சுருக்கம்: ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்க முடியுமா? மனிதர்களில் எதிர்மறை ஆற்றல் ஒளியில் உள்ள எதிர்மறை உயிரினங்கள்

வீடு / அனைத்து பாணி பற்றி

பல சிக்கல்கள் உடலின் ஒரு பரிமாண இயக்கத்தைக் கருதுகின்றன, இதன் சாத்தியமான ஆற்றல் ஒரே ஒரு மாறியின் செயல்பாடாகும் (எடுத்துக்காட்டாக, ஆயத்தொலைவுகள் எக்ஸ்),அதாவது P=P(x). சாத்தியமான ஆற்றல் மற்றும் சில வாதம் ஆகியவற்றின் வரைபடம் அழைக்கப்படுகிறது சாத்தியமான வளைவு.சாத்தியமான வளைவுகளின் பகுப்பாய்வு உடல் இயக்கத்தின் தன்மையை தீர்மானிக்க அனுமதிக்கிறது.

நாங்கள் பழமைவாத அமைப்புகளை மட்டுமே கருத்தில் கொள்வோம், அதாவது இயந்திர ஆற்றலின் பரஸ்பர மாற்றங்கள் இல்லாத அமைப்புகள் மற்ற வகைகளாகும்.

பின்னர் வடிவத்தில் (13.3) ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டம் செல்லுபடியாகும். ஒரு சீரான ஈர்ப்பு புலம் மற்றும் ஒரு மீள் சிதைந்த உடலுக்கான சாத்தியமான ஆற்றலின் வரைகலை பிரதிநிதித்துவத்தை கருத்தில் கொள்வோம்.

நிறை உடலின் சாத்தியமான ஆற்றல் டி,உயரத்திற்கு உயர்த்தப்பட்டது மபூமியின் மேற்பரப்பிற்கு மேலே, (12.7), P(h) படி = mgh.இந்த சார்பின் வரைபடம் P = P( ம) - ஆயங்களின் தோற்றம் வழியாக செல்லும் ஒரு நேர் கோடு (படம் 15), அச்சுக்கு சாய்வின் கோணம் மஅதிக உடல் எடை அதிகமாகும் (tg = mg என்பதால்).

உடலின் மொத்த ஆற்றலும் இருக்கட்டும் ஈ(அதன் வரைபடம் அச்சுக்கு இணையான நேர்கோடு h).உயரத்தில் மஉடலில் சாத்தியமான ஆற்றல் P உள்ளது, இது புள்ளிக்கு இடையில் உள்ள செங்குத்து பிரிவால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது ம x-அச்சு மற்றும் வரைபடத்தில் P( ம) இயற்கையாகவே, இயக்க ஆற்றல் டிவரைபடம் P(h) மற்றும் கிடைமட்ட கோட்டிற்கு இடையே உள்ள ஆர்டினேட்டால் கொடுக்கப்படுகிறது அவள்.படம் இருந்து. 15 h=h அதிகபட்சம் எனில், பின்வருகிறது T= 0 மற்றும் P = E= mghஅதிகபட்சம், அதாவது சாத்தியமான ஆற்றல் அதிகபட்சமாக மாறி மொத்த ஆற்றலுக்கு சமமாகிறது.

கீழே உள்ள வரைபடத்திலிருந்து உயரத்தில் உடலின் வேகத்தைக் கண்டறியலாம் ம:

எம்வி 2 /2=mgh அதிகபட்சம் -mgh,எங்கே

v = 2g(h அதிகபட்சம் -h).

மீள் சிதைவின் சாத்தியமான ஆற்றலின் சார்பு பி =kx 2 /2 சிதைவிலிருந்து எக்ஸ்ஒரு பரவளைய வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது (படம் 16), அங்கு உடலின் கொடுக்கப்பட்ட மொத்த ஆற்றலின் வரைபடம் இ -நேராக, அச்சுக்கு இணையாக

abscissa x, ஏமதிப்புகள் டிமற்றும் P ஆகியவை படத்தில் உள்ளதைப் போலவே தீர்மானிக்கப்படுகின்றன. 15. படம் இருந்து. 16 இது அதிகரித்து வரும் சிதைப்புடன் பின்பற்றுகிறது எக்ஸ்உடலின் ஆற்றல் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது மற்றும் இயக்க ஆற்றல் குறைகிறது. abscissa x max உடலின் அதிகபட்ச சாத்தியமான இழுவிசை சிதைவை தீர்மானிக்கிறது, மற்றும் -x max உடலின் அதிகபட்ச சுருக்க சிதைவை தீர்மானிக்கிறது. என்றால் x=±x அதிகபட்சம், பின்னர் T=0 மற்றும் П=E = kx 2 max /2, அதாவது சாத்தியமான ஆற்றல் அதிகபட்சமாக மாறி மொத்த ஆற்றலுக்கு சமமாகிறது.

படத்தில் உள்ள வரைபடத்தின் பகுப்பாய்விலிருந்து. 16 இது உடலின் மொத்த ஆற்றலுடன் சமமாக உள்ளது இ,உடல் வலது x அதிகபட்சம் மற்றும் இடது -x அதிகபட்சம் செல்ல முடியாது, ஏனெனில் இயக்க ஆற்றல் எதிர்மறை அளவாக இருக்க முடியாது, எனவே, சாத்தியமான ஆற்றல் மொத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்க முடியாது. இந்நிலையில் உடல் உள்ளாகியுள்ளதாக கூறுகின்றனர் சாத்தியமான துளைஒருங்கிணைப்புகளுடன்

X அதிகபட்சம் xx அதிகபட்சம்.

பொது வழக்கில், சாத்தியமான வளைவு மிகவும் சிக்கலான வடிவத்தைக் கொண்டிருக்கலாம், எடுத்துக்காட்டாக, பல மாற்று மாக்சிமா மற்றும் மினிமா (படம் 17). இந்த சாத்தியமான வளைவை பகுப்பாய்வு செய்வோம்.

என்றால் ஈதுகள் கொடுக்கப்பட்ட மொத்த ஆற்றல், பின்னர் துகள் P(x) E, அதாவது. I மற்றும் III பகுதிகளில். துகள் பகுதி I இலிருந்து III க்கு நகர்த்த முடியாது, ஏனெனில் அது தடுக்கப்படுகிறது சாத்தியமான தடைCDG,அதன் அகலம் மதிப்புகளின் வரம்பிற்கு சமம் எக்ஸ்,அதற்காக ஈ<П, а его высота определяется разностью П max -E. ஒரு துகள் சாத்தியமான தடையை கடக்க, தடையின் உயரத்திற்கு சமமான அல்லது அதற்கு அதிகமான கூடுதல் ஆற்றல் வழங்கப்பட வேண்டும். பகுதியில் 1 மொத்த ஆற்றல் கொண்ட துகள் ஈஒரு சாத்தியமான துளையில் தன்னை "பூட்டப்பட்டதாக" காண்கிறது ஏபிசிமற்றும் x ஆயத்தொலைவுகளுடன் புள்ளிகளுக்கு இடையில் ஊசலாடுகிறது அ மற்றும் எக்ஸ் சி .

புள்ளியில் INஒருங்கிணைப்பு x 0 உடன் (படம் 17) துகள்களின் சாத்தியமான ஆற்றல் குறைவாக உள்ளது. துகள் மீது விசை செயல்படுவதால் (பார்க்க §12) F எக்ஸ் =-dபி / ஈ x (P என்பது ஒரே ஒரு ஒருங்கிணைப்பின் செயல்பாடு), மற்றும் குறைந்தபட்ச ஆற்றல் ஆற்றலுக்கான நிபந்தனை ஈபி/ ஈ x=0, பின்னர் புள்ளியில் INஎஃப் எக்ஸ் = 0. x 0 இடத்திலிருந்து ஒரு துகள் இடம்பெயர்ந்தால் (இடது மற்றும் வலது) இது ஒரு மீட்டெடுக்கும் சக்தியை அனுபவிக்கிறது, எனவே நிலை x 0 என்பது நிலை நிலையான சமநிலை.குறிப்பிட்ட நிபந்தனைகளும் புள்ளிக்கு திருப்தி அளிக்கின்றன எக்ஸ்" 0 (P அதிகபட்சம்). இருப்பினும், இந்த புள்ளி நிலைக்கு ஒத்திருக்கிறது நிலையற்ற சமநிலை,ஒரு துகள் நிலையிலிருந்து இடம்பெயர்ந்ததிலிருந்து எக்ஸ்" 0 இந்த நிலையில் இருந்து அவளை அகற்ற முற்படும் ஒரு சக்தி தோன்றுகிறது.

5. எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட மாநிலங்கள். நேர்மறை எலக்ட்ரான்

டைராக் கோட்பாட்டின் சமன்பாடுகள் சிறப்பு பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன, இது ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்கும் ஒரு துகளின் நிலைகளுடன் தொடர்புடைய தீர்வுகளை அனுமதிக்கிறது. இந்த நிலைகளில் ஒன்றில் எலக்ட்ரான் சில வித்தியாசமான பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். அவனது வேகத்தை அதிகரிக்க, அவனிடமிருந்து ஆற்றலைப் பறிக்க வேண்டும். மேலும், மாறாக, அவரைத் தடுக்க, நீங்கள் அவருக்கு கொஞ்சம் ஆற்றலைக் கொடுக்க வேண்டும். ஒரு பரிசோதனையில், ஒரு எலக்ட்ரான் இவ்வளவு விசித்திரமாக நடந்துகொண்டதில்லை. எனவே, எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட நிலைகள், டைராக்கின் கோட்பாட்டால் அனுமதிக்கப்படும் நிலைகள் உண்மையில் இயற்கையில் உணரப்படவில்லை என்று நம்புவது மிகவும் நியாயமானது. இந்த அர்த்தத்தில் கோட்பாடு மிக அதிகமாக கொடுக்கிறது என்று ஒருவர் கூறலாம், குறைந்தபட்சம் முதல் பார்வையில்.

எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட மாநிலங்கள் இருப்பதற்கான சாத்தியத்தை டைராக்கின் சமன்பாடுகள் அனுமதிக்கின்றன என்பது சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி அவற்றின் சார்பியல் தன்மையின் விளைவாகும். உண்மையில், எலக்ட்ரானின் சார்பியல் இயக்கவியலில் கூட, ஐன்ஸ்டீன் சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டின் கட்டமைப்பிற்குள், எதிர்மறை ஆற்றலுடன் இயக்கத்தின் சாத்தியம் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், அந்த நேரத்தில் ஐன்ஸ்டீனின் இயக்கவியலில் உள்ள சிரமம் மிகவும் தீவிரமானதாக இல்லை, ஏனெனில் இது முந்தைய அனைத்து கோட்பாடுகளைப் போலவே, அனைத்து உடல் செயல்முறைகளும் தொடர்ச்சியாக இருப்பதாக கருதப்பட்டது. எலக்ட்ரானின் சொந்த நிறை வரையறுக்கப்பட்டதாக இருப்பதால், நிறை மற்றும் ஆற்றலின் சமநிலையின் சார்பியல் கொள்கையின்படி அது எப்போதும் வரையறுக்கப்பட்ட உள் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. இந்த உள் ஆற்றல் மறைந்துவிட முடியாது என்பதால், நேர்மறை நிலையில் இருந்து எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட நிலைக்கு நாம் தொடர்ந்து செல்ல முடியாது. எனவே, உடல் செயல்முறைகளின் தொடர்ச்சியின் அனுமானம் இந்த வகையான மாற்றத்தை முற்றிலும் விலக்குகிறது.

எனவே, ஆரம்ப தருணத்தில் அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் நேர்மறை ஆற்றலுடன் நிலைகளில் உள்ளன என்று கருதினால் போதும், நிலை எப்போதும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். டிராக் இயக்கவியலில் சிரமம் மிகவும் தீவிரமானது, ஏனெனில் இது குவாண்டம் இயக்கவியல் ஆகும், இது இயற்பியல் நிகழ்வுகளில் தனித்துவமான மாற்றங்கள் இருப்பதை அனுமதிக்கிறது. நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட மாநிலங்களுக்கு இடையே மாற்றங்கள் சாத்தியம் மட்டுமல்ல, அடிக்கடி நிகழ வேண்டும் என்பதை எளிதாகக் காணலாம். நேர்மறை ஆற்றலுடன் கூடிய எலக்ட்ரான், வேகமாக மாறிவரும் புலம் செயல்படும் பகுதிக்குள் நுழைந்து, எதிர்மறை ஆற்றலுடன் இந்தப் பகுதியை எப்படி விட்டுச் செல்லும் என்பதற்கு க்ளீன் ஒரு சுவாரஸ்யமான உதாரணம் கொடுத்தார். இதன் விளைவாக, எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட ஒரு எலக்ட்ரான் சோதனை ரீதியாக கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை என்பது டிரக்கின் கோட்பாட்டிற்கு மிகவும் ஆபத்தானதாக மாறியது.

இந்த சிரமத்தைச் சமாளிக்க, டிராக் மிகவும் புத்திசாலித்தனமான யோசனையைக் கொண்டு வந்தார். அடுத்த அத்தியாயத்தில் நாம் பேசும் பாலி கொள்கையின்படி, ஒரு மாநிலத்தில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் இருக்க முடியாது என்று குறிப்பிட்டார், சுற்றியுள்ள உலகின் இயல்பான நிலையில், எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட அனைத்து நிலைகளும் ஆக்கிரமிக்கப்பட்டுள்ளன என்று அவர் கருதினார். எலக்ட்ரான்கள். எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்களின் அடர்த்தி எல்லா இடங்களிலும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இந்த சீரான அடர்த்தியை கவனிக்க முடியாது என்று டிராக் அனுமானித்தார். அதே நேரத்தில், எதிர்மறை ஆற்றலுடன் அனைத்து நிலைகளையும் நிரப்புவதற்கு தேவையானதை விட அதிகமான எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.

இந்த அதிகப்படியான நேர்மறை ஆற்றலுடன் கூடிய எலக்ட்ரான்களால் குறிக்கப்படுகிறது, இது நமது சோதனைகளில் நாம் கவனிக்க முடியும். விதிவிலக்கான சந்தர்ப்பங்களில், எதிர்மறை ஆற்றலைக் கொண்ட ஒரு எலக்ட்ரான், வெளிப்புற சக்தியின் செல்வாக்கின் கீழ், நேர்மறை ஆற்றலுடன் ஒரு மாநிலமாக மாறும். இந்த வழக்கில், ஒரு கவனிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் உடனடியாக தோன்றுகிறது மற்றும் அதே நேரத்தில் ஒரு துளை, ஒரு வெற்று இடம், எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்களின் விநியோகத்தில் உருவாகிறது. அத்தகைய துளையை சோதனை முறையில் கவனிக்க முடியும் என்றும், எலக்ட்ரானின் நிறைக்கு சமமான நிறை மற்றும் அதற்கு சமமான மின்னூட்டம் கொண்ட ஒரு துகள் போல நடந்து கொள்ள வேண்டும் என்றும், ஆனால் எதிர் அடையாளத்துடன் இருக்க வேண்டும் என்றும் டிராக் காட்டினார். எதிர் எலக்ட்ரான், பாசிட்டிவ் எலக்ட்ரான் என்று நினைப்போம். எதிர்பாராத விதமாக உருவான இந்த ஓட்டை நீண்ட காலம் இருக்க முடியாது. இது நேர்மறை ஆற்றலுடன் ஒரு எலக்ட்ரானால் நிரப்பப்படும், இது எதிர்மறை ஆற்றலுடன் ஒரு வெற்று நிலைக்கு தன்னிச்சையான மாற்றத்திற்கு உட்படும், கதிர்வீச்சுடன் சேர்ந்து. எனவே, எதிர்மறை ஆற்றல் கொண்ட நிலைகளின் அவதானிக்க முடியாத தன்மையை டிராக் விளக்கினார், அதே நேரத்தில் நேர்மறை எலக்ட்ரான்களின் சாத்தியக்கூறுகளை, அரிதான மற்றும் தற்காலிக இருப்பை முன்னறிவித்தார்.

சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி, டிராக்கின் கருதுகோள் மிகவும் எளிமையானது, ஆனால் முதல் பார்வையில் அது ஓரளவு செயற்கையாகத் தோன்றியது. நேர்மறை எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதை சோதனை உடனடியாக நிரூபிக்கவில்லை என்றால், ஏராளமான இயற்பியலாளர்கள் இது சம்பந்தமாக சற்றே சந்தேகம் கொண்டவர்களாக இருப்பார்கள்.

உண்மையில், 1932 ஆம் ஆண்டில், முதலில் ஆண்டர்சன், பின்னர் பிளாக்கெட் மற்றும் ஓசியாலினி ஆகியோரின் நுட்பமான சோதனைகள், காஸ்மிக் கதிர்களின் செல்வாக்கின் கீழ் அணுக்களின் சிதைவு நேர்மறை எலக்ட்ரான்களைப் போலவே செயல்படும் துகள்களை உருவாக்குகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தது. புதிய துகள்களின் நிறை எலெக்ட்ரானின் நிறைக்கு சமம் என்றும், அவற்றின் மின்னேற்றம் சமமாகவும், எலக்ட்ரானின் மின்னேற்றத்திற்கு எதிரொலியாகவும் இருந்தது என்பதை இன்னும் உறுதியாகக் கூற இயலாது என்றாலும், அடுத்தடுத்த சோதனைகள் இந்த தற்செயல் நிகழ்வை மேலும் மேலும் அதிகரித்தன. வாய்ப்பு. மேலும், நேர்மறை எலக்ட்ரான்கள் பொருளுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது அவை விரைவாக மறைந்துவிடும் (நிர்மூலமாக்கும்) மற்றும் அழிவு கதிர்வீச்சுடன் சேர்ந்துள்ளது. திபோ மற்றும் ஜோலியட்-கியூரியின் சோதனைகள் இந்த பிரச்சினையில் எந்த சந்தேகமும் இல்லை.

நேர்மறை எலக்ட்ரான்கள் தோன்றும் விதிவிலக்கான சூழ்நிலைகள் மற்றும் அவற்றின் ஆயுட்காலத்தை குறைத்து அழிக்கும் திறன் ஆகியவை டிராக் முன்னறிவித்த பண்புகளாகும். எனவே, நிலைமை எதிர்மாறாக மாறியது: எதிர்மறை ஆற்றலுடன் கூடிய டைராக் சமன்பாடுகளுக்கான தீர்வுகள் அவற்றை கேள்விக்குள்ளாக்குவது மட்டுமல்லாமல், மாறாக, இந்த சமன்பாடுகள் இருப்பதைக் கணித்து நேர்மறை பண்புகளை விவரித்தன என்பதைக் காட்டுகிறது. எலக்ட்ரான்கள்.

