Презентация, доклад по физике на тему СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Содержание

1. Принцип относительности Галилея.

Слайд 1 СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО)
1. Принцип относительности Галилея. Закон сложения скоростей
2.

Постулаты Эйнштейна
3. Преобразования Лоренца
4. Следствия из преобразований Лоренца
5. Релятивистская механика
6. Взаимосвязь массы и энергии покоя
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО) 1. Принцип относительности Галилея.

Слайд 21. Принцип относительности Галилея.

1. Принцип относительности Галилея.

Слайд 3Механика Ньютона оказалась замечатель-ным приближением к релятивистской механике, справедливым в области


Большинство встречающихся в повседневной жизни скоростей значительно меньше скорости света. Но существуют явления, где это не так (ядерная физика, электромагнетизм, фотоэффект, астрономия ).
По классической механике: механические явления происходят одинаково в двух системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.


Механика Ньютона оказалась замечатель-ным приближением к релятивистской механике, справедливым в области Большинство встречающихся в повседневной жизни скоростей

Слайд 4 Рассмотрим две инерциальные системы отсчета k и k'. Система k' движется

относительно k со скоростью
вдоль оси x. Точка М движется в двух системах отсчета:


Рисунок 8.1

Рассмотрим две инерциальные системы отсчета k и k'. Система k' движется относительно k со скоростьювдоль

Слайд 5 Найдем связь между координатами точки M в обеих системах отсчета. Отсчет

начнем, когда начала координат систем – совпадают, то есть Тогда:



(1.1)

Это т.н. преобразования Галилея.

Найдем связь между координатами точки M в обеих системах отсчета. Отсчет начнем, когда начала координат систем –

Слайд 6
В уравнениях (8.1.1) время

– т. е. в классической механике предполагалось, что время течет одинаково в обеих системах отсчета независимо от скорости. «Существует абсолютное время, которое течет всегда одинаково и равномерно», – говорил И. Ньютон.

В векторной форме преобразования Галилея можно записать так:



(1.2)

В уравнениях (8.1.1) время – т. е. в классической

Слайд 7 Продифференцируем это выражение по времени, получим: закон сложения

скоростей в классической механике:


или,


(1.3)

Скорость движения точки М (сигнала)
в системе k' и в системе k различны.

Продифференцируем это выражение по времени, получим: закон сложения скоростей в классической механике:или, (1.3) Скорость

Слайд 8Преобразования Галилея
Таким образом видим, что для однозначного определения кинематических параметров, описывающих

движение материальной точки относительно СО K, по измерениям, проведенным в СО K', необходимо знать связь моментов времени t и t0
В классической механике проблема взаимосвязи моментов времени в различных СО решается постулатом Галилея

Моменты времени в различных СО
совпадают
с точность до постоянной величины,
определяемой процедурой синхронизации часов

Обычно считают часы синхронизированными таким образом, что const = 0, то есть

При таком способе синхронизации

Из последнего уравнения несложно получить связь ускорений в произвольных СО
где ao - ускорение системы K0 относительно системы K

Эти уравнения называют преобразованиями Галилея для произвольных СО

Преобразования ГалилеяТаким образом видим, что для однозначного определения кинематических параметров, описывающих движение материальной точки относительно СО K,

Слайд 9

Законы природы, определяющие изменение состояния движения механических систем не зависят от

того, к какой из двух инерциальных систем отсчета они относятся.
Это принцип относительности Галилея.



Законы природы, определяющие изменение состояния движения механических систем не зависят от того, к какой из двух инерциальных

Слайд 10 Из преобразований Галилея и принципа относительности следует, что взаимодействия в классической

физике должны передаваться с бесконечно большой скоростью В противном случае можно было бы одну инерциальную систему отсчета отличить от другой по характеру протекания в них физических процессов.
Принцип относительности Галилея и законы Ньютона подтверждались ежечасно при рассмотрении любого движения, и господствовали в физике более 200 лет.


