Обычно для таких систем употребляют общее название осциллятор (от англ. oscillate — колебаться, вибрировать). <...> Записываем теперь уравнение движения поршня m¨ x+ω2 ¨ 0x =0,ω0 = Электромагнитный контур Рассмотрим колебательный контур, состоящий из конденсатора емкостью C и катушки индуктивностью L (рис. <...> Электромагнитный колебательный контур Подставляя первое уравнение во второе, получаем уравнение для изменения заряда на конденсаторе: q +ω2 ¨ 0q =0,ω0 = 1 √LC . <...> Аналогично для электромагнитного контура переменная x = q, ˙x =˙ случае соотношение (24.41) принимает вид LI2 2 + q2 2C = const. <...> 24.8, на котором показаны различные стадии изменения кинетической и потенциальной энергий для пружинного маятника и электромагнитного контура. <...> 24.4 Сложение однонаправленных колебаний Может случится так, что осциллятор принимает участие в двух одинаково направленных колебаниях с разными амплитудами, частотами и начальными фазами. <...> 46 Глава 26 Нелинейные колебания Другим примером является нелинейный осциллятор с потенциальной энергией, составленной из двух половинок парабол гармонических осцилляторов с разными частотами: U(x)= mω2 mω2 2 ,x≥ 0; 2x2 1x2 (26.6) 2 ,x≤ 0. <...> На каждой из таких окружностей полная энергия осциллятора остается постоянной, т. е. траектории в фазовом пространстве являются аналогом изогипс в топографии (см. т. <...> Потенциальная энергия гармонического осциллятора (слева) и его фазовый портрет (справа) 26.2 Фазовый портрет 49 Рис. <...> Потенциальная энергия двухямного ангармонического осциллятора (слева) и его фазовый портрет (справа) Рис. <...> Периодическая потенциальная энергия нелинейного осциллятора с минимумами в точках x =0,±2π,±4π,. (слева) и его фазовый портрет (справа) n =0,±1,±2,. <...> Используя уравнение газового состояния, можно записать выражение для скорости (27.8) в виде v = γ RT M = тепл/2= 3kBT/2, откуда vтепл = γ kBT m , (27.28) гдеM —молярная масса газа,m—масса молекул, а T —абсолютная температура газа. <...> Конус Маха отделяет области пространства, куда <...>
Основы_физики._В_3_т._Т._2.pdf
УЧЕБНИК ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
Н. П. Калашников, М. А. Смондырев
ОСНОВЫ
ФИЗИКИ
Том 2
2-Е ИЗДАНИЕ, ЭЛЕКТРОННОЕ
Москва
Лаборатория знаний
2021
Стр.2
ББКУДК 53(075.8)
22.3я73
К17
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
Калашников Н. П.
К17 Основы физики : в 3 т. Т. 2 / Н. П. Калашников, М. А. Смондырев.
— 2-е изд., электрон. —М. : Лаборатория знаний, 2021. —
609 с. —(Учебник для высшей школы). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. —Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-075-3 (Т. 2)
ISBN 978-5-00101-072-2
Учебник соответствует программе дисциплины «Физика» для естественнонаучных
и технических университетов. Два его тома входят
в состав учебного комплекта, включающего также учебное пособие
«Основы физики. Упражнения и задачи» тех же авторов.
Во многих отношениях данный учебник не имеет аналогов. Ряд
оригинальных методических приемов и способов изложения материала,
включение новых, зачастую неожиданных тем и ярких примеров,
отсутствующих в традиционных курсах физики, позволяют учащимся
приобрести навыки уверенного самостоятельного мышления, глубже
понять физические основы самых различных природных явлений,
делать практические, качественные оценки, оперируя размерностями
и порядками величин.
Для студентов естественнонаучных и инженерно-технических специальностей.
ББКУДК
53(075.8)
22.3я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы
физики : в 3 т. Т. 2 / Н. П. Калашников, М. А. Смондырев.—М. : Лаборатория
знаний, 2017. — 606 с. : ил. —(Учебник для высшей школы). —
ISBN 978-5-00101-005-0 (Т. 2); ISBN 978-5-00101-003-6.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-075-3 (Т. 2)
ISBN 978-5-00101-072-2
© Лаборатория знаний, 2017
Стр.3
Оглавление
Часть IV Колебания и волны
Глава 24 Колебательное движение
24.1 Уравнение гармонических колебаний . . . . . . . . . . . . . . .
Пружинный маятник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Математический маятник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Физический маятник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Движение поршня в сосуде с идеальным газом . . . . . . . . . .