ஆயினும்கூட, துளைகளைப் பற்றிய டிராக்கின் கருத்துக்கள் வெற்றிடத்தின் மின்காந்த பண்புகள் தொடர்பான கடுமையான சிக்கல்களுக்கு வழிவகுக்கும் என்பதை நாம் ஒப்புக் கொள்ள வேண்டும். டிராக்கின் கோட்பாடு சீர்திருத்தப்பட்டு இரண்டு வகையான எலக்ட்ரான்களுக்கும் இடையில் அதிக சமச்சீர்நிலையை நிறுவும், இதன் விளைவாக துளைகள் பற்றிய யோசனை, அதனுடன் தொடர்புடைய சிரமங்களுடன் கைவிடப்படும். அதே நேரத்தில், நேர்மறை எலக்ட்ரான்களின் சோதனை கண்டுபிடிப்பு (இப்போது பாசிட்ரான்கள் என்று அழைக்கப்படுகிறது) டிராக் இயக்கவியலின் அடிப்படையிலான யோசனைகளின் புதிய மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க உறுதிப்படுத்தலை பிரதிபலிக்கிறது என்பதில் சந்தேகமில்லை. டைராக் சமன்பாடுகளின் சில பகுப்பாய்வு அம்சங்களைப் பற்றிய முழுமையான ஆய்வின் விளைவாக நிறுவப்பட்ட இரண்டு வகையான எலக்ட்ரான்களுக்கு இடையிலான சமச்சீர்மை மிகவும் ஆர்வமாக உள்ளது மற்றும் இயற்பியல் கோட்பாடுகளின் மேலும் வளர்ச்சியில் சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி முக்கிய பங்கு வகிக்கும்.

இயற்பியல் வேதியியல் புத்தகத்திலிருந்து: விரிவுரை குறிப்புகள் ஆசிரியர் பெரெசோவ்சுக் ஏ வி

விரிவுரை எண் 1. சிறந்த வாயு. ஒரு உண்மையான வாயுவின் நிலை சமன்பாடு 1. மூலக்கூறு இயக்கக் கோட்பாட்டின் கூறுகள் விஞ்ஞானம் நான்கு வகையான பொருளின் மொத்த நிலைகளை அறிந்திருக்கிறது: திட, திரவ, வாயு, பிளாஸ்மா. ஒரு பொருள் ஒரு நிலையில் இருந்து மற்றொரு நிலைக்கு மாறுவது கட்டம் என்று அழைக்கப்படுகிறது

உண்மைகளின் புதிய புத்தகத்திலிருந்து. தொகுதி 3 [இயற்பியல், வேதியியல் மற்றும் தொழில்நுட்பம். வரலாறு மற்றும் தொல்லியல். இதர] நூலாசிரியர் கோண்ட்ராஷோவ் அனடோலி பாவ்லோவிச்

2. ஒரு சிறந்த வாயுவின் நிலை சமன்பாடு அனுபவ வாயு விதிகளின் (ஆர். பாயில், ஜே. கே-லுசாக்) ஆய்வு படிப்படியாக ஒரு சிறந்த வாயு பற்றிய யோசனைக்கு வழிவகுத்தது, ஏனெனில் கொடுக்கப்பட்ட வெகுஜனத்தின் அழுத்தம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. ஒரு நிலையான வெப்பநிலையில் எந்த வாயுவும் நேர்மாறான விகிதாசாரமாகும்

நியூட்ரினோ புத்தகத்திலிருந்து - ஒரு அணுவின் பேய் துகள் ஐசக் அசிமோவ் மூலம்

4. ஒரு உண்மையான வாயுவின் நிலை சமன்பாடு வெவ்வேறு வாயுக்களை ஆய்வு செய்யும் போது மெண்டலீவ்-கிளாபிரான் சமன்பாடு மிகவும் துல்லியமாக திருப்தி அடையவில்லை என்று ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. டச்சு இயற்பியலாளர் ஜே.டி. வான் டெர் வால்ஸ் இந்த விலகல்களுக்கான காரணங்களை முதலில் புரிந்துகொண்டார்: அவற்றில் ஒன்று

இயக்கம் புத்தகத்திலிருந்து. வெப்பம் நூலாசிரியர் கிடேகோரோட்ஸ்கி அலெக்சாண்டர் இசகோவிச்

"நிச்சயமாக நீங்கள் நகைச்சுவையாக இருக்கிறீர்கள், மிஸ்டர் ஃபெய்ன்மேன்!" புத்தகத்திலிருந்து நூலாசிரியர் ஃபெய்ன்மேன் ரிச்சர்ட் பிலிப்ஸ்

ஆசிரியரின் பவர் சப்ளைஸ் மற்றும் சார்ஜர்ஸ் புத்தகத்திலிருந்து

XII. பொருளின் நிலைகள் இரும்பு நீராவி மற்றும் திட காற்று இது வார்த்தைகளின் விசித்திரமான கலவை அல்லவா? இருப்பினும், இது முட்டாள்தனம் அல்ல: இரும்பு நீராவி மற்றும் திட காற்று இரண்டும் இயற்கையில் உள்ளன, ஆனால் சாதாரண நிலைமைகளின் கீழ் இல்லை, நாம் என்ன நிலைமைகளைப் பற்றி பேசுகிறோம்? பொருளின் நிலை ஆசிரியரின் புத்தகத்திலிருந்து தீர்மானிக்கப்படுகிறது

அணுக்கள் எவ்வாறு ஆற்றலைப் பரிமாறிக் கொள்கின்றன? முதல் பரிசோதனையில், பாதரச நீராவி எடுக்கப்பட்டது. எலக்ட்ரான் எறிகணைகளின் ஆற்றல் படிப்படியாக அதிகரித்தது. குறைந்த எலக்ட்ரான் ஆற்றல்களில் பாதரச அணுக்களின் உற்சாகம் ஏற்படவில்லை என்று மாறியது. எலக்ட்ரான்கள் அவற்றைத் தாக்கின, ஆனால் அதே போல் குதித்தன

ஆசிரியரின் புத்தகத்திலிருந்து

எலெக்ட்ரான் தோன்றுகிறது வேதியியலில் அணு மற்றும் மூலக்கூறு கோட்பாடுகள் வளரும் போது, திரவங்களில் மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் குறைந்த அழுத்தத்தில் வாயுக்களில் மின் வெளியேற்றங்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சி அணு "பிரிக்க முடியாதது" அல்ல, ஆனால் கொண்டுள்ளது என்பதை வெளிப்படுத்தியது.

என்.கே. Gladysheva, IOSO RAO, பள்ளி எண். 548, மாஸ்கோ

நிலையான பாடப்புத்தகங்கள் என்று அழைக்கப்படுபவற்றில் இந்த பிரச்சினை குறிப்பாக விரிவாக விவாதிக்கப்படவில்லை. உயர்நிலைப் பள்ளி மாணவர்களுக்கு இது மிகவும் கடினமாகக் கருதப்பட்டது. அதே நேரத்தில், "இயல்புநிலையாக" மாணவர்கள் (மற்றும் பெரும்பாலும் ஆசிரியர்கள்) ஆற்றல் ஒரு நேர்மறையான அளவு மட்டுமே என்று நம்புகிறார்கள். பல்வேறு செயல்முறைகளில் ஆற்றல் மாற்றத்தை பகுப்பாய்வு செய்யும் போது இது தவறான புரிதலுக்கு வழிவகுக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, தண்ணீரைக் கொதிக்க வைக்கும் போது, பொருளுக்கு அளிக்கப்படும் அனைத்து ஆற்றலும் ஆவியாதல் செல்கிறது, அதே நேரத்தில் துகள் இயக்கத்தின் சராசரி இயக்க ஆற்றல் மாறாது, மற்றும் துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாகிறது என்பதை எவ்வாறு விளக்குவது? ஹீட்டரில் இருந்து வரும் ஆற்றல் எங்கே மறைகிறது? இப்படிப் பல உதாரணங்களைக் கூறலாம். ஆனால் உடல்களுக்கு இடையிலான தொடர்புகளின் ஆற்றல் நேர்மறையாகவும் எதிர்மறையாகவும் இருக்கலாம் என்று அமைதியாக இருக்காமல் இருப்பது மிகவும் பயனுள்ளது. இந்த விதியைப் புரிந்துகொள்வதில் உள்ள சிரமங்கள் வெகு தொலைவில் உள்ளன. எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஆரம்ப பள்ளி மாணவர்கள் கூட சுற்றுப்புற வெப்பநிலை நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறையாக இருக்கலாம் என்பதை புரிந்துகொள்கிறார்கள்! மேலும், பள்ளிக்குழந்தைகள், கெல்வின் அளவோடு, மற்ற வெப்பநிலை அளவீடுகளின் (செல்சியஸ், ஃபாரன்ஹீட், ரியாமூர்) இருப்பதை மிக எளிதாக உணர்கிறார்கள். எனவே, சில இயற்பியல் அளவின் எண் மதிப்பு அதன் குறிப்பின் வழக்கமாக தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட தோற்றம் சார்ந்தது என்ற எண்ணம் உயர்நிலைப் பள்ளி மாணவருக்கு புரியாது.

சாத்தியமான ஆற்றல் குறிப்பு புள்ளியைத் தேர்ந்தெடுப்பது

இயந்திர நிகழ்வுகளைப் படிக்கும்போது, பல சந்தர்ப்பங்களில் சாத்தியமான ஆற்றலுக்கான குறிப்பின் அளவைத் தேர்ந்தெடுப்பது வசதியானது, இதனால் அது எதிர்மறை மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும் என்பதை மாணவர்களுக்கு எவ்வாறு விளக்குவது என்பதை நாங்கள் காண்பிப்போம்.