Из преобразований Галилея и принципа относительности следует, что взаимодействия в классической физике должны передаваться с бесконечно большой

Слайд 11 В 1865 г. появилась теория Дж. Максвелла, и уравнения Максвелла не

подчинялись преобразованиям Галилея. Ее мало кто принял сразу, она не получила признания при жизни Максвелла. Но вскоре все сильно изменилось, когда в 1887 г. после открытия электромагнитных волн Герцем, были подтверждены все следствия, вытекающие из теории Максвелла – ее признали. Появилось множество работ, развивающих теорию Максвелла.
В 1865 г. появилась теория Дж. Максвелла, и уравнения Максвелла не подчинялись преобразованиям Галилея. Ее мало кто

Слайд 12 В теории Максвелла, скорость света (скорость распространения электромагнит-ных волн), конечна

и равна


А в теории Галилея скорость передачи сигнала бесконечна и зависит от системы отсчета

Первые догадки о конечности распространения скорости света, были высказаны еще Галилеем. Астроном Рёмер в 1676 г. пытался найти скорость света. По его приближенным расчетам, она была равна





В теории Максвелла, скорость света (скорость распространения электромагнит-ных волн), конечна и равна

Слайд 13 Нужна была экспериментальная проверка теории Максвелла. Он сам предложил идею опыта

– использовать Землю в качестве движущейся системы (Известно, что скорость движения Земли

В 1881г. были выполнены опыты, которые доказали независимость скорости света от скорости источника или наблюдателя.

Необходимый для опыта прибор изобрел блестящий военно-морской офицер США – А. Майкельсон


Нужна была экспериментальная проверка теории Максвелла. Он сам предложил идею опыта – использовать Землю в качестве движущейся

Слайд 14Интерферометр Майкельсона
Рисунок 3

Интерферометр МайкельсонаРисунок 3

Слайд 15 Вследствие сравнительно большой скорости движения Земли, свет должен был

иметь различные скорости по вертикальному и горизонтальному направлениям. Поэтому время, затрачиваемое светом на прохождение путей: источник S – полупрозрачное зеркало (ппз) – зеркало (з1) – ппз и источник – ппз – (зеркало) з2 – ппз должно быть различным.
Вследствие сравнительно большой скорости движения Земли, свет должен был иметь различные скорости по вертикальному и

Слайд 16 В результате, световые волны, пройдя указанные пути, должны были изменить интерференционную

картину на экране. Майкельсон проводил эксперименты в течение семи лет с 1881 г. в Берлине и с 1887 г. в США совместно с профессором Морли.
Точность первых опытов была невелика
Однако, опыт дал отрицательный результат: сдвиг интерференционной картины обнаружить не удалось. Таким образом, результаты опытов Майкельсона - Морли показали, что величина скорости света постоянна и не зависит от движения источника и наблюдателя.


В результате, световые волны, пройдя указанные пути, должны были изменить интерференционную картину на экране. Майкельсон проводил эксперименты

Слайд 17 Эти опыты повторяли и перепроверяли многократно. В конце 60-ых годов Ч.

Таунс довел точность измерения до ± 1 м/с. Скорость света осталась неизменной
Независимость скорости света от движения источника и от направления недавно была продемонстрирована с рекордной точностью в экспериментах,


выполненных исследователями из университетов г. Констанц
и г. Дюссельдорф

в которых установлена лучшая на сегодняшний день точность

Эти опыты повторяли и перепроверяли многократно. В конце 60-ых годов Ч. Таунс довел точность измерения до ±

Слайд 18 Эта точность в 3 раза выше достигнутой ранее. Исследовалась стоячая электромагнитная

волна в полости кристалла сапфира, охлажденного жидким гелием. Два таких резонатора были ориентированы под прямым углом друг к другу. Вся установка могла вращаться, что позволило установить независимость скорости света от направления.


Эта точность в 3 раза выше достигнутой ранее. Исследовалась стоячая электромагнитная волна в полости кристалла сапфира, охлажденного

Слайд 19 Было много попыток объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли. Наиболее известна гипотеза

Лоренца о сокращении размеров тел в направлении движения. Он даже вычислил эти сокращения, использовав для этого преобразование координат, которые так и называются «сокращения Лоренца-Фитцджеральда».
Дж. Лармор в 1889 г. доказал, что уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца. Очень близок был к созданию теории относительности Анри Пуанкаре. Но Альберт Эйнштейн был первым, кто четко и ясно сформулировал основные идеи теории относительности.
Было много попыток объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли. Наиболее известна гипотеза Лоренца о сокращении размеров тел в

Слайд 20Х.Лоренц
Г. Минковский
А.Эйнштейн

Х.ЛоренцГ. МинковскийА.Эйнштейн

Слайд 212. Принцип относительности Эйнштейна
В 1905 г. в журнале «Анналы физики» вышла

знаменитая статья А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», в которой была изложена специальная теория относительности (СТО).
Потом было много статей и книг, поясняющих, разъясняющих, интерпретирующих эту теорию.

