XII. Stanja materije Gvozdena para i čvrsti vazduh Nije li to čudna kombinacija reči? Međutim, to uopšte nije besmislica: i para gvožđa i čvrsti vazduh postoje u prirodi, ali ne u običnim uslovima o kojima je reč? Stanje materije se utvrđuje iz autorove knjige

Kako atomi razmjenjuju energiju? U prvom eksperimentu uzeta je živa para. Energija elektronskih projektila se postepeno povećavala. Pokazalo se da pri niskim energijama elektrona nije došlo do ekscitacije atoma žive. Elektroni su ih udarili, ali su se isto odbili

Pojavljuje se elektron Dok su se atomske i molekularne teorije razvijale u hemiji, istraživanje električne provodljivosti u tečnostima i električnih pražnjenja u gasovima pri niskom pritisku otkrilo je da atom uopšte nije „nedeljiv“, već sadrži

N.K. Gladysheva, IOSO RAO, škola br. 548, Moskva

Ovo pitanje nikada nije bilo posebno detaljno obrađeno u takozvanim stabilnim udžbenicima. Smatralo se da je to preteško za srednjoškolce. Istovremeno, „podrazumevano“ učenici (a često i nastavnici) veruju da energija može biti samo pozitivna količina. To dovodi do nesporazuma pri analizi konverzije energije u različitim procesima. Na primjer, kako možemo objasniti da kada se voda prokuha, sva energija koja se daje tvari odlazi na isparavanje, dok se prosječna kinetička energija kretanja čestica ne mijenja, a energija interakcije čestica postaje jednaka nuli? Gdje nestaje energija koja dolazi iz grijača? Može se navesti mnogo takvih primjera. Ali preporučljivo je ne šutjeti da energija interakcije između tijela može biti i pozitivna i negativna. Poteškoće u razumijevanju ove odredbe su natečene. Uostalom, čak i osnovnoškolci razumiju da temperatura okoline može biti i pozitivna i negativna! Štoviše, školarci prilično lako percipiraju postojanje, uz Kelvinovu skalu, i drugih temperaturnih skala (Celzijus, Farenhajt, Reaumur). Dakle, srednjoškolcu nije neshvatljiva ideja da numerička vrijednost neke fizičke veličine zavisi od konvencionalno odabranog porijekla njene reference.

Odabir referentne tačke potencijalne energije

Pokazaćemo kako da objasnimo studentima da je prilikom proučavanja mehaničkih pojava u mnogim slučajevima zgodno izabrati referentni nivo potencijalne energije tako da ona ima negativnu vrednost.

Analiza transformacije energije podrazumijeva detaljnije upoznavanje učenika sa njenim oblicima. Bilo koji udžbenik navodi da tijelo mase m, koje se kreće u odnosu na odabrani referentni okvir nekom brzinom v, ima kinetičku energiju Ekin = mv2/2 u ovom okviru. Ako je u nekom referentnom okviru tijelo nepomično, tada je njegova kinetička energija jednaka nuli. Stoga se kinetička energija tijela naziva energija kretanja. Za razliku od drugih karakteristika kretanja, kao što su brzina v ili zamah p = mv, kinetička energija nije povezana sa smjerom kretanja. To je skalarna veličina. Preporučljivo je pozvati učenike da samostalno pokažu da kinetička energija tijela i sistema tijela ne može biti negativna veličina.

Priroda potencijalne energije može biti potpuno drugačija. U slučaju matematičkog klatna (materijalna tačka mase m okačena na bestežinski nerastegljivi konac dužine l), ono je povezano sa privlačenjem tereta klatna od strane Zemlje. Upravo ova gravitaciona interakcija smanjuje brzinu tereta dok se kreće prema gore. U slučaju da teniska loptica udari u zid, potencijalna energija je povezana sa deformacijom loptice. Energija interakcije tereta sa Zemljom i energija deformacije imaju zajedničko to što se ta energija može pretvoriti u kinetičku energiju i obrnuto.

Međutim, nisu svi procesi reverzibilni. Na primjer, kada čekić udari u komad olova, kinetička energija čekića kao da nestaje bez traga - čekić se gotovo ne odbija nakon udara. U ovom slučaju kinetička energija čekića se pretvara u toplinu i njeno naknadno nepovratno rasipanje.

Pogledajmo pobliže koncept potencijalne energije. Priroda potencijalne energije je drugačija, pa ne postoji jedinstvena formula za njeno izračunavanje. Od svih vrsta interakcija, najčešće se susrećemo s gravitacionom interakcijom Zemlje i tijela koja se nalaze u blizini njene površine, pa se prije svega treba zadržati na raspravi o karakteristikama gravitacijske interakcije.

Koja je formula za izračunavanje potencijalne energije interakcije Zemlje sa tijelima koja se nalaze blizu njene površine? Odgovor sugeriraju oscilacije klatna. Imajte na umu (slika 1): tačke B, u kojima se kinetička energija potpuno pretvara u latentni (potencijalni) oblik, i tačka A,

gdje je kinetička energija klatna potpuno obnovljena, leže na različitim visinama iznad površine Zemlje. Huygens je također otkrio da je visina h uspona klatna u tačku B proporcionalna kvadratu njegove brzine v2max u donjoj tački A. Leibniz je procijenio količinu latentne (potencijalne) energije u tačkama B masom m klatna opterećenje i visinu h njegovog podizanja tokom oscilacija. Precizna mjerenja maksimalne brzine vmax i visine h pokazuju da je jednakost uvijek zadovoljena:

gdje je g  10 N/kg = 10 m/s2. Ako, u skladu sa zakonom održanja energije, pretpostavimo da se sva kinetička energija klatna u tačkama B pretvori u energiju gravitacione interakcije njegovog tereta sa Zemljom, tada se energija te interakcije mora izračunati pomoću formula:

Ova formula krije uslovno slaganje: položaj tela u interakciji, pri kojem se energija njihove interakcije En konvencionalno smatra jednakom nuli (nulti nivo), bira se tako da je u ovom položaju visina h = 0. Ali kada se bira nultom nivou, fizičari se vode samo željom da pojednostave rješenje graničnih zadataka. Ako je iz nekog razloga zgodno pretpostaviti da je potencijalna energija jednaka nuli u tački na visini h0  0, tada formula za potencijalnu energiju ima oblik:

Ep = mg(h – h0).

Zamislite kamen koji pada sa litice (slika 2). Potrebno je utvrditi kako se kinetička energija Ek kamena i potencijalna energija En njegove interakcije sa Zemljom mijenjaju prilikom njegovog pada. Pretpostavimo da je na rubu litice (tačka A) brzina kamena nula.

Kada kamen padne, njegovo trenje sa zrakom je malo, tako da možemo pretpostaviti da nema rasipanja energije i njenog pretvaranja u toplinu. Shodno tome, prema zakonu održanja energije, kada kamen padne, zbir kinetičke i potencijalne energije sistema tela Zemlja + kamen se ne menja, tj.

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

Zapazimo sljedeće.

1. Prema uslovima zadatka u tački A, brzina kamena je nula, pa je Ek| A = 0.

2. Pogodno je odabrati nulti nivo potencijalne energije interakcije između kamena i Zemlje na način da se maksimalno pojednostavi rješenje problema. Pošto je naznačena samo jedna fiksna tačka - ivica stijene A - razumno je uzeti je kao ishodište i staviti Ep| A = 0. Tada je ukupna energija (Ek + Ep)|A = 0. Posljedično, na osnovu zakona održanja energije, zbir kinetičke i potencijalne energije kamena i Zemlje uopće ostaje jednak nuli tačke putanje:

(Ek + Ep)|B = 0.

Zbir dva broja različita od nule jednak je nuli samo ako je jedan od njih negativan, a drugi pozitivan. Već smo primijetili da kinetička energija ne može biti negativna. Dakle, iz jednakosti (Ek + Ep)|B = 0 proizlazi da je potencijalna energija interakcije padajućeg kamena sa Zemljom negativna veličina. To je zbog izbora nultog nivoa potencijalne energije. Uzeli smo ivicu stijene kao nultu referentnu tačku za koordinatu h kamena. Sve tačke kroz koje kamen leti leže ispod ivice litice, a vrednosti h koordinata ovih tačaka leže ispod nule, tj. oni su negativni. Prema tome, prema formuli En = mgh, energija En interakcije padajućeg kamena sa Zemljom također mora biti negativna.

Iz jednadžbe zakona održanja energije Ek + En = 0 slijedi da je na bilo kojoj visini h niže od ivice stijene, kinetička energija kamena jednaka njegovoj potencijalnoj energiji uzetoj sa suprotnim predznakom:

Ek = –En = –mgh

(Treba imati na umu da je h negativna vrijednost). Grafovi zavisnosti potencijalne energije Ep i kinetičke energije Ek o koordinati h prikazani su na Sl. 3.

Također je korisno odmah ispitati slučaj kada je kamen u tački A bačen prema gore određenom vertikalnom brzinom v0. U početnom trenutku, kinetička energija kamena je Ek = mv02/2, a potencijalna energija, po dogovoru, nula. U proizvoljnoj tački putanje, ukupna energija je jednaka zbroju kinetičke i potencijalne energije mv2/2 + mgh. Zakon održanja energije piše se kao:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

Ovdje h može imati i pozitivne i negativne vrijednosti, što odgovara kamenu koji se kreće prema gore od tačke bacanja ili pada ispod tačke A. Dakle, za određene vrijednosti h potencijalna energija je pozitivna, a za druge negativna. Ovaj primjer bi trebao pokazati učeniku konvenciju dodjeljivanja potencijalnoj energiji određenog znaka.

Nakon upoznavanja učenika sa gornjim materijalom, preporučljivo je da s njima razgovarate o sljedećim pitanjima:

1. Pod kojim uslovom je kinetička energija tijela jednaka nuli? potencijalna energija tijela?

2. Objasnite da li grafik na sl. 1 odgovara zakonu održanja energije sistema tijela Zemlja + kamen. 3.

3. Kako se mijenja kinetička energija bačene lopte? Kada se smanjuje? da li se povećava?

4. Zašto, kada kamen padne, njegova potencijalna energija ispada negativna, a kada se dječak kotrlja niz brdo, smatra se pozitivnom?

Potencijalna energija tijela u gravitacionom polju

Sljedeći korak uključuje upoznavanje učenika sa potencijalnom energijom tijela u gravitacionom polju. Energija interakcije tijela sa gravitacijskim poljem Zemlje opisuje se formulom En = mgh samo ako se gravitacijsko polje Zemlje može smatrati jednoličnim, neovisno o koordinatama. Gravitaciono polje je određeno zakonom univerzalne gravitacije:

gdje je R radijus vektor povučen od centra mase Zemlje (uzetog kao ishodište) do date tačke (podsjetimo da se u zakonu gravitacije tijela smatraju tačkastim i nepokretnim). Po analogiji sa elektrostatikom, ova formula se može napisati kao:

i nazovimo ga vektorom jačine gravitacionog polja u datoj tački. Jasno je da se ovo polje mijenja sa udaljenosti od tijela koje stvara polje. Kada se gravitaciono polje može smatrati homogenim sa dovoljnom tačnošću? Očigledno, to je moguće u području prostora čije su dimenzije h mnogo manje od udaljenosti do centra polja R. Drugim riječima, ako razmišljate o kamenu koji pada s gornjeg sprata kuće, možete bezbedno zanemariti razlika u vrijednosti gravitacionog polja na gornjem i donjem spratu. Međutim, kada se proučava kretanje planeta oko Sunca, ne može se pretpostaviti da se planeta kreće u jednoličnom polju, te treba koristiti opći zakon gravitacije.

Možete izvesti opću formulu za potencijalnu energiju gravitacijske interakcije između tijela (ali nemojte tražiti od učenika da reproduciraju ovaj zaključak, iako bi oni, naravno, trebali znati konačnu formulu). Na primjer, razmotrimo dva stacionarna točkasta tijela masa m1 i m2, koja se nalaze na udaljenosti R0 jedno od drugog (slika 4). Označimo energiju gravitacijske interakcije ovih tijela sa En0. Pretpostavimo dalje da su se tijela malo približila udaljenosti R1. Energija interakcije ovih tijela postala je En1. Prema zakonu održanja energije:

Ep = Ep1 – Ep0 = Fthrust. avg s,

gdje je Fthrust cr – vrijednost prosječne gravitacione sile u presjeku s = R1 – R0 tijela koje se kreće u smjeru sile. Prema zakonu univerzalne gravitacije, veličina sile je:

Ako se udaljenosti R1 i R0 malo razlikuju jedna od druge, tada se udaljenost Rav2 može zamijeniti proizvodom R1R0. onda:

U ovoj jednakosti En1 odgovara odgovara . ovako:

Dobili smo formulu koja ukazuje na dvije karakteristike potencijalne energije gravitacijske interakcije (naziva se i gravitacijska energija):

1. Sama formula već sadrži izbor nultog nivoa potencijalne gravitacione energije, naime: energija gravitacione interakcije tela postaje nula kada je rastojanje između dotičnih tela beskonačno veliko. Napominjemo da ovaj izbor nulte vrijednosti energije gravitacijske interakcije tijela ima jasnu fizičku interpretaciju: kada se tijela beskonačno udaljavaju jedno od drugog, praktično prestaju da gravitaciono djeluju.

2. Budući da je svaka realna udaljenost, na primjer između Zemlje i rakete, naravno, energija gravitacijske interakcije sa takvim izborom referentne tačke uvijek je negativna.

Na sl. Na slici 5 prikazan je grafik zavisnosti energije gravitacione interakcije rakete sa Zemljom od udaljenosti između centra Zemlje i rakete. Ona odražava obje karakteristike gravitacijske energije o kojima smo govorili: pokazuje da je ta energija negativna i da se povećava prema nuli kako se povećava udaljenost između Zemlje i rakete.

Energija komunikacije

Znanje koje studenti steknu da energija može biti i pozitivne i negativne veličine treba da nađe svoju primenu u proučavanju energije vezivanja čestica neke supstance u njenim različitim agregacionim stanjima. Na primjer, studentima se može ponuditi sljedeće kvalitativno rezonovanje.

Već smo vidjeli da se čestice materije uvijek kreću haotično. Obdarujući čestice sposobnošću da se kreću na ovaj način, mogli smo da objasnimo niz prirodnih pojava. Ali zašto se onda stolovi i olovke, zidovi kuća i mi sami ne raspršimo u zasebne čestice?

Moramo pretpostaviti da čestice materije međusobno djeluju i da se privlače jedna drugoj. Samo dovoljno snažno međusobno privlačenje čestica može ih držati jedna blizu druge u tekućinama i čvrstim tvarima i spriječiti ih da se brzo rasprše u različitim smjerovima. Ali zašto onda čestice u gasovima ne ostaju blizu jedna drugoj, zašto se razlijeću? Očigledno, u gasovima međusobna povezanost čestica nije dovoljna da ih zadrži.

U mehanici, za procjenu interakcije (veze) tijela, koristili smo takvu fizičku veličinu kao što je potencijalna energija interakcije. U kinetičkoj teoriji materije, vezu između čestica materije karakteriše energija njihove interakcije Ec (ova energija nije uvek potencijalna). Činjenica da se čestice u tekućinama i čvrstim tvarima međusobno drže, ali ne i u plinovima, sugerira da je energija vezivanja čestica međusobno u ovim medijima različita.

Gas. U plinu je razmak između čestica velik i njihova veza slaba. Čestice se povremeno sudaraju jedna sa drugom i sa zidovima posude. Sudari su elastične prirode, tj. ukupna energija i ukupni impuls su očuvani. U intervalima između sudara čestice se kreću slobodno, tj. ne stupaju u interakciju. Razumno je pretpostaviti da je energija interakcije (veze) čestica u gasu približno nula.

Tečnost. U tečnosti se čestice zbližavaju i delimično dodiruju. Njihova međusobna privlačnost je jaka i karakteriše je energija vezivanja Ecw (voda). Da bi se otkinuo jedan molekul iz mase tečnosti, potrebno je izvršiti rad A > 0. Kao rezultat toga, molekul će postati slobodan, kao u gasu, tj. njegova energija veze se može smatrati jednakom nuli. Prema zakonu održanja energije, Ecw (voda) + A = 0, od čega je Ecw (voda) = –A< 0.

Da bismo odredili numeričku vrijednost energije Eb(vode) čestica u vodi, okrenimo se eksperimentu. Već svakodnevna zapažanja sugeriraju: da biste isparili vodu koja ključa u kotliću, morate spaliti određenu količinu drva ili plina. Drugim riječima, posao treba obaviti. Pomoću termometra možete se uvjeriti da su temperatura kipuće vode i temperatura pare iznad nje iste. Posljedično, prosječna energija kretanja čestica u kipućoj vodi i u pari je ista. Toplotna energija koja se prenosi u ključalu vodu iz goriva pretvara se u energiju interakcije čestica vode koja isparava. To znači da je energija Eb čestica u kipućoj vodi manja nego u vodenoj pari. Ali u paru Ec(par) = 0, dakle, energija interakcije čestica u tečnosti je manja od nule, tj. negativan.

Mjerenja pomoću kalorimetara pokazuju da se za isparavanje 1 kg kipuće vode pri normalnom atmosferskom pritisku na nju mora prenijeti oko 2,3  106 J energije. Dio ove energije (otprilike 0,2  106 J) troši se tako da nastala vodena para može istisnuti čestice zraka iz tankog sloja iznad površine tekućine. Ostatak energije (2,1  106 J) ide na povećanje energije vezivanja čestica vode tokom njihovog prelaska iz tečnosti u paru (slika 6). Proračuni pokazuju da 1 kg vode sadrži 3,2  1025 čestica. Deljenjem energije 2,1  106 J sa 3,2  1025 dobijamo: energija veze Eb svake čestice vode sa ostalim česticama tokom njenog prelaska iz tečnosti u paru raste za 6,6  10–20 J.

Solid. Da biste otopili i pretvorili led u vodu, morate obaviti rad ili prenijeti određenu količinu topline na led. Energija vezivanja molekula vode u čvrstoj fazi Eb< 0, причем эта энергия по модулю больше, чем энергия связи молекул воды в жидкой faza. Kada se led otopi, njegova temperatura ostaje 0 °C; Voda nastala tokom topljenja ima istu temperaturu. Stoga, da bi se supstanca prešla iz čvrstog u tekuće stanje, potrebno je povećati energiju interakcije njenih čestica. Da biste otopili 1 kg leda koji je već počeo da se topi, potrebno je potrošiti 3,3  105 J energije (slika 7). Gotovo sva ta energija se koristi za povećanje energije vezivanja čestica tokom njihovog prijelaza iz leda u vodu. Dijeljenje energije

3,3  105 J po broju od 3,2  1025 čestica sadržanih u 1 kg leda, nalazimo da je energija interakcije Eb čestica leda 10–20 J manja nego u vodi.

Dakle, energija interakcije čestica pare je nula. U vodi je energija vezivanja svake njene čestice sa drugim česticama približno 6,6  10–20 J manja nego u pari, tj. Eb(voda) = –6,6  10–20 J. U ledu je energija veze svake čestice sa svim ostalim česticama leda 1,0  10–20 J manja nego u vodi (i prema tome 6,6  10– 20 J + 1,0  10–20 J = 7,6  10–20 J manje nego u vodenoj pari). To znači da je u ledu Ec(led) = –7,6  10–20 J.

Razmatranje karakteristika energije interakcije čestica supstance u različitim agregacionim stanjima je važno za razumevanje transformacije energije tokom prelazaka supstance iz jednog agregacionog stanja u drugo.

Navedimo, posebno, primjere pitanja na koja učenici sada mogu odgovoriti bez većih poteškoća.

1. Voda ključa na konstantnoj temperaturi, apsorbirajući energiju iz plamena plinskog gorionika. Šta se dešava kada se to dogodi?

A) Povećava se energija kretanja molekula vode;

B) energija interakcije molekula vode raste;

C) energija kretanja molekula vode se smanjuje;

D) energija interakcije molekula vode se smanjuje.

(Odgovor: B.)

2. Prilikom topljenja leda:

A) kinetička energija komada leda se povećava;

B) povećava se unutrašnja energija leda;

C) potencijalna energija komada leda se smanjuje;

D) unutrašnja energija leda se smanjuje.

(Odgovor: B.)

Do sada smo razmatrali energiju interakcije između tijela koja se međusobno privlače. Prilikom proučavanja elektrostatike, korisno je sa učenicima razgovarati o pitanju da li je energija interakcije čestica pozitivna ili negativna kada se odbijaju. Kada se čestice međusobno odbijaju, nema potrebe da im se prenosi energija kako bi se udaljile jedna od druge. Energija interakcije se pretvara u energiju kretanja letećih čestica i smanjuje se na nulu kako se rastojanje između čestica povećava. U ovom slučaju, energija interakcije je pozitivna vrijednost. Identificirane karakteristike energije interakcije mogu se konsolidirati kada se raspravlja o sljedećim pitanjima:

1. Da li je energija interakcije između dvije suprotno nabijene kuglice pozitivna ili negativna? Obrazložite svoj odgovor.

2. Da li je energija interakcije između dvije slično nabijene kuglice pozitivna ili negativna? Obrazložite svoj odgovor.

3. Dva magneta se približavaju jedan drugom sa sličnim polovima. Povećava li se ili smanjuje energija njihove interakcije?

Energija komunikacije u mikrokosmosu

Prema konceptima kvantne mehanike, atom se sastoji od jezgra okruženog elektronima. U referentnom okviru povezanom s jezgrom, ukupna energija atoma je zbir energije kretanja elektrona oko jezgra, energije Kulonove interakcije elektrona s pozitivno nabijenim jezgrom i energije Kulonove interakcije elektrona jedni s drugima. Razmotrimo najjednostavniji atom - atom vodika.

Vjeruje se da je ukupna energija elektrona jednaka zbroju kinetičke energije i potencijalne energije Kulonove interakcije s jezgrom. Prema Borovom modelu, ukupna energija elektrona u atomu vodika može poprimiti samo određeni skup vrijednosti:

gdje je E0 izražen u terminima svjetskih konstanti i mase elektrona. Pogodnije je mjeriti numeričke vrijednosti E(n) ne u džulima, već u elektron voltima. Prve dozvoljene vrijednosti su:

E(1) = –13,6 eV (energija zemlje, najstabilnije stanje elektrona);

E(2) = –3,4 eV;

E(3) = –1,52 eV.

Zgodno je cijeli niz dozvoljenih vrijednosti ukupne energije atoma vodika označiti crticama na vertikalnoj energetskoj osi (slika 8). Formule za izračunavanje mogućih vrijednosti energije elektrona za atome drugih hemijskih elemenata su složene, jer Atomi imaju mnogo elektrona koji komuniciraju ne samo s jezgrom, već i jedni s drugima.

Atomi se kombinuju i formiraju molekule. U molekulama je slika kretanja i interakcije elektrona i atomskih jezgara mnogo složenija nego u atomima. Shodno tome, skup mogućih vrijednosti unutrašnje energije se mijenja i postaje složeniji. Moguće vrijednosti unutrašnje energije bilo kojeg atoma i molekula imaju neke karakteristike.

Već smo razjasnili prvu osobinu: energija atoma je kvantizovana, tj. može uzeti samo diskretni skup vrijednosti. Atomi svake supstance imaju svoj skup energetskih vrijednosti.

Druga karakteristika je da su sve moguće vrijednosti E(n) ukupne energije elektrona u atomima i molekulama negativne. Ova karakteristika je povezana sa izborom nulte razine energije interakcije između elektrona atoma i njegovog jezgra. Općenito je prihvaćeno da je energija interakcije elektrona s jezgrom nula kada je elektron uklonjen na velikoj udaljenosti i da je kulonsko privlačenje elektrona prema jezgru zanemarivo. Ali da biste potpuno otkinuli elektron od jezgre, morate potrošiti neki rad i prenijeti ga u sistem jezgra + elektron. Drugim riječima, da bi energija interakcije između elektrona i jezgra postala nula, mora se povećati. A to znači da je početna energija interakcije između elektrona i jezgra manja od nule, tj. negativan.

Treća karakteristika je da oni napravljeni na sl. 8, oznake mogućih vrijednosti unutrašnje energije atoma završavaju se na E = 0. To ne znači da energija sistema elektron + jezgro u principu ne može biti pozitivna. Ali kada dostigne nulu, sistem prestaje biti atom. Zaista, pri vrijednosti E = 0, elektron je uklonjen iz jezgra, a umjesto atoma vodika postoje elektron i jezgro koji nisu međusobno povezani.

Ako se odvojeni elektron nastavi kretati s kinetičkom energijom Ek, tada ukupna energija sistema čestica koje više ne djeluju ion + elektron može poprimiti bilo koju pozitivnu vrijednost E = 0 + Ek.

Pitanja za diskusiju

1. Koje komponente čine unutrašnju energiju atoma?

2. Zašto smo energiju atoma razmatrali samo na primjeru atoma vodika?

3. Koji zaključci o karakteristikama unutrašnje energije atoma slijede iz njegovog kvantnomehaničkog modela?

4. Zašto smatramo da je unutrašnja energija atoma ili molekula negativna?

5. Može li energija grupe jon + elektron biti pozitivna?

Poznavanje unutarnje energije atoma ne samo da će konsolidirati znanje o mogućnosti negativnih vrijednosti potencijalne energije, već će i objasniti niz pojava, na primjer, fenomen fotoelektričnog efekta ili emisiju svjetlosti od strane atoma. Konačno, stečeno znanje će omogućiti studentima da diskutuju o vrlo zanimljivom pitanju o interakciji nukleona u jezgru.

Utvrđeno je da se atomsko jezgro sastoji od nukleona (protona i neutrona). Proton je čestica čija je masa 2000 puta veća od mase elektrona, koja nosi pozitivan električni naboj (+1). Kao što je poznato iz elektrodinamike, naelektrisanja istog znaka se međusobno odbijaju. Stoga, elektromagnetna interakcija gura protone. Zašto se jezgro ne raspada na sastavne dijelove? Davne 1919. godine, bombardujući jezgra α-česticama, E. Rutherford je otkrio da α-čestica mora imati energiju od oko 7 MeV da bi izbacila proton iz jezgra. To je nekoliko stotina hiljada puta više energije nego što je potrebno za uklanjanje elektrona iz atoma!

Kao rezultat brojnih eksperimenata, ustanovljeno je da su čestice unutar jezgre povezane fundamentalno novom vrstom interakcije. Njegov intenzitet je stotinama puta veći od intenziteta elektromagnetne interakcije, zbog čega je nazvan jakom interakcijom. Ova interakcija ima važnu osobinu: ima kratak domet i "uključuje se" samo kada udaljenost između nukleona ne prelazi 10-15 m. To objašnjava malu veličinu svih atomskih jezgara (ne više od 10-14 m).

Proton-neutronski model jezgra omogućava izračunavanje energije vezivanja nukleona u jezgru. Podsjetimo da je prema mjerenjima približno jednak –7 MeV. Zamislimo da se 4 protona i 4 neutrona spoje da formiraju jezgro berilijuma. Masa svakog neutrona je mn = 939,57 MeV, a masa svakog protona je mp = 938,28 MeV (ovdje koristimo sistem jedinica prihvaćen u nuklearnoj fizici, u kojem se masa mjeri ne u kilogramima, već u ekvivalentnim energetskim jedinicama, preračunato pomoću Ajnštajnove relacije E0 = mc2). Prema tome, ukupna energija mirovanja 4 protona i 4 neutrona prije nego što se spoje u jezgro iznosi 7511,4 MeV. Energija mirovanja jezgra Be je 7454,7 MeV. Može se predstaviti kao zbir energije mirovanja samih nukleona (7511,4 MeV) i energije veze nukleona međusobno Eb. Zbog toga:

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

Odavde dobijamo:

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

Ova energija je raspoređena na svih 8 nukleona jezgra berilijuma. Prema tome, svaki od njih iznosi približno –7 MeV, kako slijedi iz eksperimenata. Ponovo smo otkrili da je energija vezivanja međusobno privučenih čestica negativna veličina.

Često se vjeruje da postoje dvije antagonističke životne energije koje se međusobno mogu uništiti. Vjeruje se da je osoba obično nabijena pozitivnom vitalnom energijom, a kada dobije naboj negativne vitalne energije, razboli se, može se razboljeti ili čak otići u drugi svijet.

je li tako?

Ovaj pristup, sa fizičke tačke gledišta, sadrži kontradikcije. Na primjer, osoba koja nosi negativnu vitalnu energiju mora je nekako izolirati od pozitivne energije, inače će ove dvije energije međusobno komunicirati i osoba koja nosi negativnu vitalnu energiju mora prvo stradati.

Općenito, ako se negativna i pozitivna životna energija distribuiraju u prostoru koji nas okružuje, onda bi se međusobno trebale uništavati, formirajući beživotne prostore.

Ako se iz nečega generiše negativna vitalna energija, onda je ona iste prirode kao i pozitivna vitalna energija, koja nastaje iz iste stvari, ali djeluje tako da tijelo gubi vitalnu energiju.

Moramo šire sagledati ovo pitanje.

Svaki gubitak vitalne energije od strane tijela negativno utječe na dobrobit i cjelokupno zdravlje. Gubici mogu nastati kao rezultat različitih razloga.

1. Fizičko preopterećenje.
2. Preopterećenje stresom.
3. Mentalno preopterećenje.
4. Bolesti.
5. Energetski vampirizam.
6. Otvoreno mentalno programiranje.
7. Skriveno mentalno programiranje.

U slučaju fizičkog, stresnog i mentalnog preopterećenja, sve je jasno - ovo je direktna upotreba vitalne energije za namjeravanu svrhu, a potrošnja dovodi do smanjenja rezervi. Bolesti također dovode do gubitka vitalne energije.

Bolesti mogu biti ili posljedica spleta okolnosti (povrede, infekcije i njihove posljedice, genetska predispozicija), ili manifestacija nedostatka vitalne energije, odnosno posljedica bilo koje od preostalih šest točaka ili njihovih kombinacija.

U slučaju energetskog vampirizma, dio vitalne energije se povlači u korist energetskog vampira. Kao rezultat toga, u ljudskom tijelu postoji manje vitalne energije. Shodno tome, vaše zdravlje se pogoršava i povećava rizik od bolesti.

Metode otvorenog i skrivenog mentalnog programiranja su veoma opasne.

Ako uzmemo u obzir metode otvorenog mentalnog programiranja, one se obično koriste u procesu ljudske komunikacije. To su obične psihološke metode utjecaja na mentalnu sferu osobe.

Svaka komunikacija između dvoje ljudi je međusobno mentalno programiranje. Ovo mentalno programiranje može imati i pozitivne i negativne efekte u zavisnosti od stavova koje ljudi imaju u komunikaciji. Ako vas hvale i iskreno izražavaju saučešće i podršku, onda je prirodno da će efekat na vašu mentalnu sferu biti pozitivan.

Ako vas grde, kritikuju, ponižavaju, dokazuje da ste nesposobni, onda to u vašu mentalnu sferu unosi negativne elemente programiranja, što na nju djeluje destruktivno i dovodi do gubitka vitalne energije.

Otvoreno mentalno programiranje, koje se provodi kroz direktan kontakt među ljudima, nikada nije čisto, zasnovano samo na verbalnim formulama. Riječi su ključ za rezonantnu interakciju podsvijesti.

Izgovorena riječ, kako u podsvijesti govornika tako i u podsvijesti slušaoca, izaziva slične slike koje djeluju na podsvjesnom nivou, uspostavljajući mentalni podsvjesni kontakt, što dovodi do razmjene vitalne energije. Što se više i sjajnije takve slike stvaraju, to je jači kontakt na podsvjesnom nivou, to je intenzivnija razmjena energije.

Ako se psihološki napad izvede snažnim emocionalnim i verbalnim izrazom, onda to dovodi do unošenja destruktivnih programa u svijest i podsvijest žrtve napada, koji uz redovno izlaganje mogu ozbiljno oštetiti psihu i dovesti do katastrofalnih posljedica. gubitke energije. Najjednostavniji primjer takvog destruktivnog programa je poslovica - "ako čovjeku sto puta kažeš da je svinja, onda će sto prvi put zagunđati."

Sličan napad se može izvesti i bez direktnog psihičkog kontakta. Stvaranje destruktivnog mentalnog programa i njegovo uvođenje u mentalnu sferu žrtve provodi se ritualnim, hipnotičkim i drugim tehnikama. Kao rezultat ove implementacije dolazi do općih gubitaka vitalne energije i onih njenih blokova koji su odgovorni za određena područja svijesti ili unutrašnje organe tijela.

Obično se takvi destruktivni programski blokovi nazivaju negativnom energijom. Naravno, takav naziv je logički netačan. Ovi destruktivni programi se jednako lako mogu nazvati negativnim programiranjem.

Takvo programiranje je izuzetno opasno za osobu koja sastavlja takve programe, jer ako pogriješi i sam može postati žrtva takvog programiranja. Ovi programi mogu projektovati svoje djelovanje na programera po principu: „ne kopaj rupu drugome, sam ćeš pasti u nju“.

Mnogi problemi razmatraju jednodimenzionalno kretanje tijela čija je potencijalna energija funkcija samo jedne varijable (na primjer, koordinate X), tj. P=P(x). Poziva se graf potencijalne energije u odnosu na neki argument potencijalna kriva. Analiza potencijalnih krivulja nam omogućava da odredimo prirodu kretanja tijela.

Razmotrićemo samo konzervativne sisteme, odnosno sisteme u kojima ne postoje međusobne konverzije mehaničke energije u druge vrste.

Tada vrijedi zakon održanja energije u obliku (13.3). Razmotrimo grafički prikaz potencijalne energije za tijelo u jednoličnom gravitacionom polju i za elastično deformirano tijelo.

Potencijalna energija tijela mase T, podignuta na visinu h iznad površine Zemlje, prema (12.7), P(h) = mgh. Grafikon ove zavisnosti P = P( h) - prava linija koja prolazi kroz ishodište koordinata (slika 15), čiji je ugao nagiba prema osi hšto je veća, veća je tjelesna težina (pošto tg = mg).

Neka ukupna energija tijela bude E(njegov grafik je prava linija paralelna sa osom h). Na visokom h tijelo ima potencijalnu energiju P, koja je određena vertikalnim segmentom zatvorenim između tačke h na x-osi i grafu P( h). Naravno, kinetička energija T određena je ordinatom između grafa P(h) i horizontalne linije ONA. Od sl. 15 slijedi da ako je h=h max , onda T= 0 i P = E= mgh max, odnosno potencijalna energija postaje maksimalna i jednaka ukupnoj energiji.

Iz grafikona ispod možete pronaći brzinu tijela na nadmorskoj visini h:

mv 2 /2=mgh max -mgh, gdje

v = 2 g (h max -h).

Zavisnost potencijalne energije elastične deformacije P =kx 2 /2 od deformacije X ima oblik parabole (slika 16), gde je grafik date ukupne energije tela E - ravno, paralelno sa osom

apscisa x, a vrijednosti T i P se određuju na isti način kao na sl. 15. Sa Sl. 16 slijedi da sa povećanjem deformacije X Potencijalna energija tijela raste, a kinetička se smanjuje. Apscisa x max određuje maksimalnu moguću vlačnu deformaciju tijela, a -x max određuje maksimalnu moguću tlačnu deformaciju tijela. Ako x=±x max, tada T=0 i P=E = kx 2 max /2, tj. potencijalna energija postaje maksimalna i jednaka ukupnoj energiji.

Iz analize grafikona na sl. 16 slijedi da je ukupna energija tijela jednaka E, tijelo se ne može kretati udesno x max i ulijevo -x max, jer kinetička energija ne može biti negativna veličina pa stoga potencijalna energija ne može biti veća od ukupne. U ovom slučaju kažu da je tijelo unutra potencijalna rupa sa koordinatama

X max xx max.

U opštem slučaju, potencijalna kriva može imati prilično složen oblik, na primer, sa nekoliko naizmeničnih maksimuma i minimuma (slika 17). Hajde da analiziramo ovu potencijalnu krivu.

Ako E je data ukupna energija čestice, onda se čestica može locirati samo tamo gdje je P(x) E, tj. u oblastima I i III. Čestica se ne može kretati iz regije I u područje III i nazad, jer je spriječena potencijalna barijeraCDG,čija je širina jednaka rasponu vrijednosti X, za koje je E<П, а его вы­сота определяется разностью П max -E. Da bi čestica savladala potencijalnu barijeru, mora joj se obezbijediti dodatna energija jednaka ili veća od visine barijere. U području 1 čestica sa ukupnom energijom E nađe se "zaključan" u potencijalnoj rupi ABC i oscilira između tačaka sa koordinatama x a I X C .

U tački IN sa koordinatom x 0 (Sl. 17) potencijalna energija čestice je minimalna. Pošto sila koja deluje na česticu (videti §12) F X =-d P / d x (P je funkcija samo jedne koordinate), i uslov za minimalnu potencijalnu energiju d P/ d x=0, zatim u tački INF x = 0. Kada se čestica pomakne sa pozicije x 0 (i lijevo i desno) doživljava povratnu silu, tako da je pozicija x 0 pozicija stabilna ravnoteža. Navedeni uslovi su takođe zadovoljeni za tačku X" 0 (za P max). Međutim, ova tačka odgovara poziciji nestabilna ravnoteža, od kada je čestica pomerena sa položaja X" 0 pojavljuje se sila koja nastoji da je ukloni sa ovog položaja.