ஆற்றல் மாற்றத்தின் பகுப்பாய்வு, அதன் வடிவங்களுடன் மாணவர்களின் விரிவான பரிச்சயத்தை குறிக்கிறது. எந்த ஒரு பாடப்புத்தகமும் m நிறையுடைய ஒரு உடல், சில வேகம் v உடன் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட குறிப்பு சட்டத்துடன் தொடர்புடையதாக நகரும், இந்த சட்டத்தில் இயக்க ஆற்றல் Ekin = mv2/2 உள்ளது. சில குறிப்பு சட்டத்தில் உடல் அசைவில்லாமல் இருந்தால், அதன் இயக்க ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம். எனவே, உடலின் இயக்க ஆற்றல் இயக்க ஆற்றல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. வேகம் v அல்லது உந்தம் p = mv போன்ற இயக்கத்தின் பிற பண்புகளைப் போலன்றி, இயக்க ஆற்றல் இயக்கத்தின் திசையுடன் தொடர்புடையது அல்ல. இது ஒரு அளவுகோல் அளவு. ஒரு உடலின் இயக்க ஆற்றல் மற்றும் உடல் அமைப்பு ஆகியவை எதிர்மறையான அளவாக இருக்க முடியாது என்பதை சுயாதீனமாக காட்ட மாணவர்களை அழைப்பது நல்லது.

சாத்தியமான ஆற்றலின் தன்மை முற்றிலும் வேறுபட்டதாக இருக்கும். ஒரு கணித ஊசல் விஷயத்தில் (ஒரு எடையற்ற நீட்டிக்க முடியாத நீளமான நூலில் இடைநிறுத்தப்பட்ட m இன் பொருள் புள்ளி), இது பூமியின் ஊசல் சுமையின் ஈர்ப்புடன் தொடர்புடையது. இந்த ஈர்ப்புத் தொடர்புதான் சுமை மேல்நோக்கி நகரும்போது அதன் வேகத்தைக் குறைக்கிறது. ஒரு டென்னிஸ் பந்து சுவரில் மோதினால், சாத்தியமான ஆற்றல் பந்தின் சிதைவுடன் தொடர்புடையது. பூமியுடனான சுமையின் தொடர்பு ஆற்றல் மற்றும் சிதைவின் ஆற்றல் ஆகியவை பொதுவானவை, அத்தகைய ஆற்றலை இயக்க ஆற்றலாக மாற்றலாம் மற்றும் நேர்மாறாகவும் மாற்றலாம்.

இருப்பினும், அனைத்து செயல்முறைகளும் மீளக்கூடியவை அல்ல. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு ஈயத் துண்டை ஒரு சுத்தியல் அடிக்கும்போது, சுத்தியலின் இயக்க ஆற்றல் ஒரு தடயமும் இல்லாமல் மறைந்துவிடும் போல் தெரிகிறது - தாக்கத்திற்குப் பிறகு சுத்தியல் கிட்டத்தட்ட பின்வாங்குவதில்லை. இந்த வழக்கில், சுத்தியலின் இயக்க ஆற்றல் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது மற்றும் அதன் அடுத்தடுத்த மீளமுடியாத சிதறல்.

சாத்தியமான ஆற்றல் என்ற கருத்தை இன்னும் விரிவாகப் பார்ப்போம். சாத்தியமான ஆற்றலின் தன்மை வேறுபட்டது, எனவே அதைக் கணக்கிடுவதற்கு ஒற்றை சூத்திரம் இல்லை. அனைத்து வகையான தொடர்புகளிலும், பூமி மற்றும் அதன் மேற்பரப்புக்கு அருகில் அமைந்துள்ள உடல்களின் ஈர்ப்பு தொடர்புகளை நாம் அடிக்கடி சந்திக்கிறோம், எனவே முதலில் நாம் ஈர்ப்பு தொடர்புகளின் அம்சங்களைப் பற்றிய விவாதத்தில் வாழ வேண்டும்.

பூமி அதன் மேற்பரப்புக்கு அருகில் அமைந்துள்ள உடல்களுடன் தொடர்பு கொள்ளும் ஆற்றலைக் கணக்கிடுவதற்கான சூத்திரம் என்ன? ஊசல் அலைவுகளால் பதில் பரிந்துரைக்கப்படுகிறது. தயவுசெய்து கவனிக்கவும் (படம் 1): புள்ளிகள் B, இதில் இயக்க ஆற்றல் முற்றிலும் மறைந்த (சாத்தியமான) வடிவமாக மாற்றப்படுகிறது, மற்றும் புள்ளி A,

ஊசல் இயக்க ஆற்றல் முழுமையாக மீட்டெடுக்கப்படும் இடத்தில், பூமியின் மேற்பரப்பிற்கு மேலே வெவ்வேறு உயரங்களில் உள்ளது. ஊசல் B புள்ளிக்கு உயரத்தின் உயரம் h ஆனது அதன் அடிமட்டப் புள்ளியில் உள்ள அதன் வேகம் v2max இன் சதுரத்திற்கு விகிதாசாரமாக உள்ளது என்பதையும் ஹ்யூஜென்ஸ் கண்டறிந்தார். A. புள்ளிகள் B இல் உள்ள மறைந்த (சாத்தியமான) ஆற்றலின் அளவை லீப்னிஸ் ஊசலின் நிறை m மூலம் மதிப்பிட்டார். சுமை மற்றும் அலைவுகளின் போது அதன் எழுச்சியின் உயரம் h. அதிகபட்ச வேகம் vmax மற்றும் உயரம் h இன் துல்லியமான அளவீடுகள் சமத்துவம் எப்போதும் திருப்திகரமாக இருப்பதைக் காட்டுகிறது:

இங்கு g  10 N/kg = 10 m/s2. ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதிக்கு இணங்க, ஊசல் அனைத்து இயக்க ஆற்றலும் புள்ளிகள் B இல் பூமியுடனான அதன் சுமையின் ஈர்ப்பு தொடர்பு ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது என்று கருதினால், இந்த தொடர்புகளின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி கணக்கிட வேண்டும். சூத்திரம்:

இந்த சூத்திரம் ஒரு நிபந்தனை உடன்படிக்கையை மறைக்கிறது: ஊடாடும் உடல்களின் நிலை, அவற்றின் தொடர்புகளின் ஆற்றல் En வழக்கமாக பூஜ்ஜியத்திற்கு (பூஜ்ஜிய நிலை) சமமாகக் கருதப்படுகிறது, எனவே இந்த நிலையில் உயரம் h = 0. ஆனால் தேர்ந்தெடுக்கும் போது பூஜ்ஜிய நிலை, இயற்பியலாளர்கள் வரம்பு பணிகளுக்கான தீர்வை எளிதாக்கும் விருப்பத்தால் மட்டுமே வழிநடத்தப்படுகிறார்கள். சில காரணங்களால் h0  0 உயரத்தில் ஒரு புள்ளியில் சாத்தியமான ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம் என்று கருதுவது வசதியானது என்றால், சாத்தியமான ஆற்றலுக்கான சூத்திரம் வடிவம் எடுக்கும்:

Ep = mg(h – h0).

ஒரு குன்றிலிருந்து ஒரு கல் விழுவதைக் கவனியுங்கள் (படம் 2). கல்லின் இயக்க ஆற்றல் Ek மற்றும் பூமியுடனான அதன் தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றல் En எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதை தீர்மானிக்க வேண்டியது அவசியம். குன்றின் விளிம்பில் (புள்ளி A) கல்லின் வேகம் பூஜ்ஜியம் என்று வைத்துக்கொள்வோம்.

ஒரு கல் விழும்போது, காற்றுடன் அதன் உராய்வு சிறியதாக இருக்கும், எனவே ஆற்றல் சிதறல் மற்றும் வெப்பமாக மாறுவது இல்லை என்று நாம் கருதலாம். இதன் விளைவாக, ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின் படி, ஒரு கல் விழும்போது, பூமி + கல் உடல்களின் இயக்கவியல் மற்றும் சாத்தியமான ஆற்றலின் கூட்டுத்தொகை மாறாது, அதாவது.

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

பின்வருவனவற்றைக் கவனிக்கலாம்.

1. A புள்ளியில் உள்ள பிரச்சனையின் நிலைமைகளின்படி, கல்லின் வேகம் பூஜ்ஜியமாகும், எனவே Ek| A = 0.

2. பிரச்சனையின் தீர்வை மிக எளிதாக்கும் வகையில் கல்லுக்கும் பூமிக்கும் இடையிலான தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றலின் பூஜ்ஜிய அளவைத் தேர்ந்தெடுப்பது வசதியானது. ஒரே ஒரு நிலையான புள்ளி மட்டுமே குறிக்கப்படுவதால் - பாறை A இன் விளிம்பு - அதையே தோற்றம் என்று எடுத்து எப்| A = 0. பின்னர் மொத்த ஆற்றல் (Ek + Ep)|A = 0. இதன் விளைவாக, ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின் மூலம், கல் மற்றும் பூமியின் இயக்கவியல் மற்றும் சாத்தியமான ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாக இருக்கும். பாதையின் புள்ளிகள்:

(Ek + Ep)|B = 0.