2. Принцип относительности Эйнштейна В 1905 г. в журнале «Анналы физики» вышла знаменитая статья А. Эйнштейна «К электродинамике

Слайд 22 Принцип относительности Эйнштейна представляет собой фундаментальный физический закон, согласно которому любой

процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе находящейся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Иначе говоря, законы физики имеют одинаковую форму (инвариантны) во всех инерциальных системах отсчета.

Принцип относительности Эйнштейна представляет собой фундаментальный физический закон, согласно которому любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной

Слайд 23
Инвариантность – неизменность вида уравнения при переходе из одной системы отсчета

в другую (при замене координат и времени одной системы – другими).

2. Скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости источника и приемника света.
Все как-то пытались объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли, а Эйнштейн – постулировал это, как закон.

В основе СТО лежат два постулата Эйнштейна

1. Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Инвариантность – неизменность вида уравнения при переходе из одной системы отсчета в другую (при замене координат и

Слайд 24 В первом постулате главное, что время тоже относительно – такой же

параметр, как и скорость, импульс, и т.д.
Второй – возводит отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли – в ранг закона природы:
Специальная теория относительности представляет физическую теорию, изучающую пространственно-временные закономерности, справедливые для любых физических процессов, когда можно пренебречь действием тяготения.


В первом постулате главное, что время тоже относительно – такой же параметр, как и скорость, импульс, и

Слайд 253. Преобразования Лоренца
Формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в

другую с учетом постулатов Эйнштейна предложил Лоренц в 1904 г.

Лоренц Хендрик Антон (1853 – 1928) – нидерландский физик-теоретик, создатель классической электронной теории на основе электро-магнитной теории Максвелла-Герца.

3. Преобразования Лоренца Формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую с учетом постулатов Эйнштейна предложил

Слайд 26 Его работы посвящены термодинамике, электродинамике, статической динамике,

оптике, теории излучения, атомной физике. Вывел формулу, связывающую диэлектрическую проницаемость с плотностью диэлектрика (формула Лоренца -Лоренца), дал выражение для силы, действующей на движущийся заряд в электромагнитном поле (сила Лоренца), развил теорию дисперсии света.

Разработал электродинамику движущихся тел (преобразования Лоренца).
Член многих академий наук, в том числе и АН СССР, лауреат Нобелевской премии.

Его работы посвящены термодинамике, электродинамике, статической динамике, оптике, теории излучения, атомной физике. Вывел

Слайд 27 Рассмотрим две инерциальные системы отсчета (неподвижную и подвижную) k и k'.
Пусть

x, y, z, t координаты и время некоторого события в системе k, а x', y', z', t' координаты и время того же события в k'.
Рассмотрим две инерциальные системы отсчета (неподвижную и подвижную) k и k'.Пусть x, y, z, t координаты и

Слайд 28Как связаны между собой эти координаты и время?
В рамках классической

теории при
эта связь устанавливается преобразованиями Галилея, в основе которых лежат представления об абсолютном пространстве и независимом времени:


Из этих преобразований следует, что взаимодействия, в том числе и электромагнит-ные, должны передаваться с бесконечно большой скоростью и, скорость движения сигнала в системе k, отличается от скорости в системе k':

Как связаны между собой эти координаты и время? В рамках классической теории приэта связь устанавливается преобразованиями Галилея,

Слайд 29

Лоренц установил связь между координатами и временем события

в системах отсчета k и k' основываясь на постулатах СТО:



Лоренц установил связь между координатами и временем события в системах отсчета k и k'

Слайд 30 - все инерциальные системы отсчета физически эквивалентны;
- скорость света в вакууме

постоянна и конечна, во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости движения источника и наблюдателя.

Таким образом, при больших скоростях движения сравнимых со скоростью света, Лоренц получил
- все инерциальные системы отсчета физически эквивалентны; - скорость света в вакууме постоянна и конечна, во всех инерциальных

Слайд 31









где
Преобразования Лоренца.

где Преобразования Лоренца.

