı təsir enerjisini artırmaq lazımdır. Artıq əriməyə başlamış 1 kq buzu əritmək üçün 3,3  105 J enerji sərf etmək lazımdır (şək. 7). Bu enerjinin demək olar ki, hamısı buzdan suya keçid zamanı hissəciklərin bağlanma enerjisini artırmaq üçün istifadə olunur. Enerji mübadiləsi

1 kq buzun tərkibində olan 3,2  1025 hissəcik sayına görə 3,3  105 J, buz hissəciklərinin Eb qarşılıqlı təsir enerjisinin sudan 10-20 J az olduğunu tapırıq.

Beləliklə, buxar hissəciklərinin qarşılıqlı təsir enerjisi sıfırdır. Suda onun hər bir hissəciyinin digər hissəciklərlə bağlanma enerjisi buxardan təxminən 6,6  10-20 J azdır, yəni. Eb(su) = –6,6  10–20 J. Buzda hər bir hissəciyin bütün digər buz hissəcikləri ilə bağlanma enerjisi sudan 1,0  10–20 J azdır (və müvafiq olaraq 6,6  10– 20 J + 1,0 ) 10-20 J = 7,6  su buxarından 10-20 J az). Bu o deməkdir ki, buzda Ec(buz) = –7,6  10–20 J.

Maddənin müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində olan hissəciklərinin qarşılıqlı təsir enerjisinin xüsusiyyətlərini nəzərə almaq, bir maddənin bir birləşmə vəziyyətindən digərinə keçidi zamanı enerjinin çevrilməsini başa düşmək üçün vacibdir.

Xüsusilə tələbələrin indi çox çətinlik çəkmədən cavab verə biləcəyi suallardan nümunələr verək.

1. Su sabit temperaturda qaynayır, qaz ocağının alovundan enerji udur. Bu baş verəndə nə baş verir?

A) Su molekullarının hərəkət enerjisi artır;

B) su molekullarının qarşılıqlı təsir enerjisi artır;

C) su molekullarının hərəkət enerjisi azalır;

D) su molekullarının qarşılıqlı təsir enerjisi azalır.

(Cavab: B.)

2. Buz əridərkən:

A) buz parçasının kinetik enerjisi artır;

B) buzun daxili enerjisi artır;

C) buz parçasının potensial enerjisi azalır;

D) buzun daxili enerjisi azalır.

(Cavab: B.)

İndiyə qədər bir-birini çəkən cisimlər arasında qarşılıqlı təsir enerjisini nəzərdən keçirdik. Elektrostatikanı öyrənərkən, zərrəciklərin bir-birini dəf etdikdə onların qarşılıqlı təsir enerjisinin müsbət və ya mənfi olması məsələsini tələbələrlə müzakirə etmək faydalıdır. Zərrəciklər bir-birini itələdikdə, bir-birindən uzaqlaşmaq üçün onlara enerji verməyə ehtiyac yoxdur. Qarşılıqlı təsir enerjisi uçan hissəciklərin hərəkət enerjisinə çevrilir və hissəciklər arasındakı məsafə artdıqca sıfıra enir. Bu halda qarşılıqlı təsir enerjisi müsbət kəmiyyətdir. Qarşılıqlı təsir enerjisinin müəyyən edilmiş xüsusiyyətləri aşağıdakı məsələlərin müzakirəsi zamanı birləşdirilə bilər:

1. İki əks yüklü top arasında qarşılıqlı təsir enerjisi müsbətdir, yoxsa mənfi? Cavabınızı əsaslandırın.

2. Oxşar yüklü iki top arasındakı qarşılıqlı təsir enerjisi müsbətdir, yoxsa mənfi? Cavabınızı əsaslandırın.

3. İki maqnit bir-birinə bənzər qütblərlə yaxınlaşır. Onların qarşılıqlı təsirinin enerjisi artır, yoxsa azalır?

Mikrokosmosda ünsiyyət enerjisi

Kvant mexanikasının anlayışlarına görə, atom elektronlarla əhatə olunmuş nüvədən ibarətdir. Nüvə ilə əlaqəli istinad sistemində atomun ümumi enerjisi nüvə ətrafında elektronların hərəkətinin enerjisinin, müsbət yüklü nüvə ilə elektronların Kulon qarşılıqlı təsirinin enerjisinin və nüvənin Kulon qarşılıqlı təsirinin enerjisinin cəmidir. elektronlar bir-biri ilə. Ən sadə atomları - hidrogen atomunu nəzərdən keçirək.