பூஜ்ஜியம் அல்லாத இரண்டு எண்களின் கூட்டுத்தொகை பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம், அவற்றில் ஒன்று எதிர்மறையாகவும் மற்றொன்று நேர்மறையாகவும் இருந்தால் மட்டுமே. இயக்க ஆற்றல் எதிர்மறையாக இருக்க முடியாது என்பதை நாம் ஏற்கனவே குறிப்பிட்டுள்ளோம். எனவே, சமத்துவம் (Ek + Ep)|B = 0 என்பது பூமியுடன் விழும் கல்லின் தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றல் எதிர்மறையான அளவு என்பதைத் தொடர்ந்து வருகிறது. இது பூஜ்ஜிய சாத்தியமான ஆற்றல் மட்டத்தின் தேர்வு காரணமாகும். கல்லின் ஆய h க்கு பூஜ்ஜிய குறிப்பு புள்ளியாக பாறையின் விளிம்பை எடுத்துக் கொண்டோம். கல் பறக்கும் அனைத்து புள்ளிகளும் குன்றின் விளிம்பிற்குக் கீழே உள்ளன, மேலும் இந்த புள்ளிகளின் h ஆயத்தொலைவுகளின் மதிப்புகள் பூஜ்ஜியத்திற்குக் கீழே உள்ளன, அதாவது. அவை எதிர்மறையானவை. இதன் விளைவாக, En = mgh சூத்திரத்தின்படி, பூமியுடன் விழும் கல்லின் தொடர்புகளின் ஆற்றல் En எதிர்மறையாக இருக்க வேண்டும்.

Ek + En = 0 ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின் சமன்பாட்டின்படி, பாறையின் விளிம்பிலிருந்து எந்த உயரத்திலும், கல்லின் இயக்க ஆற்றல் எதிர் அடையாளத்துடன் எடுக்கப்பட்ட அதன் சாத்தியமான ஆற்றலுக்கு சமம்:

Ek = –En = –mgh

(h என்பது எதிர்மறை மதிப்பு என்பதை நினைவில் கொள்ள வேண்டும்). ஆய ஆற்றல் Ep மற்றும் இயக்க ஆற்றல் Ek ஆகியவற்றின் சார்புநிலையின் வரைபடங்கள் ஆய h இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. 3.

ஒரு குறிப்பிட்ட செங்குத்து வேகம் v0 உடன் புள்ளி A இல் ஒரு கல் மேல்நோக்கி எறியப்படும் போது உடனடியாக வழக்கை ஆராய்வது பயனுள்ளதாக இருக்கும். ஆரம்ப தருணத்தில், கல்லின் இயக்க ஆற்றல் Ek = mv02/2, மற்றும் சாத்தியமான ஆற்றல், மரபுப்படி, பூஜ்ஜியமாகும். பாதையில் ஒரு தன்னிச்சையான புள்ளியில், மொத்த ஆற்றல் இயக்கவியல் மற்றும் சாத்தியமான ஆற்றல்கள் mv2/2 + mgh ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகைக்கு சமமாக இருக்கும். ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதி பின்வருமாறு எழுதப்பட்டுள்ளது:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

இங்கே h நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மதிப்புகள் இரண்டையும் கொண்டிருக்கலாம், இது கல் எறியும் புள்ளியிலிருந்து மேல்நோக்கி நகரும் அல்லது A புள்ளிக்கு கீழே விழுவதற்கு ஒத்திருக்கிறது. எனவே, h இன் சில மதிப்புகளுக்கு ஆற்றல் நேர்மறையாகவும் மற்றவர்களுக்கு எதிர்மறையாகவும் இருக்கும். இந்த உதாரணம், சாத்தியமான ஆற்றலை ஒரு குறிப்பிட்ட அடையாளமாக ஒதுக்கும் மாநாட்டை மாணவருக்குக் காட்ட வேண்டும்.

மேற்கூறிய விஷயங்களைப் பற்றி மாணவர்களுக்குத் தெரிந்த பிறகு, பின்வரும் கேள்விகளை அவர்களுடன் விவாதிப்பது நல்லது:

1. எந்த நிலையில் உடலின் இயக்க ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம்? உடலின் சாத்தியமான ஆற்றல்?

2. படம் 1 இல் உள்ள வரைபடம் பூமி + கல் உடல்களின் அமைப்பின் ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதிக்கு ஒத்துப்போகிறதா என்பதை விளக்குங்கள். 3.

3. வீசப்பட்ட பந்தின் இயக்க ஆற்றல் எவ்வாறு மாறுகிறது? எப்போது குறையும்? அதிகரித்து வருகிறதா?

4. ஏன், ஒரு கல் விழும்போது, அதன் ஆற்றல் எதிர்மறையாக மாறும், ஆனால் ஒரு சிறுவன் மலையிலிருந்து கீழே உருளும் போது, அது நேர்மறையாகக் கருதப்படுகிறது?

புவியீர்ப்பு புலத்தில் உடலின் சாத்தியமான ஆற்றல்

அடுத்த கட்டமாக, புவியீர்ப்புப் புலத்தில் உள்ள உடலின் ஆற்றலைப் பற்றி மாணவர்களுக்கு அறிமுகப்படுத்துவது. பூமியின் புவியீர்ப்பு புலத்துடன் ஒரு உடலின் தொடர்பு ஆற்றல் En = mgh சூத்திரத்தால் விவரிக்கப்படுகிறது, பூமியின் ஈர்ப்பு புலம் ஆயத்தொலைவுகளில் இருந்து சுயாதீனமாக ஒரே மாதிரியாக கருதப்பட்டால் மட்டுமே. ஈர்ப்பு புலம் உலகளாவிய ஈர்ப்பு விதியால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

என்.கே. Gladysheva, IOSO RAO, பள்ளி எண். 548, மாஸ்கோ

சாத்தியமான ஆற்றல் குறிப்பு புள்ளியைத் தேர்ந்தெடுப்பது

Ep = mg(h – h0).

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

பின்வருவனவற்றைக் கவனிக்கலாம்.

(Ek + Ep)|B = 0.

Ek = –En = –mgh

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

புவியீர்ப்பு புலத்தில் உடலின் சாத்தியமான ஆற்றல்

R என்பது பூமியின் வெகுஜன மையத்திலிருந்து (தோற்றமாக எடுத்துக் கொள்ளப்பட்ட) கொடுக்கப்பட்ட புள்ளிக்கு வரையப்பட்ட ஆரம் திசையன் ஆகும் (புவியீர்ப்பு விதியில், உடல்கள் புள்ளி போன்ற மற்றும் அசைவற்றதாகக் கருதப்படுகின்றன என்பதை நினைவில் கொள்க). எலெக்ட்ரோஸ்டேடிக்ஸ் உடன் ஒப்பிடுவதன் மூலம், இந்த சூத்திரத்தை இவ்வாறு எழுதலாம்:

மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில் ஈர்ப்பு புலத்தின் தீவிரத்தின் திசையன் என்று அழைக்கவும். புலத்தை உருவாக்கும் உடலிலிருந்து தூரத்துடன் இந்த புலம் மாறுகிறது என்பது தெளிவாகிறது. ஒரு ஈர்ப்பு புலத்தை எப்போது போதுமான துல்லியத்துடன் ஒரே மாதிரியாகக் கருதலாம்? வெளிப்படையாக, இது ஒரு இடத்தில் சாத்தியமாகும், அதன் பரிமாணங்கள் h புலத்தின் மையத்தில் உள்ள தூரத்தை விட மிகவும் சிறியதாக இருக்கும். வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு வீட்டின் மேல் தளத்திலிருந்து ஒரு கல் விழுவதை நீங்கள் கருத்தில் கொண்டால், நீங்கள் பாதுகாப்பாக புறக்கணிக்கலாம். மேல் மற்றும் கீழ் தளங்களில் உள்ள ஈர்ப்பு புலத்தின் மதிப்பில் உள்ள வேறுபாடு. இருப்பினும், சூரியனைச் சுற்றியுள்ள கிரகங்களின் இயக்கத்தைப் படிக்கும் போது, கிரகம் ஒரு சீரான புலத்தில் நகர்கிறது என்று ஒருவர் கருத முடியாது, மேலும் ஒருவர் ஈர்ப்பு விதியைப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

உடல்களுக்கு இடையிலான ஈர்ப்பு விசையின் சாத்தியமான ஆற்றலுக்கான பொதுவான சூத்திரத்தை நீங்கள் பெறலாம் (ஆனால் இந்த முடிவை மீண்டும் உருவாக்க மாணவர்களைக் கேட்க வேண்டாம், இருப்பினும் அவர்கள் இறுதி சூத்திரத்தை அறிந்திருக்க வேண்டும்). எடுத்துக்காட்டாக, M1 மற்றும் m2 வெகுஜனங்களின் இரண்டு நிலையான புள்ளி உடல்களைக் கருத்தில் கொள்வோம், அவை ஒருவருக்கொருவர் R0 தொலைவில் அமைந்துள்ளன (படம் 4). இந்த உடல்களின் ஈர்ப்பு விசையின் ஆற்றலை En0 மூலம் குறிப்போம். உடல்கள் R1 தூரத்திற்கு சற்று நெருக்கமாக நகர்ந்துள்ளன என்று வைத்துக்கொள்வோம். இந்த உடல்களின் தொடர்பு ஆற்றல் En1 ஆனது. ஆற்றல் பாதுகாப்பு சட்டத்தின் படி:

Ep = Ep1 – Ep0 = Fthrust. சராசரி s,

எங்கே Fthrust cр - விசையின் திசையில் நகரும் உடலின் s = R1 - R0 பிரிவில் சராசரி ஈர்ப்பு விசையின் மதிப்பு. உலகளாவிய ஈர்ப்பு விதியின் படி, விசையின் அளவு:

R1 மற்றும் R0 தொலைவுகள் ஒன்றுக்கொன்று வேறுபட்டால், Rav2 தூரத்தை R1R0 தயாரிப்பு மூலம் மாற்றலாம். பிறகு:

இந்த சமத்துவத்தில் En1 ஒத்துள்ளது ஒத்திருக்கிறது. இதனால்:

ஈர்ப்பு தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றலின் இரண்டு அம்சங்களைக் குறிக்கும் ஒரு சூத்திரத்தை நாங்கள் பெற்றுள்ளோம் (இது ஈர்ப்பு ஆற்றல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது):

1. சூத்திரமே ஏற்கனவே சாத்தியமான புவியீர்ப்பு ஆற்றலின் பூஜ்ஜிய மட்டத்தின் தேர்வைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது: கேள்விக்குரிய உடல்களுக்கு இடையிலான தூரம் எல்லையற்றதாக இருக்கும்போது உடல்களின் ஈர்ப்பு தொடர்புகளின் ஆற்றல் பூஜ்ஜியமாகிறது. உடல்களின் ஈர்ப்பு விசையின் ஆற்றலின் பூஜ்ஜிய மதிப்பின் இந்த தேர்வு தெளிவான உடல் விளக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதை நினைவில் கொள்க: உடல்கள் ஒருவருக்கொருவர் எல்லையற்ற தூரம் நகரும்போது, அவை நடைமுறையில் ஈர்ப்பு விசையுடன் தொடர்புகொள்வதை நிறுத்துகின்றன.