Слайд 32
Истинный физический смысл преобразований Лоренца был впервые установлен Эйнштейном в 1905

г. в СТО. В теории относительности время иногда называют четвертым измерением. Точнее говоря, величина ct, имеющая ту же размерность, что и x, y, z ведет себя как четвертая пространственная координата. В теории относительности ct и x проявляют себя с математической точки зрения сходным образом.
Истинный физический смысл преобразований Лоренца был впервые установлен Эйнштейном в 1905 г. в СТО. В теории относительности

Слайд 33 Полученные уравнения связывают координаты и время в подвижной k' и неподвижной

k системах отсчета. Отличие состоит только в знаке скорости υ, что и следовало ожидать, поскольку система k' движется относительно k слева направо со скоростью υ, но наблюдатель в системе k' видит систему k, движущуюся относительно него справа налево со скоростью минус υ.
При малых скоростях движения
или, при бесконечной скорости распрост-ранения взаимодействий теория дальнодействия), преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея (принцип соответствия).
(Разобрать самостоятельно)



Полученные уравнения связывают координаты и время в подвижной k' и неподвижной k системах отсчета. Отличие состоит только

Слайд 344. Следствия из преобразований Лоренца
1. Одновременность событий в СТО
По Ньютону, если

два события происходят одновременно, то это будет одновременно для любой системы отсчета (время абсолютно).
Эйнштейн задумался, как доказать одновременность?

Возьмем два источника света на Земле А и В:
4. Следствия из преобразований Лоренца1. Одновременность событий в СТО По Ньютону, если два события происходят одновременно, то это

Слайд 35Рисунок 8.4
Если свет встретится на середине АВ, то вспышки для человека

находящегося на Земле, будут одновременны. Но со стороны пролетающих мимо космонавтов со скоростью вспышки не будут казаться одновременными, т.к.


Рисунок 8.4 Если свет встретится на середине АВ, то вспышки для человека находящегося на Земле, будут одновременны. Но

Слайд 36 Рассмотрим это более подробно.
Пусть в системе k (на Земле) в точках

x1 и x2 происходят одновременно два события в момент времени Будут ли эти события одновременны в k' (в пролетающей мимо ракете)?
Для определения координат в k' воспользуемся преобразованиями Лоренца



(4.1)

Рассмотрим это более подробно.Пусть в системе k (на Земле) в точках x1 и x2 происходят одновременно два

Слайд 37
В соответствии с преобразованиями Лоренца для времени в системе k' получим:

(4.3)



(4.4)

В соответствии с преобразованиями Лоренца для времени в системе k' получим: (4.3) (4.4)

Слайд 38
События будут абсолютно одновременны в системах k и k', если они

происходят в один и тот же момент времени
в одном и том же месте

Если же в системе k
то из (8.4.1) и (8.4.2) видно, что и в k':
тогда из (8.4.3) и (8.4.4) видно, что события не одновременны, т.е.
Определим интервал времени между событиями в k':








События будут абсолютно одновременны в системах k и k', если они происходят в один и тот же

Слайд 39
(4.5)
Разница во времени будет зависеть от

и она может отличаться по знаку (ракета подлетает с той или другой стороны).

.



Интервал времени между событиями в k':

(4.5) Разница во времени будет зависеть от

Слайд 402. Лоренцево сокращение длины
(длина тел в разных системах отсчета)
Пусть

– собственная длина тела в системе, относительно которого тело неподвижно (например: в ракете движущейся со скоростью мимо неподвижной системы отсчета k (Земля)).
2. Лоренцево сокращение длины (длина тел в разных системах отсчета) Пусть

Слайд 41Рисунок 5



Измерение координат x1 и x2 производим одновременно

в системе и , т.е
Рисунок 5 Измерение координат x1 и x2 производим одновременно в системе и

Слайд 42 Используя преобразования Лоренца, для координат получим:


т.е.

или

(4.6)

Используя преобразования Лоренца, для координат получим:т.е.или (4.6)

Слайд 43 Формула называется Лоренцевым сокращением длины. Собственная длина

тела, есть максимальная длина.
Длина движущегося тела короче, чем покоящегося.

Причем, сокращается только проекция на ось x, т.е. размер тела вдоль направления движения.