Hesab edilir ki, elektronun ümumi enerjisi kinetik enerjinin və nüvə ilə Kulon qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisinin cəminə bərabərdir. Bor modelinə görə, bir hidrogen atomunda bir elektronun ümumi enerjisi yalnız müəyyən dəyərlər toplusunu qəbul edə bilər:

burada E0 dünya sabitləri və elektronun kütləsi ilə ifadə edilir. E(n)-nin ədədi dəyərlərini joul deyil, elektron voltla ölçmək daha rahatdır. İlk icazə verilən dəyərlər:

E(1) = –13,6 eV (yerin enerjisi, elektronun ən sabit vəziyyəti);

E(2) = –3,4 eV;

E(3) = –1,52 eV.

Şaquli enerji oxunda tire ilə bir hidrogen atomunun ümumi enerjisinin icazə verilən qiymətlərinin bütün seriyasını qeyd etmək rahatdır (Şəkil 8). Digər kimyəvi elementlərin atomları üçün elektron enerjisinin mümkün dəyərlərini hesablamaq üçün düsturlar mürəkkəbdir, çünki Atomlarda təkcə nüvə ilə deyil, həm də bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan çoxlu elektronlar var.

Atomlar birləşərək molekullar əmələ gətirir. Molekullarda elektronların və atom nüvələrinin hərəkəti və qarşılıqlı təsirinin mənzərəsi atomlara nisbətən daha mürəkkəbdir. Müvafiq olaraq, daxili enerjinin mümkün dəyərlər toplusu dəyişir və daha mürəkkəb olur. Hər hansı bir atom və molekulun daxili enerjisinin mümkün dəyərləri bəzi xüsusiyyətlərə malikdir.

Biz artıq birinci xüsusiyyəti aydınlaşdırdıq: atomun enerjisi kvantlaşdırılır, yəni. yalnız diskret qiymətlər toplusunu qəbul edə bilər. Hər bir maddənin atomları öz enerji dəyərlərinə malikdir.

İkinci xüsusiyyət ondan ibarətdir ki, atomlar və molekullardakı elektronların ümumi enerjisinin E(n) bütün mümkün dəyərləri mənfidir. Bu xüsusiyyət atomun elektronları ilə onun nüvəsi arasında qarşılıqlı təsir enerjisinin sıfır səviyyəsinin seçilməsi ilə bağlıdır. Ümumiyyətlə qəbul edilir ki, elektron böyük məsafədən uzaqlaşdırıldıqda və elektronun nüvəyə Kulon cazibəsi əhəmiyyətsiz olduqda, nüvə ilə elektronun qarşılıqlı təsir enerjisi sıfırdır. Ancaq bir elektronu nüvədən tamamilə qoparmaq üçün bir az iş sərf edib onu nüvə + elektron sisteminə köçürmək lazımdır. Başqa sözlə desək, elektronla nüvənin qarşılıqlı təsir enerjisinin sıfıra çevrilməsi üçün onu artırmaq lazımdır. Və bu o deməkdir ki, elektron və nüvə arasındakı qarşılıqlı təsirin ilkin enerjisi sıfırdan azdır, yəni. mənfi.

Üçüncü xüsusiyyət odur ki, Şek. 8, bir atomun daxili enerjisinin mümkün qiymətlərinin işarələri E = 0 ilə başa çatır. Bu, elektron + nüvə sisteminin enerjisinin, prinsipcə, müsbət ola bilməyəcəyi anlamına gəlmir. Amma sıfıra çatdıqda sistem atom olmaqdan çıxır. Həqiqətən də, E = 0 dəyərində elektron nüvədən çıxarılır və hidrogen atomunun əvəzinə bir-biri ilə əlaqəsi olmayan bir elektron və bir nüvə var.

Əgər ayrılmış elektron Ek kinetik enerjisi ilə hərəkət etməyə davam edərsə, onda artıq qarşılıqlı təsir göstərməyən hissəciklər sisteminin ümumi enerjisi ion + elektron istənilən müsbət qiymətləri qəbul edə bilər E = 0 + Ek.