2. பூமிக்கும் ராக்கெட்டுக்கும் இடையே உள்ள உண்மையான தூரம் எதுவாக இருந்தாலும், நிச்சயமாக, அத்தகைய குறிப்புப் புள்ளியுடன் கூடிய ஈர்ப்புத் தொடர்பு ஆற்றல் எப்போதும் எதிர்மறையாகவே இருக்கும்.

படத்தில். பூமியின் மையத்திற்கும் ராக்கெட்டுக்கும் இடையே உள்ள தூரத்தில் பூமியுடனான ராக்கெட்டின் ஈர்ப்பு தொடர்பு ஆற்றலின் சார்பு பற்றிய வரைபடத்தை படம் 5 காட்டுகிறது. நாம் பேசிய ஈர்ப்பு ஆற்றலின் இரண்டு அம்சங்களையும் இது பிரதிபலிக்கிறது: இந்த ஆற்றல் எதிர்மறையானது மற்றும் பூமிக்கும் ராக்கெட்டுக்கும் இடையிலான தூரம் அதிகரிக்கும் போது பூஜ்ஜியத்தை நோக்கி அதிகரிக்கிறது என்பதைக் காட்டுகிறது.

தொடர்பு ஆற்றல்

ஆற்றல் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை அளவுகளாக இருக்கலாம் என்று மாணவர்களால் பெறப்பட்ட அறிவு, ஒரு பொருளின் துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றலைப் பற்றிய ஆய்வில் அதன் பயன்பாட்டைக் கண்டறிய வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, மாணவர்களுக்கு பின்வரும் தரமான பகுத்தறிவை வழங்கலாம்.

பொருளின் துகள்கள் எப்போதும் குழப்பமாக நகர்வதை நாம் ஏற்கனவே பார்த்தோம். இந்த வழியில் நகரும் திறனை துகள்களுக்கு வழங்குவதன் மூலம் பல இயற்கை நிகழ்வுகளை விளக்க முடிந்தது. ஆனால் ஏன் மேஜைகள் மற்றும் பென்சில்கள், வீடுகளின் சுவர்கள் மற்றும் நாமே தனித்தனி துகள்களாக சிதறுவதில்லை?

பொருளின் துகள்கள் தொடர்பு கொள்கின்றன மற்றும் ஒருவருக்கொருவர் ஈர்க்கப்படுகின்றன என்று நாம் கருத வேண்டும். துகள்களின் போதுமான வலுவான பரஸ்பர ஈர்ப்பு மட்டுமே அவற்றை திரவங்கள் மற்றும் திடப்பொருட்களில் ஒருவருக்கொருவர் அருகில் வைத்திருக்கும் மற்றும் வெவ்வேறு திசைகளில் விரைவாக சிதறுவதைத் தடுக்கும். ஆனால் வாயுக்களில் உள்ள துகள்கள் ஏன் ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாக இருக்கவில்லை, ஏன் அவை பிரிந்து பறக்கின்றன? வெளிப்படையாக, வாயுக்களில் துகள்களின் ஒன்றோடொன்று அவற்றைத் தக்கவைக்க போதுமானதாக இல்லை.

இயக்கவியலில், உடல்களின் தொடர்புகளை (இணைப்பு) மதிப்பிடுவதற்கு, தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றல் போன்ற உடல் அளவைப் பயன்படுத்தினோம். பொருளின் இயக்கவியல் கோட்பாட்டில், பொருளின் துகள்களுக்கிடையேயான இணைப்பு அவற்றின் தொடர்பு Ec (இந்த ஆற்றல் எப்போதும் சாத்தியமில்லை) ஆற்றலால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. திரவங்கள் மற்றும் திடப்பொருட்களில் உள்ள துகள்கள் ஒன்றையொன்று வைத்திருக்கின்றன, ஆனால் வாயுக்களில் இல்லை, இந்த ஊடகங்களில் துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றல் வேறுபட்டது என்று கூறுகிறது.

வாயு. ஒரு வாயுவில், துகள்களுக்கு இடையிலான தூரம் பெரியது மற்றும் அவற்றின் இணைப்பு பலவீனமாக உள்ளது. துகள்கள் எப்போதாவது ஒன்றோடொன்று மோதிக் கொள்கின்றன மற்றும் பாத்திரத்தின் சுவர்களில். மோதல்கள் மீள் தன்மை கொண்டவை, அதாவது. மொத்த ஆற்றல் மற்றும் மொத்த வேகம் சேமிக்கப்படுகிறது. மோதல்களுக்கு இடையிலான இடைவெளியில், துகள்கள் சுதந்திரமாக நகரும், அதாவது. தொடர்பு கொள்ள வேண்டாம். ஒரு வாயுவில் உள்ள துகள்களின் தொடர்பு (பிணைப்பு) ஆற்றல் தோராயமாக பூஜ்ஜியம் என்று கருதுவது நியாயமானது.

திரவம். ஒரு திரவத்தில், துகள்கள் ஒன்றாக நெருக்கமாகவும், பகுதியளவும் தொடுகின்றன. அவர்களின் பரஸ்பர ஈர்ப்பு வலுவானது மற்றும் பிணைப்பு ஆற்றல் Ecw (நீர்) மூலம் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. திரவத்தின் பெரும்பகுதியிலிருந்து ஒரு மூலக்கூறைக் கிழிக்க, A > 0 வேலையைச் செய்ய வேண்டியது அவசியம். இதன் விளைவாக, மூலக்கூறு ஒரு வாயுவைப் போல சுதந்திரமாக மாறும், அதாவது. அதன் பிணைப்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாக கருதப்படலாம். ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதியின்படி, Ecw (நீர்) + A = 0, இதில் இருந்து Ecw (நீர்) = –A< 0.

தண்ணீரில் உள்ள துகள்களின் ஆற்றல் Eb(நீர்) இன் எண் மதிப்பை தீர்மானிக்க, பரிசோதனைக்கு திரும்புவோம். ஏற்கனவே அன்றாட அவதானிப்புகள் பரிந்துரைக்கின்றன: ஒரு கெட்டியில் கொதிக்கும் நீரை ஆவியாக்க, நீங்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு மரம் அல்லது வாயுவை எரிக்க வேண்டும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், வேலை செய்யப்பட வேண்டும். ஒரு தெர்மோமீட்டரைப் பயன்படுத்தி, கொதிக்கும் நீரின் வெப்பநிலையும் அதற்கு மேலே உள்ள நீராவியின் வெப்பநிலையும் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதை உறுதிப்படுத்திக் கொள்ளலாம். இதன் விளைவாக, கொதிக்கும் நீர் மற்றும் நீராவியில் துகள் இயக்கத்தின் சராசரி ஆற்றல் ஒன்றுதான். எரிபொருளிலிருந்து கொதிக்கும் நீருக்கு மாற்றப்படும் வெப்ப ஆற்றல் ஆவியாகும் நீரின் துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. அதாவது கொதிக்கும் நீரில் உள்ள துகள்களின் ஆற்றல் Eb நீராவியை விட குறைவாக உள்ளது. ஆனால் ஒரு ஜோடியில் Ec(ஜோடி) = 0, எனவே, ஒரு திரவத்தில் உள்ள துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்தை விட குறைவாக உள்ளது, அதாவது. எதிர்மறை.

கலோரிமீட்டர்களைப் பயன்படுத்தும் அளவீடுகள், சாதாரண வளிமண்டல அழுத்தத்தில் 1 கிலோ கொதிக்கும் நீரை ஆவியாக்க, சுமார் 2.3  106 J ஆற்றல் அதற்கு மாற்றப்பட வேண்டும் என்பதைக் காட்டுகிறது. இந்த ஆற்றலின் ஒரு பகுதி (தோராயமாக 0.2  106 J) செலவழிக்கப்படுகிறது, இதன் விளைவாக வரும் நீராவி திரவத்தின் மேற்பரப்பில் இருந்து ஒரு மெல்லிய அடுக்கிலிருந்து காற்றுத் துகள்களை இடமாற்றம் செய்யலாம். மீதமுள்ள ஆற்றல் (2.1  106 ஜே) நீர் துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றலை திரவத்திலிருந்து நீராவியாக மாற்றும் போது அதிகரிக்கிறது (படம் 6). 1 கிலோ தண்ணீரில் 3.2  1025 துகள்கள் இருப்பதாக கணக்கீடுகள் காட்டுகின்றன. ஆற்றலை 2.1  106 J ஆல் 3.2  1025 ஆல் வகுத்தால், நாம் பெறுகிறோம்: ஒவ்வொரு நீர் துகள்களையும் மற்ற துகள்களுடன் பிணைக்கும் ஆற்றல் Eb திரவத்திலிருந்து ஆவியாக மாறும்போது 6.6  10-20 J அதிகரிக்கிறது.

திடமான. பனியை உருக்கி தண்ணீராக மாற்ற, நீங்கள் வேலை செய்ய வேண்டும் அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வெப்பத்தை பனிக்கு மாற்ற வேண்டும். திட கட்டத்தில் நீர் மூலக்கூறுகளின் பிணைப்பு ஆற்றல் Eb< 0, причем эта энергия по модулю больше, чем энергия связи молекул воды в жидкой கட்டம். பனி உருகும்போது, அதன் வெப்பநிலை 0 °C ஆக இருக்கும்; உருகும் போது உருவாகும் நீர் அதே வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, ஒரு பொருளை திடப்பொருளிலிருந்து திரவ நிலைக்கு மாற்ற, அதன் துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றலை அதிகரிக்க வேண்டியது அவசியம். ஏற்கனவே உருகத் தொடங்கிய 1 கிலோ பனியை உருகுவதற்கு, நீங்கள் 3.3  105 J ஆற்றலைச் செலவிட வேண்டும் (படம் 7). இந்த ஆற்றல் அனைத்தும் பனியிலிருந்து தண்ணீருக்கு மாறும்போது துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றலை அதிகரிக்கப் பயன்படுகிறது. ஆற்றலைப் பகிர்தல்

3.3  1025 துகள்களின் எண்ணிக்கைக்கு 3.2  1025 துகள்கள் 1 கிலோ பனிக்கட்டியில் உள்ளன, ஐஸ் துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றல் Eb நீரைக் காட்டிலும் 10-20 J குறைவாக இருப்பதைக் காண்கிறோம்.

எனவே, நீராவி துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியமாகும். தண்ணீரில், மற்ற துகள்களுடன் அதன் ஒவ்வொரு துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றல் நீராவியை விட தோராயமாக 6.6  10-20 J குறைவாக உள்ளது, அதாவது. Eb(water) = –6.6  10-20 J. பனியில், மற்ற அனைத்து பனித் துகள்களுடனும் ஒவ்வொரு துகளின் பிணைப்பு ஆற்றல் நீரைக் காட்டிலும் 1.0  10-20 J குறைவாக உள்ளது (அதன்படி 6.6  10– 20 J + 1.0  10-20 J = 7.6  10-20 J நீராவியை விட குறைவாக). இதன் பொருள் பனியில் Ec(பனி) = –7.6  10–20 ஜே.

திரட்டலின் பல்வேறு நிலைகளில் உள்ள ஒரு பொருளின் துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றலின் அம்சங்களைக் கருத்தில் கொள்வது, ஒரு பொருளின் ஒருங்கிணைப்பு நிலையிலிருந்து மற்றொரு நிலைக்கு மாற்றும் போது ஆற்றலின் மாற்றத்தைப் புரிந்துகொள்வதற்கு முக்கியமானது.

குறிப்பாக, மாணவர்கள் இப்போது அதிக சிரமமின்றி பதிலளிக்கக்கூடிய கேள்விகளின் உதாரணங்களைத் தருவோம்.

1. ஒரு நிலையான வெப்பநிலையில் தண்ணீர் கொதிக்கிறது, ஒரு எரிவாயு பர்னர் சுடர் இருந்து ஆற்றல் உறிஞ்சி. இது நடக்கும்போது என்ன நடக்கும்?

A) நீர் மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்தின் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது;

B) நீர் மூலக்கூறுகளின் தொடர்பு ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது;

சி) நீர் மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்தின் ஆற்றல் குறைகிறது;

D) நீர் மூலக்கூறுகளின் தொடர்பு ஆற்றல் குறைகிறது.

(பதில்: பி.)

2. பனி உருகும்போது:

A) ஒரு பனிக்கட்டியின் இயக்க ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது;

B) பனியின் உள் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது;

C) ஒரு பனிக்கட்டியின் சாத்தியமான ஆற்றல் குறைகிறது;

D) பனியின் உள் ஆற்றல் குறைகிறது.

(பதில்: பி.)

இப்போது வரை, ஒருவருக்கொருவர் ஈர்க்கும் உடல்களுக்கு இடையிலான தொடர்புகளின் ஆற்றலைக் கருத்தில் கொண்டோம். மின்னியல் படிக்கும் போது, துகள்களின் தொடர்பு ஆற்றல் ஒருவரையொருவர் விரட்டும்போது நேர்மறையா அல்லது எதிர்மறையா என்ற கேள்வியை மாணவர்களுடன் விவாதிப்பது பயனுள்ளது. துகள்கள் ஒன்றையொன்று விரட்டும் போது, ஒருவருக்கொருவர் வெகு தொலைவில் செல்வதற்கு ஆற்றலை வழங்க வேண்டிய அவசியமில்லை. பரஸ்பர ஆற்றல் பறக்கும் துகள்களின் இயக்கத்தின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது மற்றும் துகள்களுக்கு இடையிலான தூரம் அதிகரிக்கும் போது பூஜ்ஜியமாகக் குறைகிறது. இந்த வழக்கில், தொடர்பு ஆற்றல் ஒரு நேர்மறையான மதிப்பு. பின்வரும் சிக்கல்களைப் பற்றி விவாதிக்கும்போது தொடர்பு ஆற்றலின் அடையாளம் காணப்பட்ட அம்சங்களை ஒருங்கிணைக்க முடியும்:

1. எதிரெதிர் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட இரண்டு பந்துகளுக்கு இடையிலான தொடர்பு ஆற்றல் நேர்மறையா அல்லது எதிர்மறையா? உங்கள் பதிலை நியாயப்படுத்துங்கள்.

2. இதேபோல் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட இரண்டு பந்துகளுக்கு இடையிலான தொடர்பு ஆற்றல் நேர்மறையா அல்லது எதிர்மறையா? உங்கள் பதிலை நியாயப்படுத்துங்கள்.

3. இரண்டு காந்தங்கள் ஒன்றுக்கொன்று ஒத்த துருவங்களைக் கொண்டு நெருங்குகின்றன. அவர்களின் தொடர்புகளின் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறதா அல்லது குறைகிறதா?

நுண்ணுயிரில் தொடர்பு ஆற்றல்

குவாண்டம் இயக்கவியலின் கருத்துகளின்படி, ஒரு அணு எலக்ட்ரான்களால் சூழப்பட்ட ஒரு கருவைக் கொண்டுள்ளது. அணுக்கருவுடன் தொடர்புடைய குறிப்பு சட்டத்தில், அணுவின் மொத்த ஆற்றல் என்பது அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள எலக்ட்ரான் இயக்கத்தின் ஆற்றல், நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கருவுடன் எலக்ட்ரான்களின் கூலம்ப் தொடர்புகளின் ஆற்றல் மற்றும் கூலம்ப் தொடர்புகளின் ஆற்றல். ஒன்றோடொன்று எலக்ட்ரான்கள். அணுக்களில் எளிமையானது - ஹைட்ரஜன் அணுவைக் கருத்தில் கொள்வோம்.

ஒரு எலக்ட்ரானின் மொத்த ஆற்றல் இயக்க ஆற்றலின் கூட்டுத்தொகைக்கும், அணுக்கருவுடன் கூலொம்ப் தொடர்புகளின் சாத்தியமான ஆற்றலுக்கும் சமம் என்று நம்பப்படுகிறது. போரின் மாதிரியின் படி, ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரானின் மொத்த ஆற்றல் ஒரு குறிப்பிட்ட மதிப்புகளை மட்டுமே எடுக்க முடியும்:

உலக மாறிலிகள் மற்றும் எலக்ட்ரானின் நிறை ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் E0 வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. E (n) இன் எண் மதிப்புகளை ஜூல்களில் அல்ல, ஆனால் எலக்ட்ரான் வோல்ட்களில் அளவிடுவது மிகவும் வசதியானது. அனுமதிக்கப்பட்ட முதல் மதிப்புகள்:

E(1) = –13.6 eV (நிலத்தின் ஆற்றல், எலக்ட்ரானின் மிகவும் நிலையான நிலை);

E(2) = –3.4 eV;

E(3) = –1.52 eV.

செங்குத்து ஆற்றல் அச்சில் (படம் 8) கோடுகளுடன் ஹைட்ரஜன் அணுவின் மொத்த ஆற்றலின் அனுமதிக்கப்பட்ட மதிப்புகளின் முழுத் தொடரையும் குறிப்பது வசதியானது. மற்ற வேதியியல் தனிமங்களின் அணுக்களுக்கான எலக்ட்ரான் ஆற்றலின் சாத்தியமான மதிப்புகளைக் கணக்கிடுவதற்கான சூத்திரங்கள் சிக்கலானவை, ஏனெனில் அணுக்களில் பல எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன, அவை அணுக்கருவுடன் மட்டுமல்லாமல், ஒருவருக்கொருவர் தொடர்பு கொள்கின்றன.

அணுக்கள் இணைந்து மூலக்கூறுகளை உருவாக்குகின்றன. மூலக்கூறுகளில், எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அணுக்கருக்களின் இயக்கம் மற்றும் தொடர்புகளின் படம் அணுக்களை விட மிகவும் சிக்கலானது. அதன்படி, உள் ஆற்றலின் சாத்தியமான மதிப்புகளின் தொகுப்பு மாறுகிறது மற்றும் மிகவும் சிக்கலானதாகிறது. எந்தவொரு அணு மற்றும் மூலக்கூறின் உள் ஆற்றலின் சாத்தியமான மதிப்புகள் சில அம்சங்களைக் கொண்டுள்ளன.