Электромагнитный контур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24.2 Гармонические колебания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
5
5
6
7
8
8
9
24.3 Сохранение энергии при гармонических колебаниях . . . . . . 13
24.4 Сложение однонаправленных колебаний . . . . . . . . . . . . . 15
Сложение колебаний с одинаковыми частотами . . . . . . . . . 15
Биения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Колебания двух связанных осцилляторов . . . . . . . . . . . . . 18
24.5 Сложение взаимно перпендикулярных колебаний . . . . . . . . 21
24.6 Свободные затухающие колебания . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Уравнение затухающих колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Анализ решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
24.7 Вынужденные колебания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Глава 25 Переменный ток
33
25.1 Квазистационарные токи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
25.2 Переменный ток через элементы цепи . . . . . . . . . . . . . . . 33
Переменный ток через сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . 33
Переменный ток через индуктивность . . . . . . . . . . . . . . . 34
Переменный ток через емкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
25.3 Цепь переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
25.4 Резонансные явления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Резонанс напряжений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Резонанс токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
25.5 Мощность в цепи переменного тока . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Стр.600
600
Оглавление
Глава 26 Нелинейные колебания
43
26.1 Нелинейные колебания маятника . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
26.2 Фазовый портрет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
26.3 Автоколебания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
26.4 Эволюция и взаимодействие популяций . . . . . . . . . . . . . . 54
Популяция в отсутствие сдерживающих факторов . . . . . . . 54
Внутривидовая конкуренция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
О взаимоотношениях зайцев и волков . . . . . . . . . . . . . . . 57
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Глава 27 Волновые процессы
61
27.1 Волны в упругих средах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Колебания струны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Колебания в идеальном газе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Колебания в твердых телах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
27.2 Решение волнового уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
27.3 Энергия волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Применения к звуковой волне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
27.4 Стоячие волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Струна, закрепленная на одном конце . . . . . . . . . . . . . . . 73
Гармоники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Сложение гармоник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Спектр колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
27.5 Сферические волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Трехмерное волновое уравнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Эффект Доплера для звуковых волн . . . . . . . . . . . . . . . 82
Сверхзвуковые скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Часть V Основы волновой оптики
Глава 28 Волновая теория света и законы геометрической оптики
93
95
28.1
Принцип Гюйгенса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
28.2 Законы отражения и преломления света . . . . . . . . . . . . . 96
Закон отражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Закон преломления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Принцип Ферма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Глава 29 Интерференция света
103
29.1 Интенсивность света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
29.2 Когерентность световых волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
29.3 Интерференция света от двух источников . . . . . . . . . . . . 107
29.4 Способы наблюдения интерференции света . . . . . . . . . . . . 109
Стр.601
Оглавление
601
29.5 Интерференция света в тонких пленках . . . . . . . . . . . . . . 110
29.6 Полосы равной толщины. Кольца Ньютона . . . . . . . . . . . . 112
29.7 Интерферометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Глава 30 Дифракция света
117
30.1 Принцип Гюйгенса—Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
30.2 Метод зон Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
30.3 Дифракция на круглом отверстии и диске . . . . . . . . . . . . 122
30.4 Дифракция Фраунгофера от щели . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
30.5 Дифракционная решетка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Дифракция от двух щелей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Дифракция на решетке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Характеристики дифракционной решетки . . . . . . . . . . . . 134
30.6 Дифракция рентгеновских лучей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
30.7 Голография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Глава 31 Влияние среды на свойства света
143
31.1 Поляризация света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Поляризация электромагнитной волны . . . . . . . . . . . . . . 143
Естественный и поляризованный свет . . . . . . . . . . . . . . . 144
Закон Малюса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Поляризация при отражении и преломлении . . . . . . . . . . . 148
31.2 Дисперсия света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Теория радуги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Элементарная теория дисперсии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
31.3 Поглощение света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
31.4 Рассеяние света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Глава 32 Электромагнитные волны
163
32.1 Усреднение микроскопических полей . . . . . . . . . . . . . . . 163
32.2 Уравнения Максвелла для сплошных сред . . . . . . . . . . . . 166
32.3 Волновое уравнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
32.4 Основные свойства электромагнитных волн . . . . . . . . . . . 169
32.5 Эффект Доплера для электромагнитных волн . . . . . . . . . . 172
Отражение света от движущегося зеркала . . . . . . . . . . . . 174
32.6 Энергия и импульс электромагнитного поля . . . . . . . . . . . 176
Давление света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Солнечный парус . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
32.7 Законы оптики и уравнения Максвелла.