Müzakirə üçün məsələlər

1. Atomun daxili enerjisini hansı komponentlər təşkil edir?

2. Nə üçün biz yalnız hidrogen atomunun nümunəsindən istifadə edərək atomun enerjisini nəzərdən keçirdik?

3. Onun kvant mexaniki modelindən atomun daxili enerjisinin xüsusiyyətləri haqqında hansı nəticələr çıxır?

4. Nə üçün atom və ya molekulun daxili enerjisini mənfi hesab edirik?

5. İon + elektron qrupunun enerjisi müsbət ola bilərmi?

Atomun daxili enerjisi ilə tanışlıq yalnız potensial enerjinin mənfi dəyərlərinin mümkünlüyü haqqında bilikləri möhkəmləndirməyəcək, həm də bir sıra hadisələri, məsələn, fotoelektrik effekt fenomenini və ya atomlar tərəfindən işıq emissiyasını izah edəcəkdir. Nəhayət, əldə edilən biliklər tələbələrə nüvədəki nuklonların qarşılıqlı təsiri haqqında çox maraqlı sualı müzakirə etməyə imkan verəcək.

Müəyyən edilmişdir ki, atom nüvəsi nuklonlardan (proton və neytronlardan) ibarətdir. Proton, kütləsi elektronun kütləsindən 2000 dəfə böyük olan, müsbət elektrik yükü (+1) daşıyan hissəcikdir. Elektrodinamikadan məlum olduğu kimi, eyni işarəli yüklər bir-birini itələyir. Buna görə də, elektromaqnit qarşılıqlı təsir protonları itələyir. Niyə nüvə öz tərkib hissələrinə parçalanmır? Hələ 1919-cu ildə E.Rezerford nüvələri α-hissəciklərlə bombalayarkən müəyyən etdi ki, protonu nüvədən çıxarmaq üçün α-zərrəciyin enerjisi təxminən 7 MeV olmalıdır. Bu, bir elektronu atomdan çıxarmaq üçün tələb olunandan bir neçə yüz min dəfə çox enerjidir!

Çoxsaylı təcrübələr nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, nüvənin içindəki hissəciklər prinsipcə yeni qarşılıqlı təsir növü ilə birləşirlər. Onun intensivliyi elektromaqnit qarşılıqlı təsirinin intensivliyindən yüz dəfələrlə böyükdür, buna görə də onu güclü qarşılıqlı təsir adlandırırdılar. Bu qarşılıqlı əlaqə mühüm xüsusiyyətə malikdir: qısa diapazona malikdir və yalnız nuklonlar arasındakı məsafə 10-15 m-dən çox olmadıqda "yanır".Bu, bütün atom nüvələrinin kiçik ölçüsünü (10-14 m-dən çox olmayan) izah edir.

Nüvənin proton-neytron modeli nüvədəki nuklonların bağlanma enerjisini hesablamağa imkan verir. Yada salaq ki, ölçmələrə görə təxminən –7 MeV-ə bərabərdir. Təsəvvür edək ki, 4 proton və 4 neytron birləşərək berillium nüvəsini əmələ gətirir. Hər bir neytronun kütləsi mn = 939,57 MeV, hər bir protonun kütləsi mp = 938,28 MeV-dir (burada nüvə fizikasında qəbul edilmiş vahidlər sistemindən istifadə edirik, burada kütlə kiloqramla deyil, ekvivalent enerji vahidləri ilə ölçülür, Eynşteynin E0 = mc2 əlaqəsindən istifadə edərək yenidən hesablanır). Nəticə etibarilə, 4 proton və 4 neytronun nüvəyə birləşənə qədər ümumi istirahət enerjisi 7511,4 MeV-dir. Be nüvəsinin qalan enerjisi 7454,7 MeV-dir. O, nuklonların özlərinin istirahət enerjisinin (7511,4 MeV) və nuklonların bir-biri ilə bağlanma enerjisinin cəmi kimi göstərilə bilər Eb. Buna görə də:

7454,7 MeV = 7511,4 MeV + Ev.

Buradan əldə edirik:

Ep = 7454,7 MeV –7511,4 MeV = –56,7 MeV.

Bu enerji berillium nüvəsinin bütün 8 nuklonları üzərində paylanır. Nəticə etibarı ilə, təcrübələrdən aşağıdakı kimi onların hər biri təxminən –7 MeV təşkil edir. Qarşılıqlı cəlb olunan hissəciklərin bağlanma enerjisinin mənfi kəmiyyət olduğunu bir daha tapdıq.

Redaktor seçimi