Формула называется Лоренцевым сокращением длины. Собственная длина тела, есть максимальная длина. Длина движущегося

Слайд 443. Замедление времени
(длительность событий в разных системах отсчета)
Пусть вспышка лампы

на ракете длится где - собственное время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами.
Чему равна длительность вспышки с точки зрения человека находящего-ся на Земле, мимо которого пролетает ракета?
Так как тогда из преобразова-ний Лоренца:




3. Замедление времени(длительность событий в разных системах отсчета) Пусть вспышка лампы на ракете длится

Слайд 45
или

(4.7)
Из этого уравнения следует, что собственное время – минимально

(движущиеся часы идут медленнее покоящихся). Таким образом, вспышка на Земле будет казаться длиннее.
Этот вывод имеет множество экспериментальных подтверждений.
или (4.7) Из этого уравнения следует, что собственное время – минимально (движущиеся часы идут медленнее покоящихся). Таким

Слайд 47 Так, нестабильные элементарные частицы – пионы, рождающиеся в верхних слоях атмосферы,

на высоте 20 – 30 км, при воздействии на нее космических лучей, имеют собственное время жизни
За это время они могут пройти путь
Но, в результате того, что они двигаются с очень большими скоростями, сравнимыми со скоростью света, их время жизни увеличивается и они до своего распада способны достигать поверхности Земли. Отсюда следует вывод, что у движущихся пионов секунды «длиннее» земных секунд.



Так, нестабильные элементарные частицы – пионы, рождающиеся в верхних слоях атмосферы, на высоте 20 – 30 км,

Слайд 48 В 60 – 70 гг. замедление времени наблюдалось не только с

помощью нестабильных микрочастиц, но и проводились прямые измерения с использованием высокоточных часов, основанных на эффекте Мессбауэра. Двое таких часов показывают одно и то же время с точностью до
В 1971 г. Хафель и Китинг осуществили прямое измерение замедления времени, отправив два экземпляра атомных часов в кругосветное путешествие на реактивном самолете. Потом их показания сравнили с показаниями таких же часов, оставленных на Земле, в лаборатории ВМС США. Время запаздывания составило 273⋅ , что в пределах ошибок согласуется с теорией.
В 60 – 70 гг. замедление времени наблюдалось не только с помощью нестабильных микрочастиц, но и проводились

Слайд 49 Это следствие из преобразований Лоренца объясняет известный всем «парадокс близнецов» (самостоятельно).

Это следствие из преобразований Лоренца объясняет известный всем «парадокс близнецов» (самостоятельно).

Слайд 50
4. Парадокс близнецов

4. Парадокс близнецов

Слайд 51


Рис. 7.7

Рис. 7.7

Слайд 57



Рис. 2

Рис. 2

Слайд 58
4. Сложение скоростей в релятивистской механике
Пусть тело внутри

космического корабля движется со скоростью
и сам корабль движется с такой же скоростью
Чему равна скорость тела относительно Земли?
Используем для рассмотрения примера рисунок 8.2.



4. Сложение скоростей в релятивистской механике Пусть тело внутри космического корабля движется со скоростью и

Слайд 59Классическая механика ответит на этот вопрос просто: в соответствии с преобразованиями

Гали-лея, скорость тела относительно Земли будет:


что, конечно же противоречит положению СТО о том, что скорость света является предельной скоростью переноса информации, вещества и взаимодействий:


Классическая механика ответит на этот вопрос просто: в соответствии с преобразованиями Гали-лея, скорость тела относительно Земли будет:что,

Слайд 60 Оценим скорость тела, используя преобразования Лоренца.
Внутри корабля перемещение dx' за время

dt' равно Найдем dx и dt с точки зрения наблюдателя на Земле, исходя из преобразований Лоренца:



(4.8)


(4.9)

Оценим скорость тела, используя преобразования Лоренца. Внутри корабля перемещение dx' за время dt' равно

Слайд 61Так как

то:




(4.10)

Эта формула выражает правило сложения скоростей в релятивистской кинематике.

Так как то: (4.10) Эта формула выражает правило

Слайд 62 Подсчитаем скорость тела в нашем примере в соответствии полученной формулой:

Полученный результат

не противоречит положению СТО о предельности скорости света.
Подсчитаем скорость тела в нашем примере в соответствии полученной формулой: Полученный результат не противоречит положению СТО о предельности

Слайд 63 При медленных движениях, когда
получаем нерелятивистские формулы, соответствующие преобразованиям Галилея.
(Проверить самостоятельно)

Если

движение происходит со скоростью света, то



(4.11)

При медленных движениях, когда получаем нерелятивистские формулы, соответствующие преобразованиям Галилея.(Проверить самостоятельно) Если движение происходит со скоростью света, то (4.11)

Слайд 64 Полученные формулы сложения скоростей запрещают движение со скоростью больше скорости света.



