XII. Maddenin halleri Demir buharı ve katı hava Kelimelerin garip bir birleşimi değil mi? Ancak bu hiç de saçma değil: Doğada hem demir buharı hem de katı hava var ama normal şartlarda değil, hangi koşullardan bahsediyoruz? Maddenin durumu yazarın kitabından belirlenir

Atomlar nasıl enerji alışverişinde bulunur? İlk deneyde cıva buharı alındı. Elektron mermilerinin enerjisi giderek arttı. Düşük elektron enerjilerinde cıva atomlarının uyarılmasının meydana gelmediği ortaya çıktı. Elektronlar onlara çarptı ama aynı şekilde geri döndüler.

Elektron Ortaya Çıkıyor Kimyada atomik ve moleküler teoriler gelişirken, sıvılardaki elektriksel iletkenlik ve gazlardaki düşük basınçtaki elektriksel boşalımlar üzerine yapılan araştırmalar, atomun hiçbir şekilde “bölünemez” olmadığını, aksine atomları içerdiğini ortaya çıkardı.

N.K. Gladysheva, IOSO RAO, okul No. 548, Moskova

Bu konu, sözde sabit ders kitaplarında hiçbir zaman ayrıntılı olarak tartışılmamıştır. Lise öğrencileri için çok zor olduğu düşünülüyordu. Aynı zamanda, "varsayılan olarak" öğrenciler (ve çoğu zaman öğretmenler) enerjinin yalnızca pozitif bir miktar olabileceğine inanırlar. Bu, çeşitli işlemlerde enerji dönüşümünü analiz ederken yanlış anlamalara yol açar. Örneğin su kaynatıldığında maddeye verilen enerjinin tamamının buharlaşmaya giderken, parçacık hareketinin ortalama kinetik enerjisinin değişmediğini ve parçacıkların etkileşim enerjisinin sıfıra eşitlenmesini nasıl açıklayabiliriz? Isıtıcıdan gelen enerji nereye kayboluyor? Bunun gibi birçok örnek verilebilir. Ancak bedenler arasındaki etkileşimin enerjisinin hem olumlu hem de olumsuz olabileceği konusunda sessiz kalmamak daha uygundur. Bu hükmün anlaşılmasındaki zorluklar çok fazladır. Sonuçta ilkokul öğrencileri bile ortam sıcaklığının hem pozitif hem de negatif olabileceğini anlıyor! Dahası, okul çocukları Kelvin ölçeğinin yanı sıra diğer sıcaklık ölçeklerinin (Santigrat, Fahrenheit, Reaumur) varlığını oldukça kolay algılarlar. Bu nedenle, bazı fiziksel niceliklerin sayısal değerinin, referansının geleneksel olarak seçilen kökenine bağlı olduğu fikri bir lise öğrencisi için anlaşılmaz değildir.

Potansiyel enerji referans noktasının seçilmesi

Mekanik olayları incelerken çoğu durumda potansiyel enerjinin negatif bir değere sahip olması için referans düzeyini seçmenin uygun olduğunu öğrencilere nasıl açıklayacağımızı göstereceğiz.

Enerji dönüşümünün analizi, öğrencilerin formlarına daha ayrıntılı bir şekilde aşina olmasını gerektirir. Herhangi bir ders kitabı, seçilmiş bir referans çerçevesine göre belirli bir v hızıyla hareket eden m kütleli bir cismin bu çerçevede Ekin = mv2/2 kinetik enerjiye sahip olduğunu bildirir. Herhangi bir referans çerçevesinde vücut hareketsizse, kinetik enerjisi sıfıra eşittir. Bu nedenle cismin kinetik enerjisine hareket enerjisi denir. Hız v veya momentum p = mv gibi hareketin diğer özelliklerinden farklı olarak kinetik enerji, hareket yönü ile ilişkili değildir. Bu skaler bir miktardır. Öğrencileri, bir cismin ve cisimler sisteminin kinetik enerjisinin negatif bir miktar olamayacağını bağımsız olarak göstermeye davet etmeniz önerilir.

Potansiyel enerjinin doğası tamamen farklı olabilir. Matematiksel bir sarkaç (l uzunluğunda, ağırlıksız, uzamayan bir iplik üzerinde asılı duran m kütleli maddi bir nokta) durumunda, bu, sarkacın yükünün Dünya tarafından çekilmesiyle ilişkilidir. Yük yukarı doğru hareket ederken hızını azaltan da bu yerçekimi etkileşimidir. Tenis topunun duvara çarpması durumunda potansiyel enerji topun deformasyonu ile ilişkilidir. Yükün Dünya ile etkileşim enerjisi ile deformasyon enerjisinin ortak noktası, bu enerjinin kinetik enerjiye (veya tersi) dönüştürülebilmesidir.

Ancak tüm süreçler geri döndürülemez. Örneğin, bir çekiç bir kurşun parçasına çarptığında, çekicin kinetik enerjisi iz bırakmadan kayboluyor gibi görünüyor; çekiç darbeden sonra neredeyse geri sıçramıyor. Bu durumda, çekicin kinetik enerjisi ısıya dönüştürülür ve bunun ardından geri dönüşü olmayan bir şekilde dağılır.

Potansiyel enerji kavramına daha yakından bakalım. Potansiyel enerjinin doğası farklıdır, dolayısıyla onu hesaplamak için tek bir formül yoktur. Her türlü etkileşim arasında, en sık Dünya'nın ve yüzeyine yakın bulunan cisimlerin yerçekimsel etkileşimiyle karşılaşırız, bu nedenle öncelikle yerçekimsel etkileşimin özelliklerinin tartışılması üzerinde durmalıyız.

Dünyanın yüzeyine yakın bulunan cisimlerle etkileşiminin potansiyel enerjisini hesaplamanın formülü nedir? Bunun cevabını sarkacın salınımları gösteriyor. Lütfen dikkat edin (Şekil 1): kinetik enerjinin tamamen gizli (potansiyel) forma dönüştürüldüğü B noktaları ve A noktası,

Sarkacın kinetik enerjisinin tamamen yenilendiği yer, Dünya yüzeyinin üzerinde farklı yüksekliklerde bulunur. Huygens ayrıca sarkacın B noktasına yükselişinin h yüksekliğinin, alt A noktasındaki hızının v2max karesi ile orantılı olduğunu da buldu. Leibniz, B noktalarındaki gizli (potansiyel) enerji miktarını sarkacın kütlesi m ile tahmin etti. yük ve salınımlar sırasında yükselişinin yüksekliği h. Maksimum hız vmax ve yükseklik h'nin doğru ölçümleri eşitliğin her zaman karşılandığını gösterir:

burada g  10 N/kg = 10 m/s2. Enerjinin korunumu yasasına uygun olarak, sarkacın tüm kinetik enerjisinin B noktalarında yükünün Dünya ile yerçekimi etkileşiminin enerjisine dönüştürüldüğünü varsayarsak, bu etkileşimin enerjisi şu şekilde hesaplanmalıdır: formül:

Bu formül, koşullu bir anlaşmayı gizler: etkileşimlerinin enerjisinin geleneksel olarak sıfıra (sıfır seviye) eşit olduğu kabul edilen etkileşimli cisimlerin konumu, bu konumda yükseklik h = 0 olacak şekilde seçilir. sıfır seviyesinde, fizikçiler yalnızca çözümü sınır görevlere basitleştirme arzusuyla yönlendirilir. Herhangi bir nedenle potansiyel enerjinin h0  0 yüksekliğindeki bir noktada sıfıra eşit olduğunu varsaymak uygunsa, potansiyel enerji formülü şu şekli alır:

Ep = mg(h – h0).

Bir uçurumdan düşen bir taşı düşünün (Şekil 2). Taşın kinetik enerjisinin (Ek) ve Dünya ile etkileşiminin potansiyel enerjisinin (En) düşerken nasıl değiştiğini belirlemek gerekir. Uçurumun kenarında (A noktası) taşın hızının sıfır olduğunu varsayalım.

Bir taş düştüğünde havayla sürtünmesi azdır, dolayısıyla enerjinin dağılmadığını ve ısıya dönüşmediğini varsayabiliriz. Sonuç olarak, enerjinin korunumu yasasına göre, bir taş düştüğünde, Dünya + taş cisimleri sisteminin kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamı değişmez, yani.

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

Şunu not edelim.

1. A noktasındaki problemin koşullarına göre taşın hızı sıfır olduğundan Ek| bir = 0.

2. Sorunun çözümünü en üst düzeyde basitleştirecek şekilde taş ile Dünya arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisinin sıfır seviyesini seçmek uygundur. Yalnızca tek bir sabit nokta (A kayasının kenarı) belirtildiği için, onu başlangıç ​​noktası olarak alıp Ep| A = 0. O halde toplam enerji (Ek + Ep)|A = 0. Sonuç olarak enerjinin korunumu yasası gereğince taşın ve Dünya'nın kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı sıfıra eşit kalır. yörüngenin noktaları:

(Ek + Ep)|B = 0.

Sıfır olmayan iki sayının toplamı, yalnızca biri negatif, diğeri pozitif ise sıfıra eşittir. Kinetik enerjinin negatif olamayacağını daha önce belirtmiştik. Dolayısıyla (Ek + Ep)|B = 0 eşitliğinden, düşen bir taşın Dünya ile etkileşiminin potansiyel enerjisinin negatif bir miktar olduğu sonucu çıkar. Bunun nedeni sıfır potansiyel enerji seviyesinin seçilmesidir. Taşın h koordinatı için kayanın kenarını sıfır referans noktası olarak aldık. Taşın içinden geçtiği tüm noktalar uçurumun kenarının altındadır ve bu noktaların h koordinatlarının değerleri sıfırın altındadır yani. onlar olumsuzdur. Sonuç olarak En = mgh formülüne göre düşen bir taşın Dünya ile etkileşiminin En enerjisi de negatif olmalıdır.

Enerjinin korunumu yasasının denkleminden Ek + En = 0 sonucu, kayanın kenarından herhangi bir h yükseklikte taşın kinetik enerjisinin, zıt işaretle alınan potansiyel enerjisine eşit olduğu sonucu çıkar:

Ek = –En = –mgh

(H'nin negatif bir değer olduğu unutulmamalıdır). Potansiyel enerji Ep ve kinetik enerjinin Ek'in h koordinatına bağımlılığının grafikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.

Ayrıca bir taşın A noktasında belirli bir dikey v0 hızıyla yukarıya doğru fırlatıldığı durumu hemen incelemek faydalı olacaktır. Başlangıç ​​anında taşın kinetik enerjisi Ek = mv02/2'dir ve potansiyel enerji geleneksel olarak sıfırdır. Yörüngedeki rastgele bir noktada, toplam enerji kinetik ve potansiyel enerjilerin mv2/2 + mgh toplamına eşittir. Enerjinin korunumu yasası şu şekilde yazılmıştır:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

Burada h, hem pozitif hem de negatif değerlere sahip olabilir; bu, taşın fırlatma noktasından yukarı doğru hareket etmesine veya A noktasının altına düşmesine karşılık gelir. Dolayısıyla, h'nin belirli değerleri için potansiyel enerji pozitif, diğerleri için ise negatiftir. Bu örnek öğrenciye potansiyel enerjiye belirli bir işaret verme kuralını göstermelidir.

Öğrencileri yukarıdaki materyalle tanıştırdıktan sonra aşağıdaki soruları onlarla tartışmanız tavsiye edilir:

1. Bir cismin kinetik enerjisi hangi koşullar altında sıfıra eşittir? Vücudun potansiyel enerjisi?

2. Şekil 1'deki grafiğin Dünya + Taş cisimleri sisteminin enerjinin korunumu yasasına uyup uymadığını açıklayın. 3.

3. Fırlatılan topun kinetik enerjisi nasıl değişir? Ne zaman azalır? artıyor mu?

4. Neden bir taş düştüğünde potansiyel enerjisi negatif çıkıyor da, bir çocuk tepeden aşağı yuvarlandığında pozitif olarak değerlendiriliyor?

Yerçekimi alanında bir cismin potansiyel enerjisi

Bir sonraki adım, öğrencilere yerçekimi alanındaki bir cismin potansiyel enerjisini tanıtmayı içerir. Bir cismin Dünya'nın yerçekimi alanı ile etkileşiminin enerjisi, yalnızca Dünya'nın yerçekimi alanının koordinatlardan bağımsız olarak tekdüze olarak kabul edilebilmesi durumunda En = mgh formülüyle tanımlanır. Yerçekimi alanı evrensel yerçekimi yasasına göre belirlenir:

burada R, Dünya'nın kütle merkezinden (başlangıç ​​noktası olarak alınır) belirli bir noktaya çizilen yarıçap vektörüdür (yerçekimi yasasında cisimlerin nokta benzeri ve hareketsiz olarak kabul edildiğini hatırlayın). Elektrostatiğe benzetilerek bu formül şu şekilde yazılabilir:

ve buna belirli bir noktadaki yerçekimi alanı yoğunluğunun vektörü adını verin. Bu alanın, alanı oluşturan cisimden uzaklaştıkça değiştiği açıktır. Yerçekimi alanı ne zaman yeterli doğrulukla homojen kabul edilebilir? Açıkçası, h boyutları, R alanının merkezine olan mesafeden çok daha küçük olan bir uzay bölgesinde bu mümkündür. Yani bir evin en üst katından düşen bir taşı düşünüyorsanız, bunu güvenle göz ardı edebilirsiniz. üst ve alt katlardaki yerçekimi alanının değerindeki fark. Bununla birlikte, gezegenlerin Güneş etrafındaki hareketi incelenirken, gezegenin tekdüze bir alanda hareket ettiği varsayılamaz ve genel çekim yasasını kullanmak gerekir.

Bedenler arasındaki yerçekimsel etkileşimin potansiyel enerjisi için genel bir formül türetebilirsiniz (ancak öğrencilerden bu sonucu tekrarlamalarını istemeyin, ancak elbette son formülü bilmeleri gerekir). Örneğin, birbirlerinden R0 mesafesinde bulunan m1 ve m2 kütleli iki sabit nokta gövdeyi ele alalım (Şekil 4). Bu cisimlerin yerçekimsel etkileşiminin enerjisini En0 ile gösterelim. Ayrıca cisimlerin R1 mesafesine biraz yaklaştığını varsayalım. Bu cisimlerin etkileşim enerjisi En1 oldu. Enerjinin korunumu yasasına göre:

Ep = Ep1 – Ep0 = Fitme. ortalama s,

nerede Fthrust cр – kuvvet yönünde hareket eden cismin s = R1 – R0 bölümündeki ortalama çekim kuvvetinin değeri. Evrensel çekim yasasına göre kuvvetin büyüklüğü:

R1 ve R0 mesafeleri birbirinden çok az farklıysa, Rav2 mesafesi R1R0 çarpımı ile değiştirilebilir. Daha sonra:

Bu eşitlikte En1 şuna karşılık gelir: karşılık gelir. Böylece:

Yerçekimi etkileşiminin potansiyel enerjisinin iki özelliğini gösteren bir formül elde ettik (buna yer çekimi enerjisi de denir):

1. Formülün kendisi zaten potansiyel yerçekimi enerjisinin sıfır seviyesi seçimini içerir, yani: söz konusu cisimler arasındaki mesafe sonsuz derecede büyük olduğunda cisimlerin yerçekimi etkileşiminin enerjisi sıfır olur. Lütfen, cisimlerin yerçekimsel etkileşiminin enerjisinin sıfır değeri seçiminin açık bir fiziksel yoruma sahip olduğunu unutmayın: cisimler birbirlerinden sonsuz derecede uzağa hareket ettiğinde, pratik olarak yerçekimsel olarak etkileşime girmeyi bırakırlar.

2. Herhangi bir gerçek mesafe, örneğin Dünya ile bir roket arasında, elbette, böyle bir referans noktası seçimi ile yerçekimsel etkileşimin enerjisi her zaman negatiftir.

İncirde. Şekil 5, roketin Dünya ile yerçekimsel etkileşiminin enerjisinin, Dünyanın merkezi ile roket arasındaki mesafeye bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir. Yerçekimi enerjisinin bahsettiğimiz her iki özelliğini de yansıtıyor: Bu enerjinin negatif olduğunu ve Dünya ile roket arasındaki mesafe arttıkça sıfıra doğru arttığını gösteriyor.

İletişim enerjisi

Enerjinin hem pozitif hem de negatif nicelikler olabileceği konusunda öğrenciler tarafından edinilen bilgi, bir maddenin parçacıklarının çeşitli toplanma durumlarındaki bağlanma enerjisinin incelenmesinde uygulamasını bulmalıdır. Örneğin öğrencilere aşağıdaki nitel akıl yürütme önerilebilir.

Madde parçacıklarının her zaman düzensiz hareket ettiğini zaten görmüştük. Parçacıklara bu şekilde hareket etme yeteneği kazandırarak bir takım doğa olaylarını açıklayabildik. Peki neden masalar, kalemler, evlerin duvarları ve biz ayrı parçacıklara dağılmıyoruz?

Madde parçacıklarının etkileşime girdiğini ve birbirini çektiğini varsaymalıyız. Yalnızca parçacıkların yeterince güçlü bir karşılıklı çekiciliği, onları sıvılarda ve katılarda birbirine yakın tutabilir ve farklı yönlere hızla dağılmalarını önleyebilir. Peki o halde neden gazların içindeki parçacıklar birbirine yakın durmuyor, neden ayrılıyor? Görünüşe göre gazlarda parçacıkların birbirine bağlanması onları tutmak için yeterli değildir.

Mekanikte cisimlerin etkileşimini (bağlantısını) değerlendirmek için etkileşimin potansiyel enerjisi gibi bir fiziksel nicelik kullandık. Maddenin kinetik teorisinde, maddenin parçacıkları arasındaki bağlantı, etkileşimlerinin Ec enerjisi ile karakterize edilir (bu enerji her zaman potansiyel değildir). Sıvı ve katı maddelerdeki parçacıkların birbirini tutması, gazlarda ise tutmaması, bu ortamlarda parçacıkların birbirine bağlanma enerjilerinin farklı olduğunu düşündürmektedir.

Gaz. Bir gazda parçacıklar arasındaki mesafe büyük, bağlantıları ise zayıftır. Parçacıklar ara sıra birbirleriyle ve kabın duvarlarıyla çarpışır. Çarpışmalar doğası gereği elastiktir, yani. toplam enerji ve toplam momentum korunur. Çarpışmalar arasındaki aralıklarda parçacıklar serbestçe hareket eder; etkileşime girmeyin. Bir gazdaki parçacıkların etkileşim (bağ) enerjisinin yaklaşık olarak sıfır olduğunu varsaymak mantıklıdır.

Sıvı. Bir sıvıda parçacıklar birbirine yaklaşır ve kısmen temas eder. Karşılıklı çekimleri güçlüdür ve bağlanma enerjisi Ecw ​​(su) ile karakterize edilir. Bir molekülü sıvının büyük kısmından koparmak için A> 0 işini yapmak gerekir. Sonuç olarak molekül, gazda olduğu gibi serbest hale gelecektir, yani. bağlanma enerjisi sıfıra eşit kabul edilebilir. Enerjinin korunumu yasasına göre Ecw (su) + A = 0, buradan Ecw (su) = –A< 0.

Sudaki parçacıkların Eb(su) enerjisinin sayısal değerini belirlemek için deneye dönelim. Zaten günlük gözlemler şunu gösteriyor: Bir su ısıtıcısında kaynayan suyu buharlaştırmak için belirli miktarda odun veya gaz yakmanız gerekiyor. Başka bir deyişle, iş yapılması gerekiyor. Bir termometre kullanarak kaynar suyun sıcaklığı ile üzerindeki buharın sıcaklığının aynı olduğundan emin olabilirsiniz. Sonuç olarak, kaynar sudaki ve buhardaki parçacık hareketinin ortalama enerjisi aynıdır. Yakıttan kaynar suya aktarılan termal enerji, buharlaşan su parçacıklarının etkileşim enerjisine dönüştürülür. Bu, kaynar sudaki parçacıkların Eb enerjisinin su buharından daha az olduğu anlamına gelir. Ancak Ec(çift) = 0 çiftinde, bu nedenle, bir sıvıdaki parçacıkların etkileşiminin enerjisi sıfırdan azdır, yani. olumsuz.

Kalorimetre kullanılarak yapılan ölçümler, normal atmosfer basıncında 1 kg kaynar suyun buharlaştırılması için yaklaşık 2,3 × 106 J enerjinin buraya aktarılması gerektiğini göstermektedir. Bu enerjinin bir kısmı (yaklaşık 0,2 × 106 J), ortaya çıkan su buharının hava parçacıklarını sıvı yüzeyinin üzerindeki ince bir tabakadan uzaklaştırabilmesi için harcanır. Enerjinin geri kalanı (2,1  106 J), su parçacıklarının sıvıdan buhara geçişleri sırasında bağlanma enerjisini arttırmaya gider (Şekil 6). Hesaplamalar 1 kg suyun 3,2 × 1025 parçacık içerdiğini göstermektedir. 2,1  106 J enerjisini 3,2  1025'e bölerek şunu elde ederiz: her su parçacığının sıvıdan buhara geçişi sırasında diğer parçacıklarla bağlanma enerjisi Eb 6,6  10–20 J artar.

Sağlam. Buzu eritmek ve suya dönüştürmek için iş yapmanız veya belirli bir miktarda ısıyı buza aktarmanız gerekir. Katı faz Eb'deki su moleküllerinin bağlanma enerjisi< 0, причем эта энергия по модулю больше, чем энергия связи молекул воды в жидкой faz. Buz eridiğinde sıcaklığı 0 °C kalır; Erime sırasında oluşan su aynı sıcaklıktadır. Bu nedenle bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesi için parçacıklarının etkileşim enerjisinin arttırılması gerekir. Zaten erimeye başlayan 1 kg buzu eritmek için 3,3  105 J enerji harcamanız gerekir (Şekil 7). Bu enerjinin neredeyse tamamı parçacıkların buzdan suya geçişleri sırasında bağlanma enerjisini arttırmak için kullanılır. Enerji paylaşımı

1 kg buzda bulunan 3,2 × 1025 parçacık sayısı başına 3,3 × 105 J, buz parçacıklarının etkileşim enerjisi Eb'nin sudakinden 10–20 J daha az olduğunu bulduk.

Yani buhar parçacıklarının etkileşim enerjisi sıfırdır. Suda, parçacıklarının her birinin diğer parçacıklarla bağlanma enerjisi, buhardakinden yaklaşık 6,6 × 10–20 J daha azdır; Eb(su) = –6,6  10–20 J. Buzda, her parçacığın diğer tüm buz parçacıklarıyla bağlanma enerjisi suya göre 1,0  10–20 J daha azdır (ve buna göre 6,6  10– 20 J + 1,0  10–20 J = 7,6  su buharından 10–20 J daha az). Bu, buzda Ec(buz) = –7,6  10–20 J anlamına gelir.

Bir maddenin parçacıklarının çeşitli toplanma durumlarındaki etkileşim enerjisinin özelliklerinin dikkate alınması, bir maddenin bir toplanma durumundan diğerine geçişleri sırasında enerjinin dönüşümünü anlamak için önemlidir.

Özellikle öğrencilerin artık çok fazla zorlanmadan cevaplayabilecekleri soru örnekleri verelim.

1. Su sabit bir sıcaklıkta kaynar ve bir gaz yakıcının alevinden enerjiyi emer. Bu olduğunda ne olur?

A) Su moleküllerinin hareket enerjisi artar;

B) su moleküllerinin etkileşim enerjisi artar;

C) su moleküllerinin hareket enerjisi azalır;

D) Su moleküllerinin etkileşim enerjisi azalır.

(Cevap: B.)

2.Buzu eritirken:

A) bir buz parçasının kinetik enerjisi artar;

B) buzun iç enerjisi artar;

C) bir buz parçasının potansiyel enerjisi azalır;

D) Buzun iç enerjisi azalır.

(Cevap: B.)

Şu ana kadar cisimlerin birbirini çekmesinin etkileşim enerjisini ele aldık. Elektrostatik çalışırken öğrencilerle parçacıkların birbirlerini ittiklerinde etkileşim enerjisinin pozitif mi yoksa negatif mi olduğu sorusunu tartışmak faydalıdır. Parçacıklar birbirini ittiğinde birbirlerinden uzaklaşmak için onlara enerji verilmesine gerek yoktur. Etkileşim enerjisi uçan parçacıkların hareket enerjisine dönüşür ve parçacıklar arasındaki mesafe arttıkça sıfıra düşer. Bu durumda etkileşim enerjisi pozitif bir değerdir. Etkileşim enerjisinin belirlenen özellikleri aşağıdaki konular tartışılırken birleştirilebilir:

1. Zıt yüklü iki top arasındaki etkileşimin enerjisi pozitif mi yoksa negatif mi? Cevabınızı gerekçelendirin.

2. Benzer yüklü iki top arasındaki etkileşimin enerjisi pozitif mi yoksa negatif mi? Cevabınızı gerekçelendirin.

3. İki mıknatıs birbirine benzer kutuplarla yaklaşmaktadır. Etkileşimlerinin enerjisi artıyor mu yoksa azalıyor mu?

Mikrokozmosta iletişim enerjisi

Kuantum mekaniği kavramlarına göre atom, elektronlarla çevrili bir çekirdekten oluşur. Çekirdeğe ilişkin referans çerçevesinde, atomun toplam enerjisi, elektronun çekirdek etrafındaki hareketinin enerjisinin, elektronların pozitif yüklü bir çekirdekle Coulomb etkileşiminin enerjisinin ve Coulomb etkileşiminin enerjisinin toplamıdır. elektronlar birbirleriyle. En basit atom olan hidrojen atomunu ele alalım.

Bir elektronun toplam enerjisinin, Coulomb'un çekirdekle etkileşiminin kinetik enerjisi ve potansiyel enerjisinin toplamına eşit olduğuna inanılmaktadır. Bohr'un modeline göre, bir hidrojen atomundaki elektronun toplam enerjisi yalnızca belirli bir değer kümesini alabilir:

burada E0 dünya sabitleri ve elektronun kütlesi cinsinden ifade edilir. E(n)'nin sayısal değerlerini joule cinsinden değil elektron volt cinsinden ölçmek daha uygundur. İzin verilen ilk değerler şunlardır:

E(1) = –13,6 eV (toprağın enerjisi, elektronun en kararlı durumu);

E(2) = –3,4 eV;

E(3) = –1,52 eV.

Bir hidrojen atomunun toplam enerjisinin izin verilen tüm değerlerinin tamamını dikey enerji ekseninde çizgilerle işaretlemek uygundur (Şekil 8). Diğer kimyasal elementlerin atomları için olası elektron enerjisi değerlerini hesaplamaya yönelik formüller karmaşıktır, çünkü Atomların yalnızca çekirdekle değil aynı zamanda birbirleriyle de etkileşime giren çok sayıda elektronu vardır.

Atomlar birleşerek molekülleri oluşturur. Moleküllerde elektronların ve atom çekirdeklerinin hareketi ve etkileşiminin resmi atomlardan çok daha karmaşıktır. Buna göre, iç enerjinin olası değerleri kümesi değişir ve daha karmaşık hale gelir. Herhangi bir atom ve molekülün iç enerjisinin olası değerleri bazı özelliklere sahiptir.

İlk özelliği daha önce açıklığa kavuşturmuştuk: Bir atomun enerjisi kuantize edilmiştir, yani. yalnızca ayrık bir değer kümesi alabilir. Her maddenin atomlarının kendine ait enerji değerleri vardır.

İkinci özellik ise atom ve moleküllerdeki elektronların toplam enerjisinin olası tüm E(n) değerlerinin negatif olmasıdır. Bu özellik, bir atomun elektronları ile çekirdeği arasındaki etkileşim enerjisinin sıfır seviyesinin seçimi ile ilişkilidir. Elektron büyük bir mesafeden uzaklaştırıldığında, elektronun çekirdekle etkileşim enerjisinin sıfır olduğu ve elektronun çekirdeğe Coulomb çekiciliğinin ihmal edilebilir olduğu genel olarak kabul edilir. Ancak bir elektronu çekirdekten tamamen koparabilmek için biraz iş yapıp onu çekirdek+elektron sistemine aktarmak gerekiyor. Yani elektron ile çekirdek arasındaki etkileşimin enerjisinin sıfır olabilmesi için artması gerekir. Bu da elektron ile çekirdek arasındaki etkileşimin başlangıç ​​enerjisinin sıfırdan az olduğu anlamına gelir, yani. olumsuz.

Üçüncü özellik ise Şekil 2'de yapılanlardır. Şekil 8'de, bir atomun iç enerjisinin olası değerlerinin işaretleri E = 0'da sonlandırılmıştır. Bu, elektron + çekirdek sisteminin enerjisinin prensipte pozitif olamayacağı anlamına gelmez. Ancak sıfıra ulaştığında sistem atom olmaktan çıkar. Nitekim E = 0 değerinde elektron çekirdekten çıkarılır ve hidrojen atomu yerine birbirine bağlı olmayan bir elektron ve bir çekirdek bulunur.

Ayrılan elektron Ek kinetik enerjisiyle hareket etmeye devam ederse, o zaman artık etkileşime girmeyen iyon + elektron parçacıkları sisteminin toplam enerjisi herhangi bir pozitif E = 0 + Ek değerini alabilir.

Tartışılacak konular

1. Bir atomun iç enerjisini hangi bileşenler oluşturur?

2. Neden bir atomun enerjisini sadece hidrojen atomu örneğini kullanarak ele aldık?

3. Kuantum mekanik modelinden, bir atomun iç enerjisinin özellikleri hakkında ne gibi sonuçlar çıkarılabilir?

4. Bir atomun veya molekülün iç enerjisinin neden negatif olduğunu düşünüyoruz?

5. İyon + elektron grubunun enerjisi pozitif olabilir mi?

Bir atomun iç enerjisine aşinalık, yalnızca potansiyel enerjinin negatif değerlerinin olasılığı hakkındaki bilgiyi pekiştirmekle kalmayacak, aynı zamanda örneğin fotoelektrik etki olgusu veya ışığın atomlar tarafından yayılması gibi bir dizi olguyu da açıklayacaktır. Son olarak kazanılan bilgi, öğrencilerin çekirdekteki nükleonların etkileşimi hakkında çok ilginç bir soruyu tartışmalarına olanak tanıyacaktır.

Atom çekirdeğinin nükleonlardan (protonlar ve nötronlar) oluştuğu tespit edilmiştir. Proton, kütlesi elektronun kütlesinden 2000 kat daha büyük olan ve pozitif elektrik yükü (+1) taşıyan bir parçacıktır. Elektrodinamikten bilindiği gibi aynı işaretli yükler birbirini iter. Bu nedenle elektromanyetik etkileşim protonları birbirinden uzaklaştırır. Çekirdek neden kendisini oluşturan parçalara ayrılmıyor? 1919'da E. Rutherford, çekirdeği α parçacıklarıyla bombardıman ederken, bir protonu çekirdekten atmak için α parçacığının yaklaşık 7 MeV enerjiye sahip olması gerektiğini keşfetti. Bu, bir atomdan bir elektronu çıkarmak için gerekenden birkaç yüz bin kat daha fazla bir enerjidir!

Çok sayıda deney sonucunda, çekirdeğin içindeki parçacıkların temelde yeni bir etkileşim türüyle birbirine bağlandığı tespit edildi. Yoğunluğu elektromanyetik etkileşimin yoğunluğundan yüzlerce kat daha fazladır, bu yüzden buna güçlü etkileşim adı verilmiştir. Bu etkileşimin önemli bir özelliği vardır: kısa bir menzile sahiptir ve yalnızca nükleonlar arasındaki mesafe 10-15 m'yi geçmediğinde "açılır" Bu, tüm atom çekirdeklerinin küçük boyutunu açıklar (10-14 m'den fazla değil).

Çekirdeğin proton-nötron modeli, çekirdekteki nükleonların bağlanma enerjisinin hesaplanmasına olanak tanır. Yapılan ölçümlere göre yaklaşık –7 MeV'ye eşit olduğunu hatırlayalım. 4 proton ve 4 nötronun birleşerek berilyum çekirdeği oluşturduğunu düşünelim. Her nötronun kütlesi mn = 939,57 MeV ve her protonun kütlesi mp = 938,28 MeV'dir (burada nükleer fizikte kabul edilen, kütlenin kilogram cinsinden değil eşdeğer enerji birimleriyle ölçüldüğü birim sistemini kullanıyoruz, Einstein'ın E0 = mc2 ilişkisi kullanılarak yeniden hesaplanmıştır. Sonuç olarak 4 proton ve 4 nötronun çekirdekte birleşmeden önceki toplam dinlenme enerjisi 7511,4 MeV'dir. Be çekirdeğinin dinlenme enerjisi 7454,7 MeV'dir. Bu, nükleonların dinlenme enerjisinin (7511.4 MeV) ve nükleonların birbirlerine Eb bağlanma enerjisinin toplamı olarak temsil edilebilir. Bu yüzden:

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

Buradan şunu anlıyoruz:

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

Bu enerji berilyum çekirdeğinin 8 nükleonunun tamamına dağıtılır. Sonuç olarak, deneylerden de anlaşılacağı üzere her biri yaklaşık olarak -7 MeV'ye karşılık gelir. Karşılıklı olarak çekilen parçacıkların bağlanma enerjisinin negatif bir miktar olduğunu bir kez daha bulduk.

Genellikle birbirini karşılıklı olarak yok edebilecek iki düşman yaşam enerjisinin olduğuna inanılır. Bir kişinin genellikle pozitif yaşam enerjisi ile yüklendiğine ve negatif yaşam enerjisi yükü aldığında hastalandığına, hastalanabileceğine, hatta tamamen başka bir dünyaya gidebileceğine inanılmaktadır.

Öyle mi?

Bu yaklaşım fiziksel açıdan çelişkiler içermektedir. Örneğin negatif yaşam enerjisi taşıyan bir kişinin onu bir şekilde pozitif enerjiden izole etmesi gerekir, aksi takdirde bu iki enerji birbiriyle etkileşime girer ve öncelikle negatif yaşam enerjisi taşıyan kişinin zarar görmesi gerekir.

Genel olarak, etrafımızdaki alanda negatif ve pozitif yaşam enerjisi dağılmışsa, birbirlerini karşılıklı olarak yok ederek cansız alanlar oluşturmalıdırlar.

Negatif yaşam enerjisi bir şeyden kaynaklanıyorsa, o zaman aynı şeyden üretilen pozitif yaşam enerjisi ile aynı niteliktedir, ancak vücudun yaşam enerjisini kaybetmesine neden olacak şekilde hareket eder.

Genel olarak bu soruya daha geniş açıdan bakmamız gerekiyor.

Vücuttaki herhangi bir hayati enerji kaybı, genel olarak refahı ve sağlığı olumsuz yönde etkiler. Kayıplar çeşitli nedenlerden kaynaklanabilmektedir.

1. Fiziksel aşırı yük.
2. Aşırı gerilim.
3. Zihinsel aşırı yük.
4. Hastalıklar.
5. Enerji vampirizmi.
6. Zihinsel programlamayı açın.
7. Gizli zihinsel programlama.

Fiziksel, stresli ve zihinsel aşırı yüklenme durumunda her şey açıktır - bu, hayati enerjinin amaçlanan amaç için doğrudan kullanılmasıdır ve tüketim, rezervlerin azalmasına yol açar. Hastalıklar aynı zamanda yaşamsal enerji kaybına da neden olur.

Hastalıklar ya koşulların bir kombinasyonunun (yaralanmalar, enfeksiyonlar ve bunların sonuçları, genetik yatkınlık) bir sonucu ya da hayati enerji eksikliğinin bir tezahürü, yani kalan altı noktadan herhangi birinin veya bunların kombinasyonlarının bir sonucu olabilir.

Enerji vampirizmi durumunda, yaşam enerjisinin bir kısmı enerji vampirinin lehine çekilir. Sonuç olarak insan vücudunda daha az yaşam enerjisi kalır. Buna bağlı olarak sağlığınız kötüleşir ve hastalık riskiniz artar.

Açık ve gizli zihinsel programlama yöntemleri çok tehlikelidir.

Açık zihinsel programlama yöntemlerini ele alırsak genellikle insan iletişimi sürecinde kullanılırlar. Bunlar bir kişinin zihinsel alanını etkilemenin sıradan psikolojik yöntemleridir.

İki kişi arasındaki herhangi bir iletişim, karşılıklı zihinsel programlamadır. Bu zihinsel programlamanın, insanların iletişim sırasındaki tutumlarına bağlı olarak hem olumlu hem de olumsuz etkileri olabilir. Övülüyorsanız ve içtenlikle sempati ve destek ifade ediyorsanız, zihinsel alanınız üzerindeki etkinin olumlu olması doğaldır.

Azarlanırsanız, eleştirilirseniz, aşağılanırsanız, beceriksiz olduğunuz kanıtlanırsa, bu, programlamanın olumsuz unsurlarını zihinsel alanınıza sokar, bu da onun üzerinde yıkıcı bir etkiye sahiptir ve hayati enerji kaybına yol açar.

İnsanlar arasında doğrudan temas yoluyla gerçekleştirilen açık zihinsel programlama hiçbir zaman saf değildir, yalnızca sözlü formüllere dayanmaktadır. Kelimeler bilinçaltının rezonans etkileşiminin anahtarıdır.

Hem konuşmacının bilinçaltında hem de dinleyicinin bilinçaltında konuşulan söz, bilinçaltı düzeyde etkileşime giren benzer görüntüleri uyandırır, zihinsel bilinçaltı teması kurarak hayati enerji alışverişine yol açar. Bu tür görüntüler ne kadar çok ve parlak üretilirse, bilinçaltı düzeydeki temas o kadar güçlü olur ve enerji alışverişi o kadar yoğun olur.

Güçlü bir duygusal ve sözlü ifadeyle psikolojik bir saldırı gerçekleştirilirse, bu, saldırının kurbanının bilincine ve bilinçaltına, düzenli maruz kalma durumunda ruha ciddi şekilde zarar verebilecek ve felakete yol açabilecek yıkıcı programların girmesine yol açar. enerji kayıpları. Böylesine yıkıcı bir programın en basit örneği atasözüdür - "Bir kişiye domuz olduğunu yüz kez söylerseniz, o zaman yüz birinci kez homurdanır."

Benzer bir saldırı doğrudan psikolojik temas olmadan da gerçekleştirilebilir. Yıkıcı bir zihinsel programın oluşturulması ve bunun mağdurun zihinsel alanına sokulması ritüel, hipnotik ve diğer teknikler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu uygulamanın sonucunda hem genel yaşam enerjisi kayıpları hem de vücudun belirli bilinç alanlarından veya iç organlarından sorumlu olan bloklarında kayıplar meydana gelir.

Genellikle bu tür yıkıcı program bloklarına negatif enerji denir. Doğal olarak böyle bir isim mantıksal olarak yanlıştır. Bu yıkıcı programlara aynı kolaylıkla negatif programlama da denilebilir.

Bu tür programlama, bu tür programları oluşturan kişi için son derece tehlikelidir, çünkü hata yaparsa kendisi de bu tür programlamanın kurbanı olabilir. Bu programlar, şu ilkeye göre eylemlerini programcıya yansıtabilir: "Başkası için çukur kazma, içine kendin düşersin."

Pek çok problem, potansiyel enerjisi yalnızca tek bir değişkenin (örneğin koordinatların) bir fonksiyonu olan bir cismin tek boyutlu hareketini dikkate alır. X), yani P=P(x). Bazı argümanlara karşı potansiyel enerjinin grafiğine denir potansiyel eğrisi. Potansiyel eğrilerin analizi vücut hareketinin doğasını belirlememizi sağlar.

Yalnızca muhafazakar sistemleri ele alacağız, yani. mekanik enerjinin diğer türlere karşılıklı dönüşümünün olmadığı sistemler.

O halde (13.3) formundaki enerjinin korunumu kanunu geçerlidir. Düzgün bir yerçekimi alanındaki bir cisim ve elastik olarak deforme olmuş bir cisim için potansiyel enerjinin grafiksel bir temsilini düşünelim.

Kütleli bir cismin potansiyel enerjisi T, yüksekliğe yükseltilmiş H(12.7), P(h)'ye göre Dünya yüzeyinin üstünde = mgh. Bu bağımlılığın grafiği P = P( H) - koordinatların kökeninden geçen düz bir çizgi (Şekil 15), eğim açısı eksene göre H ne kadar büyük olursa vücut ağırlığı da o kadar büyük olur (çünkü tg = mg).

Vücudun toplam enerjisi olsun e(grafiği eksene paralel düz bir çizgidir) H). Yüksekte H vücut, nokta arasında yer alan dikey bölüm tarafından belirlenen P potansiyel enerjisine sahiptir. H x ekseninde ve P grafiğinde( H). Doğal olarak kinetik enerji T P(h) grafiği ile yatay çizgi arasındaki ordinatla verilir O.Şek. 15, eğer h=h max ise, o zaman T= 0 ve P = E= mgh max, yani potansiyel enerji maksimum olur ve toplam enerjiye eşit olur.

Aşağıdaki grafikten vücudun yüksekteki hızını bulabilirsiniz. H:

mv 2 /2=mg maksimum -mg, Neresi

v = 2g(saat maksimum -H).

Elastik deformasyonun potansiyel enerjisine bağımlılık P =kx 2 /2 deformasyondan X vücudun verilen toplam enerjisinin grafiğinin bulunduğu bir parabol biçimindedir (Şekil 16). E- düz, eksene paralel

apsis x, a değerler T ve P, Şekil 2'dekiyle aynı şekilde belirlenir. 15. Şek. 16 artan deformasyonla birlikte X Vücudun potansiyel enerjisi artar, kinetik enerjisi azalır. Apsis x max, gövdenin mümkün olan maksimum çekme deformasyonunu belirler ve -x max, gövdenin mümkün olan maksimum sıkıştırma deformasyonunu belirler. Eğer x=±x max, bu durumda T=0 ve П=E = kx 2 max /2, yani potansiyel enerji maksimum olur ve toplam enerjiye eşit olur.

Şekil 2'deki grafiğin analizinden. 16, vücudun toplam enerjisi şuna eşit olduğunda, E, Kinetik enerji negatif bir miktar olamayacağından ve dolayısıyla potansiyel enerji toplamdan büyük olamayacağından vücut sağa x max'a ve sola -x max'a hareket edemez. Bu durumda cesedin içeride olduğunu söylüyorlar. potansiyel delik koordinatlarla

X maks xx maks .

Genel durumda potansiyel eğrisi, örneğin birkaç alternatif maksimum ve minimumla oldukça karmaşık bir forma sahip olabilir (Şekil 17). Bu potansiyel eğriyi analiz edelim.

Eğer e parçacığın verilen toplam enerjisi ise, parçacık yalnızca P(x) E olduğu yerde bulunabilir, yani. I. ve III. bölgelerde. Parçacık engellendiğinden bölge I'den III'e ve geri hareket edemez. potansiyel bariyerCDG, genişliği değer aralığına eşit olan X, hangi E için<П, а его вы­сота определяется разностью П max -E. Bir parçacığın potansiyel bir engeli aşabilmesi için, ona engelin yüksekliğine eşit veya daha büyük ek enerji sağlanması gerekir. Bölgede 1 toplam enerjiye sahip parçacık e kendisini potansiyel bir delikte “kilitli” bulur ABC ve koordinatları x olan noktalar arasında salınır A Ve X C .

Noktada İÇİNDE koordinat x 0 ile (Şekil 17) parçacığın potansiyel enerjisi minimumdur. Parçacık üzerine etki eden kuvvet (bkz. §12) F X =-d P / D x (P yalnızca bir koordinatın fonksiyonudur) ve minimum potansiyel enerjinin koşulu D P/ D x=0, o zaman bu noktada İÇİNDEF X = 0. Bir parçacık x 0 konumundan kaydırıldığında (hem sol hem de sağ) bir geri çağırma kuvvetine maruz kalır, dolayısıyla konum x 0 konumdur istikrarlı denge. Belirtilen koşullar bu nokta için de sağlanmıştır X" 0 (Pmaks için). Ancak bu nokta pozisyona karşılık gelir. dengesiz denge, bir parçacık konumundan değiştirildiğinden beri X" 0 onu bu pozisyondan çıkarmaya çalışan bir güç ortaya çıkıyor.