Формулы Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Отражение и преломление s-поляризованной волны . . . . . . . 181
Отражение и преломление p-поляризованной волны . . . . . . 184
Стр.602
602
Оглавление
32.8 Полное внутреннее отражение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
32.9 Затухание волн в металле. Скин-эффект . . . . . . . . . . . . . 188
32.10 Дипольное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
32.11 Излучение равномерно движущегося заряда . . . . . . . . . . . 197
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Часть VI Основы квантовой механики
Глава 33 Квантовая природа излучения
201
203
33.1 Тепловое излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
33.2 Эмпирические законы излучения абсолютно черного тела . . . 209
33.3 Классические результаты для теплового излучения . . . . . . . 211
33.4 Закон излучения Планка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Глава 34 Фотоны
219
34.1 Кванты света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
34.2 Фотоэлектрический эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
34.3 Эффект Комптона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
34.4 Опыт Боте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Глава 35 Волновые свойства микрочастиц
233
35.1 Атом Бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Постулаты Бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Характеристики водородоподобного атома . . . . . . . . . . . . 235
35.2 Волны материи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
35.3 Соотношения неопределенностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Некоторые следствия соотношений неопределенностей . . . . . 247
35.4 Двухщелевой эксперимент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
35.5 О границах применимости квантовой механики . . . . . . . . . 252
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Глава 36 Уравнение Шрёдингера
257
36.1 Волна вероятности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
36.2 Общее уравнение Шрёдингера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
36.3 Операторы, симметрия и законы сохранения . . . . . . . . . . . 261
36.4 Стационарное уравнение Шрёдингера . . . . . . . . . . . . . . . 262
36.5 Уравнение Шрёдингера для простейших систем . . . . . . . . . 265
Свободная частица, движущаяся вдоль оси x . . . . . . . . . . 265
Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме . . . . . . . 266
Частица в трехмерной потенциальной яме . . . . . . . . . . . . 268
Одномерный осциллятор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Трехмерный осциллятор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Стр.603
Оглавление
603
36.6 Принцип соответствия Бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
36.7 Отражение и туннелирование частиц . . . . . . . . . . . . . . . 273
Низкий бесконечный барьер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Высокий бесконечный барьер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Конечный потенциальный барьер . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
36.8 Оптическая аналогия прохождения частицы над барьером . . . 281
Ступенчатый потенциал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
Прямоугольный барьер конечной ширины . . . . . . . . . . . . 283
Прохождение света через многослойную структуру . . . . . . . 285
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Глава 37 Теория атома
289
37.1 Коммутирующие операторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
37.2 Момент количества движения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
37.3 Атом водорода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
37.4 Спин электрона и тонкая структура спектров . . . . . . . . . . 303
Опыт Штерна—Герлаха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
37.5 Векторная модель атома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
37.6 Принцип Паули и валентность элементов . . . . . . . . . . . . . 312
Эффективный заряд ядра, оценки потенциала ионизации и закон
Мозли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Электронная конфигурация атомов . . . . . . . . . . . . . . . . 316
37.7 Принцип тождественности частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Глава 38 Физическая природа химической связи
321
38.1 Молекулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Ионная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Ковалентная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Комбинации различных типов связи . . . . . . . . . . . . . . . . 328
38.2 Пространственное строение молекул . . . . . . . . . . . . . . . . 330
38.3 Молекулярные спектры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
Электронные уровни энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
Энергия колебательного движения ядер . . . . . . . . . . . . . 333
Энергия вращательного движения молекул . . . . . . . . . . . . 334
Молекулярные спектры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
38.4 Комбинационное рассеяние света . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
Часть VII Основы теории строения вещества
Глава 39 Взаимодействие излучения с веществом
339
341
39.1 Вывод формулы Планка по Эйнштейну . . . . . . . . . . . . . . 341
39.2 Общие сведения о лазерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Прохождение излучения через вещество. Инверсия населенностей
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Стр.604
604
Оглавление
Принцип работы лазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Типы лазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
39.3 Нелинейные эффекты в оптике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
Глава 40 Теплоемкость кристаллов. Статистика Бозе—Эйнштейна
357
40.1
Классические представления о теплоемкости кристаллов . . . . 357
40.2 Средняя энергия квантового осциллятора . . . . . . . . . . . . 359
Средняя энергия квантового ротатора . . . . . . . . . . . . . . . 361
40.3 Теплоемкость кристаллов по Эйнштейну . . . . . . . . . . . . . 363
40.4 Теория теплоемкости твердых тел Дебая . . . . . . . . . . . . . 364
Число колебаний в единице объема . . . . . . . . . . . . . . . . 364
Характеристическая температура Дебая . . . . . . . . . . . . . 366
40.5 Фононы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
Линейная цепочка одинаковых атомов . . . . . . . . . . . . . . 369
Линейная двухатомная цепочка . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