Уравнения Лоренца преобразуют время и пространство так, что свет распространяется с одинаковой скоростью с точки зрения всех наблюдателей, независимо, двигаются они или покоятся.
Полученные формулы сложения скоростей запрещают движение со скоростью больше скорости света. Уравнения Лоренца преобразуют время и пространство

Слайд 655. Релятивистская механика

5. Релятивистская механика

Слайд 66 Ньютоновское выражение для импульса



Вот это выражение надо сделать инвариантным. Это возможно если в него будут входить инвариантные величины.




Ньютоновское выражение для импульса

Слайд 67

(5.2)
Это и есть релятивистское выражение для импульса.
Из (8.5.2) следует, что

никакое тело не может двигаться со скоростью большей или даже равной скорости света (при
знаменатель стремится к нулю, тогда
что невозможно в силу закона сохранения импульса).
(5.2) Это и есть релятивистское выражение для импульса. Из (8.5.2) следует, что никакое тело не может двигаться со

Слайд 69


Релятивистское выражение для энергии
По определению

– импульс релятивист-ской частицы, а скорость изменения импульса

равна силе, действующей на частицу

Работа силы по перемещению частицы идет на увеличение энергии частицы:



Релятивистское выражение для энергии По определению – импульс релятивист-ской частицы, а скорость

Слайд 70
После интегрирования этого выражения получим релятивистское выражение для энергии частицы:

(5.3)

где Е – полная энергия.

При в системе координат, где частица покоится, выражение (8.5.3) преобразуется:



(5.4)

– энергия покоя частицы.

После интегрирования этого выражения получим релятивистское выражение для энергии частицы: (5.3) где

Слайд 72 Именно утверждение о том, что в покоящейся массе (материи) огромные запасы

энергии, является главным практическим следствием СТО E0 – внутренняя энергия частицы (учитывающая все).

Полная энергия в теории относительности складывается из энергии покоя и кинетической энергии (К). Тогда
Именно утверждение о том, что в покоящейся массе (материи) огромные запасы энергии, является главным практическим следствием СТО

Слайд 73
Справедливость теории проверяется принципом соответствия: при
должно быть






Справедливость теории проверяется принципом соответствия: при должно быть

Слайд 74 Получим еще одно очень важное соотношение, связывающее полную энергию с импульсом

частицы.
Из уравнения



получим:

Таким образом, получили инвариантное выражение, связывающее энергию и импульс.

Получим еще одно очень важное соотношение, связывающее полную энергию с импульсом частицы.Из уравнения получим:Таким образом,

Слайд 756. Взаимосвязь массы и энергии покоя
Масса и энергия покоя связаны соотношением:

(8.6.1)

из которого вытекает, что всякое изменение массы Δm сопровождается изменением энергии покоя ΔE0.


Это утверждение носит название взаимосвязь массы и энергии покоя и стало символом современной физики.

6. Взаимосвязь массы и энергии покоя Масса и энергия покоя связаны соотношением: (8.6.1) из которого

Слайд 76 Взаимосвязь между массой и энергией оценивалась А. Эйнштейном как самый значительный

вывод специальной теории относительности. По его выражению, масса должна рассматриваться как «сосре-доточение колоссального количества энергии». При этом масса в теории относительности не является более сохраняющейся величиной, а зависит от выбора системы отсчета и характера взаимодействия между частицами.


Взаимосвязь между массой и энергией оценивалась А. Эйнштейном как самый значительный вывод специальной теории относительности. По его

Слайд 77Эйнштейна имеем


Таким

образом, собственная энергия в 3,1·108 раз превышает химическую энергию.
Из этого примера видно, что если высвобождается лишь одна тысячная доля собственной энергии, то и это количество в миллионы раз больше того, что могут дать обычные источники энергии.

Определим энергию, содержащуюся в 1 г. любого вещества, и сравним ее с химической энергией, получаемой при сгорании 1 г. угля равной . Согласно уравнению

Эйнштейна имеем Таким образом, собственная энергия в 3,1·108 раз

Слайд 78 Пример: пусть две одинаковые по массе частицы m движутся с одинаковыми

по модулю скоростями навстречу друг другу и абсолютно неупруго столкнутся.
До соударения полная энергия каждой

частицы Е равна:

Полная энергия образовавшейся частицы
(эта новая частица имеет скорость ). Из закона сохранения энергии:




При взаимодействии частиц суммарная масса взаимодействующих частиц не сохраняется.