முதல் அம்சத்தை நாங்கள் ஏற்கனவே தெளிவுபடுத்தியுள்ளோம்: ஒரு அணுவின் ஆற்றல் அளவிடப்படுகிறது, அதாவது. தனித்துவமான மதிப்புகளின் தொகுப்பை மட்டுமே எடுக்க முடியும். ஒவ்வொரு பொருளின் அணுக்களும் அவற்றின் சொந்த ஆற்றல் மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன.

இரண்டாவது அம்சம் என்னவென்றால், அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் மொத்த ஆற்றலின் E(n) மதிப்புகள் அனைத்தும் எதிர்மறையானவை. இந்த அம்சம் ஒரு அணுவின் எலக்ட்ரான்களுக்கும் அதன் கருவுக்கும் இடையிலான பூஜ்ஜிய அளவிலான தொடர்பு ஆற்றலின் தேர்வுடன் தொடர்புடையது. எலக்ட்ரானை அதிக தூரத்தில் அகற்றும்போது அணுக்கருவுடன் எலக்ட்ரானின் தொடர்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும் என்பது பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகிறது, மேலும் அணுக்கருவுக்கு எலக்ட்ரானின் கூலம்ப் ஈர்ப்பு மிகக் குறைவு. ஆனால் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை முழுவதுமாக கிழிக்க, நீங்கள் சில வேலைகளைச் செய்து அதை நியூக்ளியஸ் + எலக்ட்ரான் அமைப்புக்கு மாற்ற வேண்டும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், எலக்ட்ரானுக்கும் கருவுக்கும் இடையிலான தொடர்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியமாக மாற, அது அதிகரிக்கப்பட வேண்டும். இதன் பொருள் எலக்ட்ரானுக்கும் கருவுக்கும் இடையிலான தொடர்புகளின் ஆரம்ப ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்தை விட குறைவாக உள்ளது, அதாவது. எதிர்மறை.

மூன்றாவது அம்சம் படத்தில் உள்ளவை. 8, ஒரு அணுவின் உள் ஆற்றலின் சாத்தியமான மதிப்புகளின் மதிப்பெண்கள் E = 0 இல் நிறுத்தப்படும். எலக்ட்ரான் + நியூக்ளியஸ் அமைப்பின் ஆற்றல் கொள்கையளவில் நேர்மறையாக இருக்க முடியாது என்று இது அர்த்தப்படுத்துவதில்லை. ஆனால் அது பூஜ்ஜியத்தை அடையும் போது, அமைப்பு அணுவாக நின்றுவிடுகிறது. உண்மையில், E = 0 மதிப்பில், எலக்ட்ரான் கருவில் இருந்து அகற்றப்படுகிறது, மேலும் ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவிற்கு பதிலாக, ஒரு எலக்ட்ரான் மற்றும் ஒரு அணுக்கரு ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்படவில்லை.

பிரிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் இயக்க ஆற்றல் Ek உடன் தொடர்ந்து நகர்ந்தால், இனி தொடர்பு கொள்ளாத துகள்கள் அயன் + எலக்ட்ரான் அமைப்பின் மொத்த ஆற்றல் E = 0 + Ek எந்த நேர்மறை மதிப்புகளையும் எடுக்கலாம்.

விவாதத்திற்கான பிரச்சினைகள்

1. அணுவின் உள் ஆற்றலை என்ன கூறுகள் உருவாக்குகின்றன?

2. ஹைட்ரஜன் அணுவின் உதாரணத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு அணுவின் ஆற்றலை ஏன் கருதினோம்?

3. ஒரு அணுவின் உள் ஆற்றலின் அம்சங்களை அதன் குவாண்டம் மெக்கானிக்கல் மாதிரியிலிருந்து என்ன முடிவுகள் பின்பற்றுகின்றன?

4. அணு அல்லது மூலக்கூறின் உள் ஆற்றலை ஏன் எதிர்மறையாகக் கருதுகிறோம்?

5. அயன் + எலக்ட்ரான் குழுவின் ஆற்றல் நேர்மறையாக இருக்க முடியுமா?

ஒரு அணுவின் உள் ஆற்றலுடன் பரிச்சயம் சாத்தியமான ஆற்றலின் எதிர்மறை மதிப்புகளின் சாத்தியக்கூறு பற்றிய அறிவை ஒருங்கிணைப்பது மட்டுமல்லாமல், பல நிகழ்வுகளை விளக்குகிறது, எடுத்துக்காட்டாக, ஒளிமின்னழுத்த விளைவின் நிகழ்வு அல்லது அணுக்களால் ஒளியின் உமிழ்வு. இறுதியாக, பெறப்பட்ட அறிவு, கருவில் உள்ள நியூக்ளியோன்களின் தொடர்பு பற்றிய ஒரு சுவாரஸ்யமான கேள்வியைப் பற்றி விவாதிக்க மாணவர்களை அனுமதிக்கும்.

அணுக்கரு நியூக்ளியோன்களை (புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள்) கொண்டுள்ளது என்று நிறுவப்பட்டது. புரோட்டான் என்பது எலக்ட்ரானின் நிறையை விட 2000 மடங்கு அதிகமான நிறை கொண்ட ஒரு துகள், நேர்மறை மின் கட்டணத்தை (+1) சுமந்து செல்கிறது. எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் மூலம் அறியப்பட்டபடி, ஒரே அடையாளத்தின் கட்டணங்கள் ஒன்றையொன்று விரட்டுகின்றன. எனவே, மின்காந்த தொடர்பு புரோட்டான்களைத் தள்ளுகிறது. மையமானது அதன் கூறு பாகங்களாக ஏன் பிரிந்து விடுவதில்லை? மீண்டும் 1919 ஆம் ஆண்டில், α-துகள்கள் மூலம் அணுக்கருவை குண்டுவீசி, E. ரதர்ஃபோர்ட் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரு புரோட்டானைத் தட்டுவதற்கு, α-துகள் சுமார் 7 MeV ஆற்றலைக் கொண்டிருக்க வேண்டும் என்பதைக் கண்டறிந்தார். ஒரு அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரானை அகற்றுவதற்குத் தேவையான சக்தியை விட இது பல லட்சம் மடங்கு அதிக ஆற்றல்!

பல சோதனைகளின் விளைவாக, கருவின் உள்ளே இருக்கும் துகள்கள் அடிப்படையில் புதிய வகை தொடர்புகளால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன என்பது நிறுவப்பட்டது. அதன் தீவிரம் மின்காந்த தொடர்புகளின் தீவிரத்தை விட நூற்றுக்கணக்கான மடங்கு அதிகமாக உள்ளது, அதனால்தான் இது வலுவான தொடர்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்த தொடர்பு ஒரு முக்கியமான அம்சத்தைக் கொண்டுள்ளது: இது ஒரு குறுகிய வரம்பைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் நியூக்ளியோன்களுக்கு இடையிலான தூரம் 10-15 மீக்கு மிகாமல் இருக்கும்போது மட்டுமே "ஆன்" ஆகும். இது அனைத்து அணுக்கருக்களின் சிறிய அளவை விளக்குகிறது (10-14 மீட்டருக்கு மேல் இல்லை).

நியூக்ளியஸின் புரோட்டான்-நியூட்ரான் மாதிரியானது கருவில் உள்ள நியூக்ளியோன்களின் பிணைப்பு ஆற்றலைக் கணக்கிட அனுமதிக்கிறது. அளவீடுகளின்படி இது தோராயமாக –7 MeV க்கு சமம் என்பதை நினைவில் கொள்வோம். 4 புரோட்டான்களும் 4 நியூட்ரான்களும் இணைந்து பெரிலியம் அணுக்கருவை உருவாக்குகின்றன என்று கற்பனை செய்வோம். ஒவ்வொரு நியூட்ரானின் நிறை mn = 939.57 MeV, மற்றும் ஒவ்வொரு புரோட்டானின் நிறை mp = 938.28 MeV ஆகும் (இங்கு நாம் அணு இயற்பியலில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட அலகுகளின் அமைப்பைப் பயன்படுத்துகிறோம், இதில் நிறை கிலோகிராமில் அல்ல, ஆனால் அதற்கு சமமான ஆற்றல் அலகுகளில் அளவிடப்படுகிறது, ஐன்ஸ்டீனின் தொடர்பு E0 = mc2) ஐப் பயன்படுத்தி மீண்டும் கணக்கிடப்பட்டது. இதன் விளைவாக, 4 புரோட்டான்கள் மற்றும் 4 நியூட்ரான்கள் கருவாக இணைவதற்கு முன் உள்ள மொத்த ஓய்வு ஆற்றல் 7511.4 MeV ஆகும். Be நியூக்ளியஸின் மீதமுள்ள ஆற்றல் 7454.7 MeV ஆகும். இது நியூக்ளியோன்களின் மீதமுள்ள ஆற்றல் (7511.4 MeV) மற்றும் நியூக்ளியோன்களின் பிணைப்பு ஆற்றலின் கூட்டுத்தொகையாகக் குறிப்பிடப்படலாம் Eb. அதனால்தான்:

7454.7 MeV = 7511.4 MeV + Ev.

இங்கிருந்து நாம் பெறுகிறோம்:

Ep = 7454.7 MeV –7511.4 MeV = –56.7 MeV.

இந்த ஆற்றல் பெரிலியம் அணுக்கருவின் அனைத்து 8 நியூக்ளியோன்களிலும் விநியோகிக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, அவை ஒவ்வொன்றும் தோராயமாக –7 MeV க்குக் கணக்குக் காட்டுகின்றன, சோதனைகளில் இருந்து பின்வருமாறு. பரஸ்பரம் ஈர்க்கப்பட்ட துகள்களின் பிணைப்பு ஆற்றல் எதிர்மறை அளவு என்பதை மீண்டும் கண்டறிந்தோம்.

ஆசிரியர் தேர்வு