Квантование колебаний кристаллической решетки . . . . . . . 373
40.6 Статистика Бозе—Эйнштейна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Плотность квантовых состояний . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
Конденсация Бозе—Эйнштейна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
Глава 41 Элементы физики твердого тела. Статистика Ферми—
Дирака
383
41.1 Энергетические зоны в твердых телах . . . . . . . . . . . . . . . 383
Применение оптической аналогии . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Формирование энергетических зон в кристалле . . . . . . . . . 384
41.2 Металлы, диэлектрики и полупроводники . . . . . . . . . . . . 388
41.3 Теория свободных электронов в металле. Энергия Ферми . . . 390
Электронный газ при нулевой температуре . . . . . . . . . . . . 393
41.4 Статистика Ферми—Дирака . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
41.5 Распределение Ферми—Дирака . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
41.6 Эффективная масса электрона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
41.7 Электропроводность металлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
41.8 Полупроводники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
Дырки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
Собственная проводимость полупроводников . . . . . . . . . . . 412
Примесная проводимость полупроводников . . . . . . . . . . . . 415
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
Глава 42 Контактные явления
421
42.1 Работа выхода и контактная разность потенциалов в металле . 421
42.2 Термоэлектрические явления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Термо-ЭДС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Стр.605
Оглавление
605
ЭДС термопары . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
Эффект Пельтье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Эффект Томсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
42.3 Полупроводниковые выпрямители . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
Контактная разность потенциалов в p–n-переходе . . . . . . . . 438
Сопротивление и односторонняя проводимость p–n-перехода . 439
Туннельный диод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
Фотоэлектрические явления в полупроводниках . . . . . . . . . 444
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
Глава 43 Макроскопические квантовые явления
449
43.1 Сверхтекучесть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
Элементы микроскопической теории сверхтекучести . . . . . . 450
Сверхтекучесть конденсата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
43.2 Сверхпроводимость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
Эффект Мейснера и критические значения температуры и магнитного
поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
Сверхпроводники 2-го рода и вихри Абрикосова . . . . . . . . . 457
Промежуточное состояние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
Уравнение Лондонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
Квантование магнитного потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
Электрон-фононное взаимодействие и куперовские пары . . . . 466
Микроскопическая теория сверхпроводимости (БКШ) . . . . . 467
Туннелирование электронов при контакте сверхпроводников . 471
Эффекты Джозефсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
Часть VIII Основы физики микромира
Глава 44 Физика атомного ядра
483
485
44.1 Состав атомного ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
44.2 Физическая природа ядерных сил . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
44.3 Масса и дефект массы ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
44.4 Модели атомного ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
Модель жидкой капли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
Оболочечная модель ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
44.5 Радиоактивность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
Закон радиоактивного распада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
Распад «дочерних ядер» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
Альфа-распад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
Бета-распад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
Ядерные реакции и определение возраста археологических образцов
радиоуглеродным методом . . . . . . . . . . . . . . 510
44.6 Элементы дозиметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
44.7 Атомная и термоядерная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . 524
Стр.606
606
Оглавление
Деление ядер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
Цепная реакция. Атомные бомбы и реакторы . . . . . . . . . . 528
Термоядерная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
Глава 45 Основные представления физики элементарных частиц
545
45.1
Фундаментальные взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
Квантовая электродинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
Сильные ядерные взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
Слабые взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
Нарушение P-, C- и CP-симметрии в слабых взаимодействиях 557
45.2 Квантовая хромодинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
45.3 Кварки и лептоны в Стандартной теории . . . . . . . . . . . . . 563
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
Глава 46 Элементарные частицы и космология
567
46.1 За пределами Стандартной модели . . . . . . . . . . . . . . . . 568
Масса нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
Барионная асимметрия Вселенной . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
Великое объединение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
Суперсимметрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
Суперструны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
46.2 Вселенная — прошлое и будущее . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573
Расширяющаяся Вселенная и закон Хаббла . . . . . . . . . . . 573
Критическая плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
Темная материя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
Темная энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585
Гравитация и планковские масштабы . . . . . . . . . . . . . . . 588
Горячая Вселенная и Большой взрыв . . . . . . . . . . . . . . . 590
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
ЭПИЛОГ
595
Стр.607