Пример: пусть две одинаковые по массе частицы m движутся с одинаковыми по модулю скоростями навстречу друг другу

Слайд 79
откуда М равно:

(6.2)
Таким образом, сумма масс исходных частиц 2m, меньше

массы образовавшейся частицы М!
В этом примере, кинетическая энергия частиц превратилась в эквивалентное количество энергии покоя, а это привело к возрастанию массы
откуда М равно: (6.2) Таким образом, сумма масс исходных частиц 2m, меньше массы образовавшейся частицы М! В этом

Слайд 80
(это при отсутствии выделения энергии при соударении частиц).
Выражение «масса покоя» можно

употребить как синоним «энергия покоя».
Пусть система (ядро) состоит из N частиц с массами m1, m2…mi. Ядро не будет распадаться на отдельные частицы, если они связаны друг с другом. Эту связь можно охарактеризовать энергией связи Eсв.
(это при отсутствии выделения энергии при соударении частиц). Выражение «масса покоя» можно употребить как синоним «энергия покоя».Пусть система

Слайд 81 Энергия связи – энергия которую нужно затратить, чтобы разорвать связь между

частицами и разнести их на расстояние, при котором взаимодей-ствием частиц друг с другом можно пренебречь:


(6.3)

где ΔМ – дефект массы.


Видно, что Есв будет положительна, если


Энергия связи – энергия которую нужно затратить, чтобы разорвать связь между частицами и разнести их на расстояние,

Слайд 82 Это и наблюдается на опыте.

При

слиянии частиц энергия связи высвобождается (часто в виде электромагнитного излучения).
Например, ядро U238 имеет энергию связи

Eсв = 2,9⋅10–10 Дж ≈1,8⋅109 эВ = 1,8 ГэВ.

Это и наблюдается на опыте. При слиянии частиц энергия связи высвобождается (часто

Слайд 83Ядерные реакции
Ядерной реакцией называется процесс взаимодействия атомного ядра с элемен-тарной частицей

или другим ядром, приводящий к преобразованию исходного ядра. Например:

Это реакция взаимодействия протона с ядром лития. Реакция протекает с выделением энергии.

Ядерные реакции Ядерной реакцией называется процесс взаимодействия атомного ядра с элемен-тарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию

Слайд 84
В ядерной энергетике большой практический интерес имеют реакции с участием нейтронов,

в частности, реакция деления ядер



Реакция протекает при захвате ядрами
медленных нейтронов.
Ядра иттрия и йода – это осколки деления. Ими могут быть и другие ядра.

В ядерной энергетике большой практический интерес имеют реакции с участием нейтронов, в частности, реакция деления ядер

Слайд 85 Характерно, что в каждом акте деления возникает 2 – 3 нейтрона,

которые могут вызвать деление других ядер урана, причем, также с испусканием нейтронов. В результате количество делящихся ядер стремительно нарастает. Возникает цепная ядерная реакция с выделением большого количества энергии.


Характерно, что в каждом акте деления возникает 2 – 3 нейтрона, которые могут вызвать деление других ядер

Слайд 86х
В процессе деления ядро изменяет форму − последовательно проходит через следующие

стадии : шар, эллипсоид, гантель, два грушевидных осколка, два сферических осколка.
хВ процессе деления ядро изменяет форму − последовательно проходит через следующие стадии : шар, эллипсоид, гантель, два

Слайд 87х
При каждом делении вылетают 2 или 3 нейтрона

хПри каждом делении вылетают 2 или 3 нейтрона

Слайд 88 Его основные элементы: ядерное топливо, замедлитель нейтронов, теплоноситель для отвода

тепла и устройство для регулирования скорости реакции.

Устройство, в котором поддержи-вается управляемая реакция деления атомных ядер, называется ядерным реактором.

Его основные элементы: ядерное топливо, замедлитель нейтронов, теплоноситель для отвода тепла и устройство для регулирования скорости

Слайд 89х
Первая атомная электростанция мощностью 5 МВт была построена пущена в СССР

27.6.1954 г. в г. Обнинске
хПервая атомная электростанция мощностью 5 МВт была построена пущена в СССР 27.6.1954 г. в г. Обнинске

Слайд 90документальная фотография
А. М. Антонова, ТЭФ

документальная фотография А. М. Антонова, ТЭФ

Слайд 91Конструктивная схема реактора на быстрых нейтронах типа БН-600 Корпусной –

интегральная компоновка. Топливо – высокообога-щенная двуокись урана (до 21% по урану 235U). Теплоноситель – жидкий Na. Тип твэлов – стержневые.
Конструктивная схема реактора на быстрых нейтронах типа БН-600 Корпусной – интегральная компоновка.

Слайд 92Реакторы типа ВВРд (PWR)
анимация схемы
А. М. Антонова, ТЭФ

Реакторы типа ВВРд (PWR)анимация схемы А. М. Антонова, ТЭФ

Слайд 93х
Неуправляемая ядерная реакция – ядерный взрыв

хНеуправляемая ядерная реакция – ядерный взрыв

Слайд 94
Термоядерные реакции
Термоядерные реакции – это реакции синтеза легких ядер, протекающие при

очень высоких температурах. Высокие температуры необходимы для сообщения ядрам энергии, достаточной для того, чтобы сблизиться до расстояния, сравнимого с радиусом действия ядерных сил:
(10–15 м).
Термоядерные реакции Термоядерные реакции – это реакции синтеза легких ядер, протекающие при очень высоких температурах. Высокие температуры необходимы

Слайд 95 Энергия, выделяющаяся в процессе термоядерных реакций в расчете на один нуклон,

существенно превышает удельную энергию, выделяющуюся в процессе реакций деления тяжелых ядер. Так, при синтезе тяжелого водорода – дейтерия, со сверхтяжелым изотопом водорода – тритием, выделяется энергия около 3,5 МэВ на один нуклон, в то время как в процессе деления ядер урана, выделяется примерно 0,85 МэВ энергии на один нуклон.


Энергия, выделяющаяся в процессе термоядерных реакций в расчете на один нуклон, существенно превышает удельную энергию, выделяющуюся в

Слайд 96
наиболее перспективна в плане получения практически неисчерпаемого источника энергии. Однако, осуществление

такой реакции в управляемом режиме, равно как и других реакций синтеза, в настоящее время является пока проблемной задачей, хотя успехи в этом направлении несомненны. В настоящее время уже получена плазма, температура которой порядка 2·108 К, а время удержания не менее 2 с при выделяемой мощности до 2 МВт.

Термоядерная реакция синтеза дейтерия с тритием:

наиболее перспективна в плане получения практически неисчерпаемого источника энергии. Однако, осуществление такой реакции в управляемом режиме, равно

Слайд 97 В настоящее время, в рамках осуществления мировой термоядерной программы, интенсивно разрабатываются

новейшие системы типа токамак.
В настоящее время, в рамках осуществления мировой термоядерной программы, интенсивно разрабатываются новейшие системы типа токамак.

Слайд 98На рисунке 4.12 изображена схема токамака: 1 – первичная обмотка трансформатора;

2 – катушки тороидального магнитного поля; 3 – лайнер, тонкостенная внутренняя камера для выравнивания тороидального электрического поля; 4 – катушки тороидального магнитного поля; 5 – вакуумная камера; 6 – железный сердечник (магнитопровод).
На рисунке 4.12 изображена схема токамака: 1 – первичная обмотка трансформатора; 2 – катушки тороидального магнитного поля;

Слайд 100
Есть надежда, что термоядерный реактор практического применения будет создан уже в

первой четверти XXI века.
Есть надежда, что термоядерный реактор практического применения будет создан уже в первой четверти XXI века.

Слайд 101
При ядерных реакциях выделяется в виде энергии не более 0,1

% массы вещества.
Полностью энергия покоя выделяется только при аннигиляции, в виде электромагнитного излучения, как например, при аннигиляции электрона и позитрона
При ядерных реакциях выделяется в виде энергии не более 0,1 % массы вещества. Полностью энергия покоя
Скачать презентацию

Похожие презентации

Интеллектуальная игра по физике на тему Электрические явления Интеллектуальная игра по физике на тему Электрические явления 215
Презентация по физике на тему Электрическая цепь и ее составные части. (8 класс) Презентация по физике на тему Электрическая цепь и ее составные части. (8 класс) 228
Презентация к задаче турнира юных физиков Отскакивающий шарик Презентация к задаче турнира юных физиков Отскакивающий шарик 391
Презентация по физике 10 класс на тему: Решение задач на тему Прямолинейное равноускоренное движениеурок 3 Презентация по физике 10 класс на тему: Решение задач на тему Прямолинейное равноускоренное движениеурок 3 212
Физика и космос. Физика и космос. 528
Презентация по физике на тему Солнечная система Презентация по физике на тему Солнечная система 208

Что такое shareslide.ru?

Это сайт презентаций, где можно хранить и обмениваться своими презентациями, докладами, проектами, шаблонами в формате PowerPoint с другими пользователями. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть