WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

«Д.И. Вайсбурд ОБЩАЯ ФИЗИКА. НЕТРАДИЦИОННЫЙ КУРС ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ Издательство Томского политехнического университета 2010 УДК 53 (075.8) ББК 22. 3я73 В33 Общая физика. Нетрадиционный курс. ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Д.И. Вайсбурд

ОБЩАЯ ФИЗИКА.

НЕТРАДИЦИОННЫЙ КУРС

ИЗБРАННЫЕ ЛЕКЦИИ

Издательство Томского политехнического университета 2010 УДК 53 (075.8) ББК 22. 3я73 В33 Общая физика. Нетрадиционный курс. Избранные лекции:

учебное пособие/ Вайсбурд Д.И., под редакцией профессора Ю. И. Тюрина, профессора В.Ф. Пичугина, доцента Ю.А. Сивова. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 293 с.

ISBN 978-5-98298-665- Пособие включает избранные лекции Д.И. Вайсбурда по первой и третьей частям нетрадиционного курса общей физики. В лекциях первой части курса рассматриваются первые четыре ступени иерархической структуры материи: фундаментальные частицы – бозоны и фермионы;

элементарные частицы, состоящие из кварков – адроны; ядра; атомы. В лекциях третьей части курса рассматривается преимущественно электромагнитное взаимодействие, играющее доминирующую роль в таких ступенях иерархической структуры материи как атомы; молекулы;

газы; конденсированные вещества – жидкости и твердые тела.

Для студентов и преподавателей физики технических университетов.

УДК 53 (075.8) ББК 22. 3я Рекомендовано научно-методическим семинаром кафедры теоретической и экспериментальной физики 10.09.2010 г.

Зав. каф. ТиЭФ В.Ф. Пичугин © ГОУ ВПО НИ ТПУ, ISBN 978-5-98298-665- © Вайсбурд Д.И,, © Оформление. ИздательствоТомского политехнического университета, Предисловие редакторов нетрадиционного курса Роль физики в подготовке технических специалистов общепризнанна: курсы физики и высшей математики определяют уровень физико-математической подготовки студентов и выпускников технических университетов. Поэтому вопрос об эффективности методики преподавания физики с учетом последних достижений физики стоит весьма остро и остается открытым. Дискуссионной, например, является концепция построения курса физики.

Очевидно, что преподавание любого предмета, в том числе и физики, допускает различные точки зрения на методику обучения, что нашло отражение уже на заре становления квантовой физики, в 20-х годах прошлого века, например, в различии взглядов на преподавание физики таких выдающихся ученых XX столетия, как В. Гейзенберг и Л. де Бройль.





Так, В. Гейзенберг высказывал мнение, что «учащиеся должны получить интерпретацию современных физических теорий в готовом виде, а не подводиться к ней тем мучительным путем преодоления противоречий, к которым шло познание».

С другой стороны, Л. де Бройль полагал, что «основу образования, фактически формирующего молодые умы, должна составлять классическая физика с ее вполне устоявшимися представлениями и относительно простыми выводами» 1).

Поиск новых эффективных способов обучения физики, которые позволяли бы максимально быстро усваивать излагаемый материал является важным направлением современной науки. Преподавание, следуя развитию науки, меняет формы, ищет новые методы изложения, создает новые традиции.

Новая концепция построения курса общей физики и его программа для технических университетов были предложены профессором ТПУ Д.И. Вайсбурдом (1937 2007), который разрабатывал этот курс, названный автором нетрадиционным курсом физики, на протяжении почти 20-и лет, начиная с 1987 г.

Лекции Д.И. Вайсбурда обращены к студентам XXI века, основаны на яркой научной индивидуальности автора и отличаются от традиционных последовательностью изложения разделов.

«Практически все известные учебники общей физики построены по традиционной схеме, глубокая логика которой отражает историческую последовательность познания природы человечеством от Голин Г.М. Физики о преподавании физики. М.: Изд-во «Знание», 1979. больших сгустков вещества, движение которых достаточно точно подчиняется законам классической физики, до микрочастиц, состояния и движение которых подчиняется законам квантовой физики. Не менее глубокая логика нетрадиционного курса общей физики в значительной мере противоположна традиционной. Она отражает временную эволюцию Вселенной от фундаментальных частиц и полей до больших сгустков вещества. Разделы посвящены объектам природы и следуют в последовательности их усложнения, в которой они появлялись и обретали устойчивость по мере развития Вселенной: фундаментальные частицы – бозоны и фермионы; элементарные частицы, состоящие из кварков – адроны; ядра; атомы; молекулы; газы; конденсированные вещества – жидкости и твердые тела; объекты астрофизики. Итого:

восемь ступеней иерархической структуры материи. При этом студенты сразу знакомятся и постепенно изучают квантовую физику, а классическая физика возникает как естественный предельный случай квантовой. Нетрадиционная схема построения курса общей физики оказывается более рациональной для подготовки специалистов в области микроэлектроники, наноэлектроники, квантовой оптики, оптоэлектроники, волоконной связи, материаловедения и других современных технических специальностей».

Так Д.И. Вайсбурд характеризовал нетрадиционный курс. Заметим, что от традиционного исторического подхода, по существу, отказался и Р. Фейнман в своих знаменитых «Фейнмановских лекциях по физике». Он подчеркивал: «Наш подход противоположен подходу историческому, когда изложение следует за экспериментами, в которых была получена нужная информация».





Структура нетрадиционного курса физики Д.И. Вайсбурда следующая:

1. Современные сценарий возникновения и эволюции 2. Элементарные частицы. Фундаментальные частицы. Адроны.

4. Физика атомов и ионов.

6. Газы. Статистическая физика и термодинамика.

7. Физика жидкостей и твердых тел. Нелинейная физика.

8. Элементы астрофизики.

Вайсбурд Д.И. Проблемы преподавания физики в вузе. Тезисы докладов научно-методического семинара. Томск: Изд-во ТПУ,1995. 27 с.

Задача нетрадиционного курса физики, как ее видел автор, – формирование естественнонаучного мировоззрения, основанного на достижениях современной физической науки и естествознания.

Обучение по этому курсу студентов электрофизического факультета Томского политехнического института проводилось Д.И.

Вайсбурдом и другими преподавателями кафедры с 1987 г. по 2004 г., а с 2004 г. по 2010 г. студентов элитного технического отделения Томского политехнического института.

В настоящее пособие включены избранные лекции Д.И. Вайсбурда по первой и третьей частям нетрадиционного курса физики, подготовленными автором в электронном варианте для студентов элитного технического отделения Томского политехнического университета, с незначительными, преимущественно, техническими поправками редакторов, являющимися его коллегами по работе. К сожалению, вторую часть нетрадиционного курса физики Д.И.

Вайсбурд подготовить не успел, поэтому электронные варианты его лекций по этой части отсутствуют.

В лекциях по первой части курса рассматриваются первые четыре ступени иерархической структуры материи: фундаментальные частицы – бозоны и фермионы; элементарные частицы, состоящие из кварков – адроны; ядра; атомы. Лекции по третьей части всесторонне отражают электромагнитное взаимодействие, играющее доминирующую роль в таких ступенях иерархической структуры материи как атомы;

молекулы; газы; конденсированные вещества – жидкости и твердые тела.

Кроме лекций, важной частью курса являются задачи, развивающие умение и опыт студентов. Многие задачи разрабатывались при подготовке и чтении лекций. Затем они были существенно улучшены, число их было увеличено благодаря труду и усилиям коллег аdтора нетрадиционного курса. Эти задачи достаточно разнообразны, хорошо иллюстрируют и углубляют содержание лекций.

Считаем, что пособие такого незаурядного высокоэрудированного преподавателя физики, каким был профессор Д.И. Вайсбурд, будет полезно, прежде всего, преподавателям. Новые идеи, положенные в основу нетрадиционного курса физики, не сразу найдут своих сторонников, но заставят задуматься об изменении сложившихся традиций преподавания физики.

Лекции прочтут студенты, которые найдут в них много нового в дополнение к тому, что они узнают при изучении курса общей физики, построенного по традиционной схеме.

Практическая часть I-й и II-й частей нетрадиционного курса представлена в изданных с грифом Министерства образования Российской Федерации сборниках вопросов и задач3. Сборник вопросов и задач по III-й части4 находится в печати.

Надеемся, что лекции по нетрадиционному курсу попытаются прочесть и школьники, прежде всего учащиеся Политехнического лицея при ТПУ. То, что они поймут, поможет им более глубоко понять пути развития современной науки.

Вайсбурд Д.И., Сивов Ю.А., Тюрин Ю.И., Лельчук Л.Ю., Чебодаев М.И.

Сборник вопросов и задач по физике для студентов элитного технического отделения: Учебник для технических университетов. Часть I. / Под редакцией проф.

Ю.И. Тюрина. Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 244 с.

Вайсбурд Д.И., Сивов Ю.А., Тюрин Ю.И., Юхник Ю.Б. Сборник вопросов и задач по физике для студентов элитного технического отделения: Методическое пособие для технических университетов. Часть II. / Под редакцией проф. Ю.И.

Тюрина. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. 212 с.

Вайсбурд Д.И., Сивов Ю.А., Тюрин Ю.И., Лельчук Л.Ю. Сборник вопросов и задач по физике для студентов элитного технического отделения: Методическое пособие для технических университетов. Часть III. / Под редакцией проф. Ю.И.

Тюрина. (В печати).

ВВЕДЕНИЕ В НЕТРАДИЦИОННЫЙ КУРС ОБЩЕЙ

ФИЗИКИ

Практически все известные учебники общей физики построены по традиционной схеме, глубокая логика которой отражает историческую последовательность познания природы человечеством от больших сгустков вещества, движение которых достаточно точно подчиняется законам классической физики, до микрочастиц, состояние и движение которых подчиняется законам квантовой физики. Не менее глубокая логика нетрадиционного курса в значительной мере противоположна традиционной. Она отражает временню эволюцию Вселенной от фундаментальных частиц и полей до больших сгустков вещества.

Разделы посвящены объектам природы и следуют в последовательности их усложнения, в которой они появлялись и обретали устойчивость по мере развития Вселенной: фундаментальные частицы – бозоны и фермионы; элементарные частицы, состоящие из кварков, – адроны;

ядра; атомы; молекулы; газы; конденсированные вещества – жидкости и твердые тела; объекты астрофизики. Итого: восемь ступеней иерархической структуры материи. При этом студенты сразу знакомятся и постепенно изучают квантовую физику, а классическая физика возникает как естественный предельный случай квантовой.

Нетрадиционная схема построения курса общей физики является более рациональной для подготовки специалистов в области микроэлектроники, наноэлектроники, квантовой оптики, оптоэлектроники, волоконной связи, материаловедения и других современных технических специальностей.

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ

1. Современная физика – основа научного мировоззрения о строении материи и законах ее движения.

2. Современная физика – основа научно-технического прогресса.

3. Современная физика – часть общечеловеческой культуры.

4. Краткая характеристика традиционного курса общей физики.

Достоинства и недостатки.

5. Нетрадиционная схема построения курса общей физики.

6. Структура курса. Последовательность и краткое содержание разделов.

7. Цели и задачи курса. Что должен знать и уметь студент после изучения нетрадиционного курса общей физики?

8. Вопросы для самоконтроля.

9. Литература к вводной лекции.

1. Современная физика – основа научного мировоззрения о строении материи и законах ее движения Человеку свойственно стремиться к успеху, к высокому качеству жизни. Современное общество передовых стран называют постиндустриальным, основанным на знаниях. Знание гораздо шире информации. Оно включает, например, профессиональную интуицию.

Сегодня надо много знать, уметь управлять знаниями, активно их использовать для достижения целей. Наиболее фундаментальной частью знаний, их ядром является научное мировоззрение, то есть представление о том, как устроен окружающий нас мир, каковы его структура, устойчивые (долгоживущие, стационарные) состояния, и как происходит движение. Под движением в физике понимают изменение состояния материи во времени – эволюцию. Знание структуры и законов движения природы и общества и есть научное мировоззрение.

Иметь научное мировоззрение чрезвычайно важно для человека. Вопервых, наиболее общие законы едины для природы и общества. Вовторых, они объективны и в значительной мере не зависят от воли людей. Если человек сообразует свою деятельность с объективными законами, он может рассчитывать на успех. Длительная деятельность вопреки объективным законам неизбежно заканчивается крахом.

Мы считаем что из всех разделов современной науки о природе – естествознания именно физика является основой естественнонаучного мировоззрения. Окружающий нас материальный мир имеет иерархическую структуру, подобно вооруженным силам всех стран: из простых объектов складываются более сложные, из них – еще более сложные и т.д. Так, у каждого раздела естествознания имеется наименьший, базовый элемент, и из этих элементов строятся более сложные объекты. Ниже, в таблице 1.1, представлены основные разделы естествознания и их базовые элементы.

Таково исторически сложившееся разделение труда внутри естествознания. Двигаясь вглубь строения материи, медицина, зоология и ботаника выходят на клетку; молекулярная биология – на крупные биологические молекулы, включая ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), которые являются носителями наследственной генетической информации; химия – на молекулы и атомы. Физика изучает общие закономерности структуру атомов, ядер, элементарных и, наконец, фундаментальных частиц вещества, которые сегодня считаются простейшими и неделимыми, а также частиц квантованных полей, которые обеспечивают взаимодействие между частицами вещества.

Основные разделы естествознания и их базовые элементы естествознания Молекулярная Большие биологические молекулы, включая ДНК Физика Атомы, ядра, элементарные частицы, Несомненным достижением современной физики являются ясные представления об иерархической структуре устойчивого вещества: от простейших фундаментальных частиц до Вселенной. Устойчивое вещество построено всего из трех фундаментальных частиц: двух кварков – u, d и электрона e.

фундаментальные частицы.

Фундаментальные частицы Электрический заряд в единицах |e| Вторая ступень иерархической структуры вещества – элементарные частицы, состоящие из кварков, в частности нуклоны.

Кварковая модель нуклонов Электрический заряд в единицах |e| Третья ступень иерархической структуры вещества – ядра, состоят из нуклонов нейтронов и протонов. Примеры: ядра: гелия 2 He, углерода 6 C, урана 92 U. Верхний индекс A – число нуклонов, нижний индекс Z – число протонов, (A Z) – число нейтронов.

Четвертая ступень иерархической структуры вещества – атомы, состоят из ядер и электронов.

Верхний правый индекс дает суммарный заряд атома (иона) Qa.

Разность (Z Qa) – число электронов в атоме (ионе). Например, 2 He содержит (Z Qa) = 2 – 1 = 1 электрон, это однозарядный ион гелия.

Ион кислорода молекулы, состоят из атомов. Пример: молекула воды H2O.

Шестая ступень иерархической структуры вещества – газы, состоят из молекул, в том числе одноатомных. Пример: земная атмосфера, которой мы дышим. Состоит из молекул N2, O2, H2O, CO2 и других.

конденсированные вещества. К ним относятся жидкости и твердые тела, которые являются плотными упаковками молекул. Например, вода – плотная упаковка молекул H2O. Медь – плотная упаковка одноатомных молекул, или просто атомов Cu. Конденсированные вещества бывают двух типов – упорядоченные и неупорядоченные.

Упорядоченные вещества называют кристаллами. Бывают жидкие и твердые кристаллы. В кристаллах атомы и молекулы расположены в строгом геометрическом порядке, который транслируется по всему объему. В неупорядоченных веществах такого дальнего порядка в расположении атомов нет. Например, из молекул SiO2 – двуокиси кремния состоит кристалл кварца (упорядоченное вещество) и кварцевое стекло (неупорядоченное вещество). Вода – неупорядоченное жидкое вещество. Но есть жидкие кристаллы. Некоторые из них широко используют в жидкокристаллических экранах мониторах компьютеров, телевизоров и т.д.

В качестве примера рассмотрим структуру кристалла кремния Si, который является абсолютным рекордсменом среди материалов по масштабам применения в микроэлектронике.

Элементарная ячейка кристалла Si представляет собой тетраэдр, все четыре грани которого – правильные треугольники. В вершинах тетраэдра и в его центре расположено по одному атому Si. Таким образом, центральный атом имеет четыре ближайших соседа, с которыми устанавливает ковалентную химическую связь путем обмена электронами.

Восьмая ступень иерархической структуры вещества – объекты астрофизики. К ним относятся метеориты, астероиды, планеты, звезды, галактики, скопления галактик. Объектом астрофизики является и Вселенная в целом.

Таковы восемь основных ступеней иерархической структуры вещества. Они кратко перечисляются еще раз в итоговой таблице 1.2.

Иерархическая структура устойчивого вещества Ступень (уровень) иерархии Фундаментальные частицы: кварки u, d u-кварк, d-кварк, электрон Элементарные частицы, состоящие из протон p = u u d, нейтрон 2. Современная физика – основа научно-технического прогресса Все, чем в жизни пользуется человек, можно разделить на естественные творения природы, возникшие в процессе ее эволюции, и искусственные творения самих людей. Наивысшим творением природы является человек – существо, наделенное высоким интеллектом. В своих искусственных творениях люди достигли многого, но пока не превзошли достижений природы. Вот когда будет создан искусственный интеллект, тогда возможно мышление человека в своих высших достижениях сравняется с мудростью природы. Но тогда же закончится эра человека и наступит эра существ более высокого интеллекта, которые возможно соединят в себе достоинства природного и искусственного разума.

Сегодня, в начале XXI века, можно назвать огромное число достижений человечества, которые достойны восхищения. Попробуйте вспомнить известные Вам достижения архитектуры и строительства, сельского хозяйства, медицины и технологии производства товаров.

Если раньше, в XIX веке и в начале XX века, технические и технологические новинки были плодами изобретательности и умелых рук, то в наше время технические и технологические достижения – прямой результат научных открытий. Они рождаются в E экспериментальных теоретических исследованиях. Именно поэтому передовые фирмы услуг, стремясь победить в конкурентной борьбе, Рис. 1.1. Уровень энергии выделяют большие средства на научные исследования. К самым высоким достижениям в области техники и технологии можно причислить освоение космоса, создание ядерной энергетики, изобретение и производство лазеров, расшифровку генома человека. Но наивысшим из всех считается создание микроэлектроники, оптоэлектроники, наноэлектроники, и на их основе – компьютерной техники, которая полностью преобразила нашу жизнь и прогрессирует самыми высокими темпами.

Какова же история создания современных компьютеров?

Отправной точкой считаются 1925 – 1930 годы, когда была создана квантовая механика – самая фундаментальная теория современной физики. Эксперты всего мира, отвечая на вопрос: какой из разделов науки принес наивысшую практическую пользу человечеству, поставили на первое место (и с большим отрывом от других) именно этот раздел, а более конкретно: квантовое уравнение Шредингера, решение которого дает стационарные (устойчивые) состояния электрона в атомах, молекулах, твердых телах и жидкостях. Великий австрийский физик Эрвин Шредингер опубликовал свое знаменитое уравнение в 1926 г. Алгоритм решения его уравнения позволяет найти характеристики стационарных состояний электронов в различных физических системах. Стационарным (долгоживущим, устойчивым) состоянием называется ситуация, в которой энергия электрона сохраняется: время бежит, а энергия остается постоянной (рис. 1.1).

Поэтому ее называют "уровнем энергии".

Используя уравнение Шредингера, сначала нашли уровни энергии электрона в атоме, затем в молекуле и позже в кристалле. Оказалось, что энергетический спектр (множество энергий стационарных состояний) электрона в атоме является дискретным, то есть состоит из отдельных уровней. В молекуле эти уровни расщепляются на два, три и больше из-за взаимодействия электрона с несколькими атомами.

Энергетический спектр электрона в кристалле является зонным. Он состоит из интервалов энергии двух типов – разрешенных и запрещенных зон. Разрешенные зоны покрыты огромным числом близко расположенных уровней, разделенных микроскопическими интервалами (10-22…10-19 эВ), а в запрещенных – нет уровней (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Энергетический спектр электрона в атоме, молекуле и кристалле Зонный спектр является важнейшей характеристикой электронных свойств твердых тел и жидкостей. Для объяснения и вычисления проводимости твердых тел особенно важны верхние три зоны (рис. 1.2).

Сверху вниз: зона проводимости, запрещенная зона и валентная зона.

Следующий важный вопрос: как электроны твердого тела заполняют энергетический спектр? Два основных принципа управляют этим процессом: принцип минимума энергии и принцип Паули.

Согласно первому принципу электроны стремятся занять самый нижний из возможных уровней в основном состоянии твердого тела.

Однако согласно второму принципу в одном квантовом состоянии может быть не больше одного электрона, то есть среднее число заполнения принимает значение: = 0…1. Так как число уровней неограниченно, а число электронов конечно, спектр разделяется на две части: нижнюю, где все уровни заняты и число заполнения каждого квантового состояния = 1, и верхнюю, где все уровни свободны и = 0. Их, естественно, разделяет уровень, для которого среднее число заполнения = 1/2. Его называют «уровень Ферми» в честь великого итальянского физика XX века Энрико Ферми.

Открытие зонной структуры электронного спектра твердого тела сразу позволило многое объяснить и многое предсказать. Очень просто объяснилось гигантское различие электропроводности разных классов твердых тел. Электропроводность металлов 107…108 Ом-1м-1. А электропроводность диэлектриков 10-13…10-16 Ом-1м-1. Как объяснить это гигантское различие? Возможны два случая: уровень Ферми попадает в разрешенную или запрещенную зону. В первом случае твердое тело или жидкость – металл (рис. 1.3). А эта зона называется зоной проводимости. Самого незначительного электрического поля достаточно, чтобы перевести электроны вверх с уровня Ферми на ближайший не занятый, и он свободно "побежит" по металлу. Огромное число свободных электронов обеспечивает металлу огромную электропроводность. Во втором случае твердое тело – диэлектрик или полупроводник (рис. 1.4).

проводимости металла: проводимости, EV – потолок валентной EF – уровень Ферми запрещенной зоны При температуре абсолютного нуля диэлектрик и полупроводник изоляторы. Валентная зона полностью заполнена, все состояния заняты, и электрон не может перемещаться под действием электрического поля.

А зона проводимости пуста. Но с ростом температуры появляется вероятность, что электрон из валентной зоны перейдет в зону проводимости. И тогда сразу появляются два типа подвижных носителей заряда – электроны зоны проводимости и дырки валентной зоны.

Зонная структура спектра позволила предсказать, как изготовить электронный полупроводник (n-типа), в котором ток переносят в основном отрицательно заряженные (negative) электроны зоны проводимости, и как изготовить дырочный полупроводник (p-типа), в котором ток в основном переносят только положительно заряженные (positive) дырки. Если в кристалле кремния Si, состоящего из четырехвалентных атомов, заменить часть атомов Si на пятивалентные атомы фосфора P, то они создают в запрещенной зоне донорные уровни вблизи дна зоны проводимости. Уже при средних температурах 200…300 K пятый, «лишний» электрон P уйдет вверх в зону проводимости и получится полупроводник n-типа. Если в кристалле кремния заменить часть атомов Si на трехвалентные атомы Al, то они создадут в запрещенной зоне акцепторные уровни вблизи потолка валентной зоны. При тех же температурах электрон валентной зоны будет захвачен атомом Al, в зоне появится дырка, и получится полупроводник p-типа. Если соединить полупроводники n- и p-типа, то получим np-или pn-переход, который выполняет функции выпрямителя тока, светодиода, детектора и т.д. А если соединить два таких перехода, то получается транзистор npn- или pnp-типа, который способен выполнять множество операций по преобразованию электрических сигналов. Транзисторы впервые были изобретены и изготовлены в 1946 г. в США, и три американских физика Шокли, Бардин и Браттейн удостоены Нобелевской премии за это открытие.

Так зарождалась микроэлектроника.

Рис. 1.5. Устройство МОП-транзистора Схема современного, так называемого «полевого», МОПтранзистора (металл окисел полупроводник) показана на рис. 1.5.

(Найдите в литературе описание принципа его действия). Сегодня это один из массовых элементов больших интегральных схем, которые являются основой компьютерной техники.

Такова история возникновения компьютерной техники от уравнения Шредингера до современной электроники.

3. Современная физика – часть общечеловеческой культуры Роль физики в научном знании неуклонно возрастает, постепенно она становится частью общечеловеческой культуры, в том числе гуманитарной.

В какой бы области ни творил человек, знание физики становится все более необходимым. Дело в том, что благодаря развитию компьютерной техники быстро прогрессируют методы математического моделирования всевозможных процессов в различных областях современной науки. Что такое математическое моделирование?

Сложный процесс описывают системой уравнений. Чем сложнее процесс, тем больше уравнений необходимо для его количественного описания. Их число может быть порядка 10, 100, 1000 и даже больше.

Аналитические методы, как правило, бессильны для решения таких больших систем сложных уравнений. Используя огромное быстродействие и память компьютеров, можно решить систему уравнений численно, объяснить и, самое главное, предсказать результат: к чему ведет рассматриваемый сложный процесс. Методы математического моделирования начали развиваться прежде всего для описания сложных физических явлений. Сегодня теоретическая физика стала компьютерной. Постепенно методы математического моделирования распространились во все области естествознания и стали проникать в гуманитарные области, такие как социология, философия, в которых раньше использовали методы словесной логики.

Рассматривая экономические, социальные, философские, культурные явления, очень часто используют аналогию между ними и некоторыми физическими явлениями, теория которых создана и методы математического моделирования развиты. В основе такого подхода лежит единство общих законов природы и общества.

Одним из примеров такого моделирования является решение сложной экономической проблемы с помощью аналогии с физическим процессом. Известно, что рыночная экономика основана на конкуренции производителей товаров и услуг. Но конкуренция не всегда устойчива. В некоторых случаях она приводит к равновесию, и это наиболее благоприятный исход для экономики. Конкуренция заставляет производителей повышать качество и снижать цены на свои товары для увеличения объема продаж и прибыли. Однако в других случаях конкуренция ведет к монополизму, который, по существу, изживает ее, позволяет устанавливать высокие монопольные цены без улучшения качества товаров. Это неблагоприятное явление для рыночной экономики. Необходимо установить: когда, при каких условиях конкуренция приводит к равновесию, а при каких условиях ведет к монополизму. Ученые Гарвардского университета из США обнаружили аналогию между этим экономическим и хорошо изученным физическим явлением поведением ферромагнетика. К ферромагнитным относятся некоторые переходные металлы: железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni). В этих материалах группы электронов складывают свои магнитные моменты и подобны крошечным магнитным стрелкам. При высоких температурах эти магнитные стрелки ориентированы хаотически в различных направлениях, так что суммарное магнитное поле ферромагнетика близко к нулю. Однако при понижении температуры в некоторой точке, которую называют температурой или точкой Кюри (в честь французского физика Пьера Кюри, открывшего это явление), происходит фазовый переход:

магнитные моменты электронов выстраиваются в одном направлении, и ферромагнетик становится постоянным магнитом – источником большого магнитного поля. Современная теория ферромагнитного фазового перехода основана на уравнении Гинзбурга Ландау. Оно названо в честь наших соотечественников, выдающихся физиковтеоретиков, лауреатов Нобелевских премий. Ученые Гарвардского университета заметили аналогию между поведением ферромагнетика и конкуренцией. Хаотическая фаза ферромагнетика соответствует равновесию в рыночной экономике, а строго ориентированная фаза – монополизму. Применив уравнение Гинзбурга Ландау, они решили серьезную экономическую проблему.

4. Краткая характеристика традиционного курса общей физики.

Содержание общего курса физики определяется физической наукой, которая является интернациональным достоянием всего человечества. Поэтому изучать физику можно по любому хорошему учебнику, в котором достаточно подробно и ясно изложены основные физические явления и законы. Но так как на изучение физики в техническом университете отводится не так много времени, рациональное построение курса становится важным.

Построение учебного курса, нацеленного на эффективную, рациональную передачу знаний, – тоже наука, и далеко не простая.

Приходится учитывать и современный уровень знаний, и что из них в первую очередь понадобится будущим специалистам, и подготовку студентов, особенно в области математики, и их психологию, и многое другое.

Учебные курсы и их методическое обеспечение складываются десятилетиями и, как всякая дорогостоящая технология, очень консервативны. Традиционный курс общей физики сохраняет свою структуру более полувека. Причина такой устойчивости – выдающийся принцип построения курса. Традиционный курс общей физики составлен по историческому принципу. Как видно из таблицы 1.3, разделы следуют в той последовательности, в которой они исторически возникали и достигали определенной законченности и совершенства.

Статистическая молекулярная физика XVIII – XIX в.в.

Специальная теория относительности Начало XX в.

Элементы современной астрофизики Вторая половина Все изучающие физику как бы заново повторяют трудный путь первосоздателей физической науки. Каждый человек в своем развитии проходит долгий путь от зародыша до зрелой самостоятельности, и это занимает треть жизни. И традиционная схема построения общего курса физики также требует немало времени на его изучение, и это могут себе позволить только будущие физики – профессионалы. Таким образом, традиционная схема имеет ряд выдающихся достоинств: 1) основана на глубокой логике – воспроизводит путь вглубь строения материи, пройденный физической наукой в познании природы от больших видимых сгустков вещества до фундаментальных частиц;

2) принципиально реализуема – по этой схеме изучали и изучают физику сотни миллионов людей, и передают опыт другим, в первую очередь, своим детям; 3) совершенствуется почти 100 лет, и в этом процессе участвовали великие ученые и педагоги, написаны десятки учебников и создано огромное методическое сопровождение.

Однако традиционный курс имеет ряд принципиальных недостатков: 1) требует много времени на изучение, и только программы для физиков-профессионалов удовлетворяют этому требованию; 2) при ограниченном времени, которое выделяется на физику в технических университетах, неизбежно воспитывается классическое мировоззрение и остается мало времени на квантовую физику XX века, которая является основой современного мировоззрения, научно-технического прогресса, важных разделов техники и технологии: микроэлектроники, наноэлектроники, лазерной квантовой оптики, оптоэлектроники, материаловедения и др. По мере развития науки и техники недостатки традиционного курса все больше усугубляются. Приведем один пример. Рассмотрим закон Ома, который должны знать и используют не только инженеры, но и техники и рабочие-электрики. В традиционном курсе общей физики закон Ома для простейшего участка цепи, не содержащей ЭДС (рис. 1. 6, а), записывается следующим образом:

где G = R1 – проводимость участка цепи в Ом1. Согласно закону Ома зависимость тока I от напряжения U линейная (рис. 1. 6, б).

Рис. 1. 6. Зависимость тока от напряжения для простейшего участка Однако для наноструктур, которые уже широко применяются в электронике, закон Ома не выполняется, так как проводимость квантуется:

Рис. 1. 7. Зависимость тока от напряжения для наностуктур где е2/2 – фундаментальный квант проводимости (открытый 25 лет тому назад).

Зависимость тока от напряжения в этом случае представлена на рис. 1.7.

Специалист по микро- и наноэлектронике, автоматике и компьютерной технике должен это знать. Но ни в одном учебнике общей физики закон Ома так не излагается. Основная причина в том, что раздел «Электричество и магнетизм» изучается задолго до некоторых сведений из квантовой физики, которые в традиционном курсе даются в самом конце.

5. Нетрадиционная схема построения курса общей физики Нетрадиционная схема курса общей физики разработана Д.И. Вайсбурдом. Начиная с 1987 г. по этой схеме обучались студенты электрофизического факультета.*) Нетрадиционный курс построен на глубокой логике, которая противоположна традиционной. Он следует не из истории познания природы человеком, а основан на временной последовательности, в которой развивалась сама природа от фундаментальных частиц до современного состояния Вселенной.

Последовательность разделов курса отражает иерархическую структуру материи по мере ее усложнения. При этом законы квантовой физики изучаются с самого начала, а законы классической физики появляются как естественный предельный случай квантовых законов.

6. Структура курса. Последовательность разделов Современный сценарий возникновения и эволюции Вселенной.

Элементарные частицы. Фундаментальные частицы. Адроны.

Газы. Статистическая физика и термодинамика.

Физика жидкостей и твердых тел. Нелинейная физика.

Элементы астрофизики.

7. Цели и задачи курса. Что должен знать и уметь студент после изучения нетрадиционного курса общей физики?

7.1. Цели преподавания курса • Формирование естественно-научного мировоззрения, основанного на достижениях современной физической науки и естествознания в целом.

• Передача конкретных знаний о физических явлениях и законах как основе научно-технического прогресса, воспитание умений и навыков решать конкретные физические задачи.

В настоящее время по этой схеме на кафедре теоретической и экспериментальной физики обучаются студенты элитного технического отделения Томского политехнического университета.

• Демонстрация единства законов природы, общества и мышления и преподавание физики как части общечеловеческой культуры.

7.2. Задачи После изучения курса общей физики по нетрадиционной схеме студент должен:

• ясно представлять структуру курса. Знать, из каких частей он состоит, из каких разделов состоят части курса. Знать основное содержание разделов и как они связаны между собой, с другими областями естествознания, с общеинженерными и специальными • знать типовые задачи основных разделов физики и алгоритмы их решения, например алгоритм Ньютона определения траектории классической частицы, алгоритм Шредингера нахождения термов и орбиталей квантовой системы, алгоритм квантовой электродинамики определения светового поля, алгоритм Гиббса определения средних значений и флуктуаций физических величин, характеризующих равновесную статистическую систему;

• уметь пользоваться учебником и справочником при решении конкретных задач;

• иметь представление о достижениях теоретической и экспериментальной физики и соответствующих достижениях техники и технологии, которые появились в результате научных • иметь представление о современных взглядах на строение материального мира, о квантовых законах движения микрочастиц (электронов и фотонов, прежде всего), о классических законах движения как частном случае квантовых, о законах равновесия и эволюции динамических систем большого числа частиц, о происхождении и развитии Вселенной. Знать принципы, на которых основаны решающие физические эксперименты.

1. Попробуйте самостоятельно ответить на вопрос: что такое мировоззрение и почему физику считают основой естественнонаучного мировоззрения о строении материи и законах ее движения.

2. Назовите известные Вам достижения современных наук и расставьте их в порядке значимости в соответствии с Вашими представлениями.

3. Прочтите еще раз о целях и задачах курса общей физики. Какие из них Вам представляются самыми важными?

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: в 5 т. – М.: Физматлит, 2002.

2. Берклеевский курс физики: в 5 т. – М.: Наука, 1983.

3. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике: в 10 т. – М.: Мир, 1977.

4. Савельев И.В. Курс общей физики: в 5 т. – М.: Изд-во Астрель, 2001.

5. Иродов И.Е. Общая физика: в 5 т. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2003.

6. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. Там же.

7. Иродов И.Е. Задачи по квантовой физике. Там же.

8. Иродов И.Е. Сборник задач по атомной и ядерной физике. – М.:

Энергоатомиздат, 1984.

9. Иродов И.Е. Атомная и ядерная физика. Сборник задач. М.;

С.-Пб.: Изд-во «Лань», 2002.

1. Джанколи Д. Физика: в 2 т. – М.: Мир, 1989.

2. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. – М.: Изд-во «Оникс 21 век», 2003.

3. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983.

4. Матвеев А.Н.Молекулярная физика. – М.: Высшая школа, 1987.

5. Матвеев А.Н.Оптика. – М.: Наука, 1985.

6. Матвеев А.Н.Атомная физика. – М.: Высшая школа, 1989.

7. Арцимович Л.А., Лукьянов С.Ю. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. – М.: Наука, 1978.

8. Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику. – М.: Высшая школа, 1987.

9. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика. Механика. – М.: Высшая школа, 2007. 290 с.

10. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика.

Молекулярная физика, термодинамика. – М.: Высшая школа, 11. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика.

Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 2007. 468 с.

12. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика.

Электродинамика. – Томск: Изд-во «Ветер», 2007. 292 с.

13. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика. Оптика.

Квантовая физика. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. 740 с.

14. Тюрин Ю.И., Ларионов В.В., Чернов И.П. Физика. Сборник задач:

в 3 ч. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005.

15. Новикова Г.И. Введение в ядерную физику. Москва; Ижевск:

Институт компьютерных исследований, 2004.

16. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. – М.:

Наука, 1982.

17. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т. 1, 2. – М.: Наука, 1984.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ

СОДЕРЖАНИЕ

2.1. Фундаментальные фермионы и бозоны. Их роль в строении материи. Связь со спиновым квантовым числом.

2.2. Универсальный механизм взаимодействия частиц в природе.

2.3. Фундаментальные фермионы – кварки и лептоны трех поколений.

2.4. Фундаментальные фермионы и антифермионы на шкале электрического заряда. Краткая история открытия античастиц – теория Дирака и экспериментальное открытие позитрона Андерсеном.

2.5. Фундаментальные бозоны и четыре вида фундаментальных полей – переносчиков взаимодействия. Краткая характеристика адронного (цветового), взаимодействий. Тринадцать фундаментальных бозонов.

2.1. Фундаментальные фермионы и бозоны. Их роль в строении материи. Связь со спиновым квантовым числом «фундаментальный» означает бесструктурный, самый простой. Не состоит из других частиц, а, напротив, все другие состоят из фундаментальных.

Вторая половина прошедшего XX века ознаменовалась выдающимися открытиями в области фундаментальных частиц.

Теоретически и экспериментально были открыты кварки и новые виды лептонов.

Фундаментальные частицы делятся на два больших класса:

фундаментальные фермионы и фундаментальные бозоны.

Фермионы названы в честь великого итальянского физика XX века – Энрико Ферми, а бозоны – в честь индийского физика Бозе. Позднее Вы узнаете, что фермионы подчиняются статистике ФермиДирака, а бозоны – статистике БозеЭйнштейна. Есть однозначное простое правило, как узнать является ли фундаментальная частица фермионом или бозоном. У каждой частицы есть внутренний, собственный механический момент, модуль которого равен где – модифицированная постоянная Планка ( = h/2 = 1,05510Джс), s – спиновое квантовое число, которое часто называют для краткости спином. Спин s может принимать только целые или полуцелые значения Если спин целый, то частица – бозон. Например, спин фотона равен 1.

Если спин полуцелый, то частица – фермион. У любого кварка или лептона спин равен 1/2. У каждой из известных Вам частиц: электрона, протона, нейтрона s = 1/2. При этом электрон – лептон – фундаментальная частица, а протон и нейтрон состоят из кварков.

Таким образом, и для составной частицы спин определяет, является она фермионом или бозоном. Теорему о связи спина частицы со статистикой ФермиДирака или БозеЭйнштейна доказал великий английский физик Поль Дирак – один из создателей квантовой теории.

Фермионы и бозоны играют разную роль в строении материи.

Фермионы называют кирпичами мироздания. Из них строятся более сложные объекты подобно тому, как из кирпичей строятся блоки зданий и сооружений. Но чтобы кирпичный дом не развалился, необходимо кирпичи соединить между собой цементом или клеем.

Необходимы силы притяжения между фермионами, чтобы состоящие из них сложные объекты, были прочными, устойчивыми и не разваливались от легких внешних воздействий.

переносчиками взаимодействий. Они обеспечивают силы притяжения, а также силы отталкивания между фермионами.

2.4. Универсальный механизм взаимодействия частиц в В процессе эволюции природы сформировался один универсальный механизм (способ) взаимодействия между частицами.

Если провести аналогию с развитием человеческого общества, то можно сказать, что этот механизм взаимодействия выиграл конкуренцию у всех остальных, стал монополистом. Это не единичное явление. Можно привести другие примеры подобного монополизма. В живой природе от простейших одноклеточных до человека действует единственный механизм передачи наследственной информации. Сущность универсального механизма взаимодействия частиц в природе проста:

фермионы обмениваются бозонами, и обмен обеспечивает как притяжение, так и отталкивание. Следует отметить, что обмен происходит, как правило, виртуально. Смысл этого мы рассмотрим позднее.

Рис.2 1. Обмен бозонами как бумерангами обеспечивает притяжение Рис. 2.2. Обмен бозонами, летящими по кратчайшему пути, На рис. 2.1 схематично показано, как обмен бозонами, летящими подобно бумерангам, обеспечивает притяжение двух фермионов, а на рис. 2.2.2 показано, как обеспечивается отталкивание фермионов.

Фермион испускает бозон и получает импульс отдачи p, равный по величине и противоположный по направлению импульсу испущенного бозона. Второй фермион поглощает бозон и получает импульс (p). Затем стартует второй фермион, испускает бозон, а восстанавливается. Но результат обмена не равен нулю. Результатом является притяжение фермионов, если обмен происходит так, как показано на рис. 2.1, и отталкивание фермионов, если обмен происходит, как показано на рис. 2.2.2. Можно оценить силы, действующие на фермионы. Пусть на рождение, полет в одну сторону и поглощение бозона затрачивается время t. Тогда продолжительность одного цикла (период) обмена 2t. За это время первый фермион изменяет импульс на 2p, а второй на (2p). Наилучшее определение силы дал Ньютон вторым законом классической механики:

Сила, действующая на первый фермион со стороны второго а на второй со стороны первого В рассматриваемом случае выполняется третий закон Ньютона. Может возникнуть вопрос: как получается, что механизм взаимодействия частиц один для всей природы, а конкретные взаимодействия (силы) сильно отличаются своими характеристиками?

Рис. 2.3. Сила взаимодействия двух протонов или двух легких Например, два протона в ядре сильно притягиваются, обмениваясь мезонами. И это притяжение на малых расстояниях порядка 10-15 м намного (почти в 103 раз) сильнее их электромагнитного (кулоновского) отталкивания путем обмена фотонами. Но внутриядерное притяжение является короткодействующим, а кулоновское отталкивание дальнодействующим. Так что на малых расстояниях порядка 10-15 м два протона притягиваются, а на больших – отталкиваются.

Характеристики взаимодействия определяются видом обменных бозонов и частотой обмена. Действительно, p = mБ v, где mБ – масса бозона, v – его скорость. Чем массивнее бозон и чем больше частота обмена, тем больше сила взаимодействия. Позднее Вы узнаете, что, чем массивнее бозон, тем меньше время его жизни, отпущенное природой.

Обмен массивными бозонами обеспечивает сильное, но короткодействующее взаимодействие.

2.5. Фундаментальные фермионы – кварки и лептоны трех В таблице 2.2.1 собраны все фундаментальные фермионы, известные науке сегодня. Каждая из этих частиц имеет спин s =.

Кварки Лептоны Названия лептонов e – электрон, µ – мюон, – таон, e – нейтрино электронное, µ – нейтрино мюонное, – нейтрино таонное.

Чем старше поколение частиц, тем больше их массы и тем меньше времена жизни. Массы кварков растут в следующей последовательности: u d s c b t. Самый устойчивый u-кварк. Самый короткоживущий – t-кварк. Массы нижних лептонов растут в следующей последовательности e, µ,. Время жизни электрона бесконечно, мюона 210-6 с, таона 10-13 с.

2.6. Фундаментальные фермионы и антифермионы на шкале электрического заряда. Краткая история открытия античастиц – теория Дирака и экспериментальное открытие позитрона Андерсеном.

ТЕОРЕМА: КАЖДОЙ ЧАСТИЦЕ СООТВЕТСТВУЕТ

АНТИЧАСТИЦА. Эту теорему доказал великий английский физик Поль Дирак. Все заряды частицы и античастицы одинаковы по величине и противоположны по знаку. Остальные характеристики совпадают, например, масса, спин и др. История открытия античастиц такова. В 1928 г. Дирак соединил квантовое уравнение Шредингера с теорией относительности Эйнштейна и получил квантовое релятивистское (от relative – относительный) уравнение для электрона, которое называют уравнением Дирака. Из этого уравнения последовал ряд новых выводов. Первый: электрон имеет собственный внутренний механический момент – «спин», который характеризуется спиновым квантовым числом s = 1/2. Второй: кроме известного отрицательно заряженного электрона, существует положительно заряженный – позитрон (от positive - положительный), который имеет такую же массу и спин. В 1932 г. Андерсен обнаружил позитрон экспериментально, наблюдая воздействие космических лучей высоких энергий на камеру Вильсона, помещенную в постоянное магнитное поле. Камера Вильсона позволяет проявить трек (след) частицы. В однородном магнитном поле заряженная частица под действием силы Лоренца движется по окружности, радиус которой зависит от ее удельного заряда (q/m).

Андерсен обнаружил два трека: один принадлежал электрону, а второй частице такой же массы, но противоположного по знаку заряда – позитрону (рис. 2.2.4).

Рис. 2.4. Треки электрона e и позитрона e в камере Вильсона, Сегодня открыты многие античастицы: антипротон (p), антинейтрон (n) и даже антиядра, например, антигелий 4 He. Название античастицы строится из названия частицы добавлением приставки «анти». Единственное исключение – позитрон. Символ античастицы отмечают обычно волнистым знаком «тильдой». Все фундаментальные фермионы и антифермионы – кварки и лептоны, антикварки и антилептоны удобно представить на шкале электрического заряда.

Q, |e| +2/ +1/ фундаментальных полей – переносчиков взаимодействия.

Краткая характеристика адронного (цветового), электромагнитного, слабого и гравитационного взаимодействий. Тринадцать фундаментальных бозонов Взаимодействие, поле В настоящее время известны четыре вида фундаментальных взаимодействий: адронное (цветовое), электромагнитное, слабое и гравитационное. Переносчиками этих взаимодействий являются соответствующие поля, квантами которых являются фундаментальные бозоны.

Итого: 13 видов фундаментальных бозонов В таблице 2.2.3 взаимодействия расположены сверху вниз в порядке убывания их силы.

Объединение взаимодействий.

утверждает, что разделение взаимодействий на адронное, электромагнитное, слабое и гравитационное является относительным, справедливым для нашей остывшей Вселенной. С ростом температуры или энергии частиц они приобретают способность сближаться до очень малых расстояний и при этом происходит объединение взаимодействий.

И наоборот при понижении температуры и энергии частиц единые взаимодействия разделаются на составные. Предполагается, что в момент Большого взрыва и рождения Вселенной температура достигала 1032 К, энергия частиц была порядка 1019 ГэВ = 1028 эВ. Тогда все четыре взаимодействия были объединены в одно. В физике это явление называют Сверхвеликим объединением. По мере расширения после Взрыва Вселенная остывала и при энергии частиц порядка 1024 эВ из единого взаимодействия выделилось гравитационное. Осталось единое адронное, электромагнитное и слабое взаимодействие. Это явление названо Великим объединением. При дальнейшем остывании Вселенной произошел очередной фазовый переход, и выделилось адронное взаимодействие. Осталось единое электрослабое взаимодействие, объединяющее электромагнитное и слабое. Теорию электрослабого взаимодействия создали выдающиеся физики:

Вайнберг, Глэшоу и Салам. Они предсказали существование промежуточных векторных бозонов: W+, Z0, W- – переносчиков слабого взаимодействия. И затем эти частицы – «родственники фотона» – были открыты экспериментально. Когда энергия частиц становится меньше 109 эВ, электрослабое взаимодействие разделяется на электромагнитное и слабое. Четыре фундаментальных взаимодействия становятся раздельными.

Первое объединение взаимодействий строго осуществил еще в IXIII веке Джеймс Клерк Максвелл. Он построил теорию единого электромагнитного поля и показал, что электрическое и магнитное поля являются частными проявлениями электромагнитного.

Альберт Эйнштейн стремился объединить электромагнитное и гравитационное взаимодействие. Это ему не удалось. Но идея объединения взаимодействий прочно утвердилась в физике и принесла первые значительные результаты.

ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ФОТОНОВ.

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

СОДЕРЖАНИЕ

3.1. Формулы Эйнштейна и корпускулярно волновая двойственность свойств фотонов. Квантовая оптика. Частные разделы квантовой оптики: корпускулярная, волновая, геометрическая

3.2. Основная задача оптики

3.3. Алгоритм квантовой электродинамики (КЭД) – алгоритм Фейнмана – определения вероятности перехода фотона из начальной точки (источника) в точку наблюдения (приемник)

3.4. Различные представления (формы) комплексных чисел и функций:

геометрическое (векторное), аналитическое, тригонометрическое, алгебраическое. Как определить квадрат модуля комплексного числа?

3.5. Принцип суперпозиции амплитуд перехода параллельных путей

3.6. Набег фазы парциальной амплитуды перехода. Как его определить?

Геометрическая и оптическая длина пути. Оптическая разность хода двух путей

3.7. Классификация оптических явлений в соответствии с алгоритмом Фейнмана

3.8. Интерференция света. Анализ опыта Юнга. Условия интерференционного максимума и минимума. Вычисление интерференционной картины – распределения интенсивности света на экране наблюдения

3.9. Интерференция света в природе, науке и технике

3.10. Интерферометры

3.11. Дифракционная решетка

3.12. Дифракция от одной щели

3.1. Формулы Эйнштейна и корпускулярно-волновая двойственность свойств фотонов. Квантовая оптика.

Частные разделы квантовой оптики: корпускулярная, волновая, геометрическая Повторим формулы Эйнштейна для энергии Eф и импульса pф фотона Слева стоят типичные характеристики частиц – энергия и импульс. Они связаны между собой законом дисперсии, который для фотонов и других безмассовых частиц (масса покоя равна нулю), является простейшим:

Для свободных массивных частиц точный закон дисперсии учитывает наличие у них массы покоя m0 0:

Если в формулу (3.3) подставить m0 = 0, то получим закон дисперсии для безмассовых частиц (3.2). Оба закона (3.2) и (3.3) показаны на рис.

3.4.28. Корпускулярными называют такие свойства и явления, происходящие с участием фотонов, для описания которых достаточно учесть законы сохранения энергии и импульса, а также законы дисперсии, которые связывают эти величины. Явления, в которых проявляются преимущественно корпускулярные свойства фотонов, фотоэлектрический эффект, эффект Комптона, эффект Мёссбауэра и другие. Все эти явления объединяют в раздел современной квантовой оптики, который называют «Корпускулярная оптика».

Вернемся к формулам Эйнштейна для фотонов (3.1). Стоящие слева характеристики частиц E и p пропорциональны стоящим справа характеристикам колебаний и волн. Энергия пропорциональна угловой частоте колебаний. Современная наука понимает колебания как любой периодический или квазипериодический процесс, развивающийся во времени. Вектор импульса пропорционален волновому вектору k, модуль которого непосредственно выражается через длину волны:

Рис. 3.1. Законы дисперсии для массивных (m0 0) и безмассовых Современная наука рассматривает волну как процесс распространения колебаний в пространстве. Приведем некоторые полезные формулы и размерности входящих в эти формулы величин в системе СИ где T – период колебаний; с; циклическая частота колебаний, с-1, радианы часто не пишут явно, но о них не надо забывать, оперируя размерностями физических величин; – частота колебаний, с-1, Гц;

= T, где – фазовая скорость волны, м/с. Когда фотон переходит из одной среды в другую, то и T не изменяются, а фазовая скорость и длина волны изменяются, что учитывают с помощью абсолютного показателя преломления где c = 2,998108 м/с – скорость света в вакууме:

где вак = c T – длина волны фотона в вакууме. Обычно под понимают сразу длину волны в вакууме, а оптические свойства среды характеризуют абсолютным показателем преломления, который зависит от координат и времени Например, модуль импульса фотона в среде:

где длина волны в вакууме.

Таким образом, согласно формулам Эйнштейна фотон проявляет не только корпускулярные, но и волновые свойства. Это открытие получило название «Корпускулярно-волновая двойственность (дуализм)». В дальнейшем было показано, что корпускулярно-волновой дуализм – общее свойство всех материальных объектов. И это открытие явилось основой современной квантовой физики.

Существует множество физических явлений, в которых фотоны проявляют преимущественно волновые свойства. Эти явления объединяют в раздел современной квантовой оптики, который называют «Волновая оптика». Этому посвящена настоящая лекция.

3.2. Основная задача оптики Дан источник фотонов. Он расположен в точке i (от слова initial начальный) и характеризуется плотностью потока энергии испускаемых фотонов Ii, зависящей от направления вылета, энергии и поляризации фотонов. Приемник (детектор) фотонов расположен в точке f (от слова final конечный). Источник и приемник погружены в оптическую среду, которая характеризуется абсолютным показателем преломления n( r, t) как функцией координат и времени. Требуется найти плотность потока энергии фотонов, падающих на приемник в зависимости от направления прилета, энергии фотонов и их поляризации If (рис. 3.3.2).

Плотность потока энергии векторная величина, численно равная потоку энергии через единичную площадку, помещенную в данной точке перпендикулярно к направлению, в котором переносится энергия.

Среднее во времени значение плотности потока энергии, переносимое волной, называют интенсивностью J волны.

Ясно, что решения основной задачи оптики охватывают огромное число конкретных явлений.

Рис. 3.2. Схематическое изображение основной задачи оптики: i – источник фотонов, f – приемник (детектор) фотонов, n(x, y, z, t) – характеристика оптической среды, в которой находятся источник и приемник 3.3. Алгоритм квантовой электродинамики (КЭД) – алгоритм Фейнмана – определения вероятности перехода фотона из начальной точки (источника) в точку наблюдения (приемник) Основная задача оптики будет решена, если найти алгоритм определения вероятности перехода фотона Pif из начальной точки i (источника) в конечную точку f (приемник) в зависимости от направлений вылета и прилета, энергии фотона и его поляризации. С помощью вероятности перехода Wif искомая плотность потока энергии фотонов, падающих на приемник, If выражается через известную Ii В свою очередь вероятность перехода из i в f пропорциональна квадрату модуля комплексной функции, которая называется амплитудой вероятности перехода (амплитудой вероятности или амплитудой перехода) Равенство (3.11) одно из достижений современной квантовой физики. (Слово «амплитуда» часто встречается в науке. Надо отличать «амплитуду перехода» от всех других употреблений слова «амплитуда»). Как же найти комплексную амплитуду перехода: i f ?

Ответ на этот вопрос дает современная квантовая электродинамика (КЭД) в виде алгоритма Фейнмана (Ричард Фейнман – великий американский физик XX века, один из создателей КЭД).

Математическая справка. Заметим, что если i f = Aei, то математически вероятность перехода:

1 Рассматриваем всевозможные пути (траектории) перехода фотона из точки i в f.

2 Каждому участку пути c номером m ставится в соответствие парциальная амплитуда перехода: i f m, соответствующая переходу на этом участке.

3 Если некоторый путь m разделен на n последовательных участков, то амплитуда перехода вдоль пути равна произведению амплитуд перехода последовательных участков 4 Амплитуды перехода параллельных путей складываются (Параллельными называют пути, которые начинаются в i и заканчиваются f) 5 Вероятность перехода из в i в f пропорциональна квадрату модуля результирующей амплитуды перехода по всем путям.

3.4. Различные представления (формы) комплексных чисел и тригонометрическое, алгебраическое. Как определить квадрат модуля комплексного числа?

3.3.1. Комплексное число ~ определяют как упорядоченную пару вещественных чисел Вещественное число x, первое по порядку, называют Re от слова real – действительный. Вещественное число y, второе по порядку, называют Im от слова imaginary – мнимый, так как именно это вещественное число умножается, как правило, на мнимую единицу i = 1 (i2 = -1).

комплексного числа Рис. 3.3. Комплексное число ~ представляется точкой на комплексной плоскости (x0y) или (Re-0-Im). Положение точки задает вектор, модуль которого равен A и фаза (угол поворота относительно оси x) равна 3.3.3. Аналитическое представление (форма) комплексного числа Фаза зависит от координат и времени, а также содержит постоянную составляющую, например, Тогда где начальная фаза. Удобно постоянный множитель ei присоединить к вещественной амплитуде. Тогда получаем комплексную амплитуду Комплексное число где переменная часть фазы, зависящая от координат и времени.

3.3.4. Тригонометрическая форма комплексного числа основана на формуле Эйлера Из этой формулы следует:

Тригонометрическая форма 3.3.5. Алгебраическая форма комплексного числа Из рис. 3.3.3 видно Отсюда 3.3.6. Квадрат модуля комплексного числа вычисляется по формуле числа:

геометрическая форма сразу дает z тригонометрическая форма дает:

алгебраическая форма дает ~ 2 = x 2 + y 2 = A 2.

параллельных путей Из источника i в точку наблюдения (приемник) f ведут n параллельных путей. Число n может быть большим, в пределе бесконечным. Фотон пройдет только по одному из этих путей, но ни один прибор не может предсказать заранее, по какому пути. С некоторой вероятностью по каждому. Это так называемый случай физически неразличимых амплитуд. В такой случае результирующая амплитуда перехода есть суперпозиция (линейная комбинация) амплитуд перехода по каждому из путей (их называют парциальными) где Cm комплексные коэффициенты. Тогда Cm относительная вероятность того, что фотон пройдет из i в f по m-у пути. Мы будем рассматривать явления, в которых C const. Тогда результирующую амплитуду перехода находят как сумму парциальных амплитуд учитывая тот факт, что искомая вероятность перехода из i в f ей пропорциональна и содержит коэффициент пропорциональности const согласно (3.11). Таким образом, чтобы найти результирующую амплитуду перехода необходимо сложить n векторов приблизительно одинаковой длины, но различных направлений.

3.5. Набег фазы парциальной амплитуды перехода. Как его определить? Геометрическая и оптическая длина пути.

Оптическая разность хода двух путей Изменение фазы на некотором пути из i в f называют набегом фазы if. Так как частота фотона не зависит от среды, то набег фазы легко определить, если известно время tif, необходимое фотону на преодоление данного пути, Здесь - длина волны фотона в вакууме, dl – элемент пути, ( l ) скорость фотона на dl, n(l) – показатель преломления среды на элементе пути dl. Интеграл lif = dl называют геометрической длиной пути, а криволинейный (траекторный) интеграл называют оптической длиной пути. Она пропорциональна времени tif, которое затрачивает фотон на преодоление геометрического пути из i в f. Набег фазы вдоль m-го пути Разность набегов фазы вдоль двух путей где sif оптическая разность хода двух путей. Если среда однородна, где l1, l2 – геометрические длины двух путей.

3.6. Классификация оптических явлений в соответствии с алгоритмом Фейнмана Оптические явления называют интерференцией света, если для их описания достаточно рассмотреть два пути: n = 2. Для описания многолучевой интерференции необходимо рассмотреть большое, но конечное число путей: n – конечно (многолучевую интерференцию часто объединяют с дифракцией). Для описания дифракции света необходимо рассматривать в пределе бесконечное число путей: n.

Для описания явлений геометрической оптики необходимо рассмотреть либо один путь (n = 1), либо множество таутохронных (tif = const) путей с минимальным набегом фазы.

3.7. Интерференция света. Анализ опыта Юнга. Условия интерференционного максимума и минимума. Вычисление интенсивности света на экране наблюдения Опыт Юнга – интерференция света, прошедшего через непрозрачный экран с двумя щелями, как показано на рис. 3.3.4.

Согласно алгоритму Фейнмана рассматриваем всевозможные пути фотона из источника i в точку f(r) с координатой r относительно центра плоского экрана наблюдения. Реальны только два пути – через щель 1 и щель 2. Остальные упираются в бесконечный непрозрачный экран.

Каждому пути ставим в соответствие комплексную амплитуду перехода:

Пути li1 и li2 одинаковы и дают одинаковый набег фазы в однородной среде. Они не вносят вклада в разность набегов фазы двух путей.

Разность набегов фазы появляется на отрезках l1f и l2f. Поэтому учитываем набеги фазы на этих отрезках. Складываем амплитуды перехода с учетом набегов фазы на отрезках путей l1f и l2f.

Находим квадрат результирующей амплитуды перехода A2 по теореме косинусов, учитывая, что противолежащий угол вектору A равен Интенсивность света в точке наблюдения пропорциональна вероятности перехода фотона из i в f, а эта вероятность пропорциональна A2.

Умножая равенство (3.28) на коэффициент пропорциональности, получаем где I1 – интенсивность света от 1-й щели, когда 2-я закрыта; I2 – от 2-й, когда 1-я закрыта.

Если I1 = I2 = Ig, то Imax = 4Ig, интенсивность вдвое больше суммы интенсивностей.

Если I1 = I2 = Ig, то Imax = 0. Интерференция приводит к устойчивому перераспределению энергии в пространстве, не нарушая закона сохранения полной энергии. Выразим разность фаз через оптическую разность хода двух путей Тогда условие максимума А условие минимума Вычислим интерференционную картину – положение максимумов и минимумов на экране наблюдения.

Учтем, что интерференционная картина близка к центру экрана, что трудно изобразить в масштабе на рисунке.

Окончательно Из условия максимума Из условия минимума Если свет монохроматический ( = const), то яркое светлое пятно центрального максимума нулевого порядка (m = 0) будет окружено светлыми кольцами максимумов первого (m = 1), второго (m = 2) и т.д.

порядков, которые чередуются с темными кольцами минимумов первого (m = 1), второго (m = 2) и т.д. порядков.

Если i – источник белого света, то, как видно из условия максимума и минимума, центральный максимум – белый, а остальные – спектры, обращенные к центру фиолетовым краем.

3.8. Интерференция света в природе, науке и технике Этот радел хорошо описан во многих учебниках, например, Иродов И.Е. Волновые процессы. 2002. – С.105120.

3.9. Интерферометры Этот раздел хорошо описан в той же книге на стр. 121 – 126.

3.10. Дифракционная решетка Дифракционные решетка широко используются в спектральных приборах – монохроматорах, спектрографах, а также для измерения длины волны света.

Один из способов изготовления дифракционной решетки: на пластину из кварцевого стекла наносят с помощью алмазной иглы равноотстоящие штрихи. Спектральные достоинства решетки определятся количеством штрихов/мм. Это число достигает единиц и десятков тысяч, так что интервал между штрихами становится меньше длины волны видимого света.

Ширина щели b, непрозрачного нарушенного участка a; d = a + b – постоянная, или период, или параметр решетки.

Рис. 3.7. Схема дифракции света на решетке Источник фотонов i расположен в фокусе F1 собирающей линзы, после которой наиболее вероятные пути фотонов параллельны главной оптической оси, показанной штрихпунктирной линией, согласно законам геометрической оптики. Пройдя через щели пути фотона расходятся во всевозможных направлениях. Это и есть дифракция света.

А угол отклонения от первоначального направления (до щели решетки) называется углом дифракции. После решетки расположена вторая собирающая линза, а в ее фокусе F2 – плоский экран наблюдения.

Вторая линза собирает параллельные пути в точку экрана наблюдения.

Таким образом, каждому углу дифракции соответствуют точки на экране наблюдения с координатой r(). Оптическая разность хода двух соседних параллельных путей Соответственно, разность фаз двух соседних путей Рис. 3.8. Геометрическая разность хода l = dsin двух соседних параллельных путей фотона, отклонившихся на угол дифракции, пройдя дифракционную решеток Чтобы найти амплитуду перехода фотона из источника i в точку f(r) экрана наблюдения в соответствии с алгоритмом Фейнмана, необходимо сложить N векторов, каждый из которых есть парциальная амплитуда перехода через одну из N щелей решетки и учесть при этом, что каждый вектор повернут относительно предыдущего на угол.

Длину этого вектора a можно определить, зная интенсивность света в точке f, когда открыта только одна щель решетки, а все остальные закрыты Итак, надо сложить N векторов длиной a, повернутых на один и тот же угол относительно предыдущего. Можно сразу выделить три главных элемента дифракционной картины – распределение интенсивности света на экране наблюдения: главные максимумы, минимумы и побочные максимумы.

Если = m2, где m = 0, ±1, ±2, ±3,…, то N векторов длиной a каждый образуют отрезок прямой Квадрат модуля результирующей амплитуды перехода равен Домножим на const из формулы (3.36) и получим или Интенсивность света в главных максимумах в N2 раз превосходит интенсивность света от одной щели на экране наблюдения. Такая гигантская концентрация света является главным достоинством дифракционных решеток и определяет их широкое применение в спектральных приборах. Перепишем условие главного максимума через оптическую разность хода Оптическая разность хода соседних путей должна равняться целому числу длин волн. Положение главного максимума нулевого порядка (m = 0) не зависит от длины волны. Он расположен в центре картины на главной оптической оси и является белым, если решетка освещается белым светом. В этом случае главные максимумы первого (m = ±1), второго (m = ±2) и т.д. порядков симметрично расположены относительно нулевого и представляют собой спектры, обращенные фиолетовым краем к центру.

Если m2, то мы получаем правильную ломаную, состоящую из N одинаковых отрезков длиной a каждый, повернутых на относительно предыдущего. Правильная ломаная вписывается в окружность. Если пробежав по окружности один, два, … и т.д. много раз, ломаная возвращается в начальную точку, превратившись в правильный многоугольник, то модуль результирующей амплитуды перехода Условие минимума легко найти. Для правильного многоугольника N = K2, где K – целое число, но не кратное N (иначе получим условие главного максимума) Таким образом, условие минимума где K – целое число, не кратное N, т.е. K/N не есть целое число. Сразу видно, что между двумя главными максимумами (N 1) минимумов.

Между двумя соседними минимумами непрерывной кривой обязательно должен быть максимум. Между соседними главными максимумами (N 1) минимум и (N 2) побочных максимумов.

Условие побочного максимума легко найти. Необходимо, чтобы правильная ломаная из N отрезков длиной a начиналась на одном конце и заканчивалась на втором конце диаметра описанной окружности.

Условие побочного максимума N = (2K+1), или Вывод формулы дифракционной картины от решетки Рассмотрим правильную ломаную, которая является результатом сложения N одинаковых отрезков длиной a и повернутых на один и тот же угол относительно предыдущего. Она естественно вписывается в окружность (рис. 3.3.9).

Из рис. 3.3.9 видно, что Возведем обе части в квадрат, умножим на сonst из формулы (3.36), учтем, что Ig = сonsta2, I = сonstA2, = nd sin согласно (3.35) и получим Каждому углу дифракции соответствует координата r точек f на экране наблюдения. Таким образом, формула решетки (3.42) дает распределение интенсивности света на экране наблюдения. Это распределение называется дифракционной картиной.

3.11. Дифракция от одной щели Чтобы вычисленная по формуле (3.42) дифракционная картина от решетки была полной, необходимо найти распределение интенсивности света от одной щели по экрану наблюдения Ig().

Рассмотрим одну щель решетки.

Рис. 3.10. Дифракция фотонов на прямоугольной щели Разделим в щели плоский фронт параллельного потока путей фотона на N равных частей. Точный результат получим в пределе N.

Оптическая разность хода крайних из параллельных путей, отклонившихся на угол дифракции равна (рис. 3.3.10) соседних пар лучей Соответственно разность набегов фаз крайних лучей соседних лучей Дальнейшая процедура сложения N парциальных амплитуд перехода – N векторов – точно такая же, как для решетки. В результате получаем где I – интенсивность света, создаваемая на экране одним из Nsin x При 0 получаем интенсивность света от щели в центре экрана наблюдения Таким образом, N 2I есть интенсивность света от щели в максимуме нулевого порядка. Окончательно Это и есть дифракционная картина от одной щели.

Условие максимума нулевого порядка ( 0) мы рассмотрели.

Условие минимума: знаменатель (3.47) не равен 0, а числитель равен 0, т.е.

где m = ±1, ±2, ±3,…, но m = 0 и Оптическая разность хода крайних лучей равно целому числу длин волн, или четному числу полуволн.

Условие минимума Условие боковых максимумов: числитель (3.47) равен 1, т.е.

Оптическая разность хода крайних лучей равна нечетному числу полуволн.

Вычислим интенсивность света боковых максимумов Максимум первого порядка Максимум второго порядка Полную дифракционную картину от решетки с учетом дифракции от ее щелей получаем, подставив формулу для Ig (3.47) в формулу для I от решетки (3.42) Рис. 3.12. Дифракционная картина от плоской решетки, содержащей N щелей; красная кривая – дифракционная картина от одной щели Эта формула содержит всю информацию о дифракционной картине от плоской решетки.

ВТОРАЯ СТУПЕНЬ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ

МАТЕРИИ. АДРОНЫ – ЧАСТИЦЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ

КВАРКОВ И АНТИКВАРКОВ. АДРОННОЕ

(СИЛЬНОЕ, ЦВЕТОВОЕ) ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

ПУТЕМ ОБМЕНА ГЛЮОНАМИ

СОДЕРЖАНИЕ

4.1. Введение

4.2. Физические величины

4.3. Заряды

4.4. Динамические переменные

4.5. Законы сохранения динамических переменных

4.6. Роль законов сохранения зарядов и динамических переменных

4.7. Взаимодействие кварков. Восемь видов глюонов

4.8. Адроны – частицы состоящие из кварков

4.9. Основные свойства барионов

4.10. Основные свойства мезонов

4.11. Барионы со спином 1/2

4.12. Барионы со спином 3/2

4.13. Мезоны со спином 0

4.14. Барионы и мезоны, состоящие из кварков и антикварков первого поколения

4.15. Экспериментальное доказательство кварковой структуры протона

4.1. Введение В лекции 2 дан полный перечень фундаментальных частиц:

12 фундаментальных фермионов – кварков и лептонов и фундаментальных бозонов – 8 глюонов, фотон, 3 векторных бозона и гравитон. Столько же античастиц, так как каждой частице соответствует античастица. Все они образуют первую (начальную) ступень иерархической структуры материи. Затем мы выбрали одну из частиц – фотон, увидели, что он способен проявлять как корпускулярные, так и волновые свойства, и с этим связано большое число разнообразных оптических явлений. В дальнейшем мы узнаем, что корпускулярноволновая двойственность – общее свойство всех квантовых частиц и состоящих из них объектов. Количественные характеристики объектов и процессов называются физическими величинами (physical quantities).

4.2. Физические величины Все физические величины можно разделить на два больших класса:

заряды и динамические переменные. Существует простое правило, по которому легко определить, является данная физическая величина зарядом или динамической переменной. Для этого надо выполнить операцию Ч А, то есть заменить частицу на античастицу. Физическая величина, симметричная относительно этой операции (не изменяется), является динамической переменной. Например, масса покоя m0, спин s у электрона и позитрона одинаковы. Следовательно, эти величины – динамические переменные. Физическая величина антисимметричная относительно этой операции (изменяет знак на противоположный) является зарядом. Например, электрические заряды Q электрона и позитрона одинаковы по абсолютной величине и противоположны по знаку.

Современной науке известны 10 видов зарядов. В таблице 4. приведены их названия и частицы – элементарные носители зарядов.

1. Заряды частиц и античастиц одинаковы по величине и противоположны по знаку.

2. Заряд материальной системы равен алгебраической сумме зарядов всех входящих в нее частиц.

3. Заряд не зависит от скоростей частицы и системы отсчета, относительно которой частица рассматривается. Это важное свойство называют в теории относительности лоренц-инвариантностью.

Название заряда (beauty красота) 4. Закон сохранения заряда: суммарный заряд изолированной системы не изменяется (сохраняется) при всех превращениях, происходящих внутри нее. Этот один из важнейших законов природы выполняется для каждого из 10 видов зарядов.

4.4. Динамические переменные Самые элементарные динамические переменные: время t; координаты x, y, z; масса покоя m0; спин s. Остальные динамические переменные являются функциями от них. Примеры: радиус-вектор частицы r = ex x + ey y + ez z; сферические, цилиндрические, гиперболические и движущегося тела. Если c, то m m0 и p m0 v, как принято в классической механике Ньютона. Полная энергия частицы складывается их трех частей: энергии покоя, кинетической и потенциальной или то же самое, но в других обозначениях Если частица свободна, то есть не взаимодействует с другими частицами, то ее потенциальную энергию можно приравнять const, в частности, нулю. Тогда E = m0 c2 + T. Согласно теории относительности Точная формула для кинетической энергии свободной частицы Покажите самостоятельно, что если c, то точная формула (4.4) переходит в приближенную T = p2/2m0 = m0 2/2, известную из школы.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 
Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ЖИДКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ Учебное пособие для самостоятельной работы студентов обучающихся по специальности 060108 Фармация 2 УДК 615.015 Рецензент: доктор фармацевтических наук, профессор Панкрушева Т.А., заведующая кафедрой фармацевтической технологии Курского государственного медицинского университета В.Ф. Дзюба., А.И. Сливкин., С.Н. Зубова. Стерильные и асептически приготовляемые лекарственные формы: Учебное пособие / под ред. докт. фарм. наук проф. Н.Б....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУВПО Амурский государственный университет Е.С Астапова Основы кристаллографии и физики кристаллов УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ для специальности 010701 – физика Факультет инженерно-физический Кафедра физического материаловедения и лазерных технологий 2006 г. Печатается по решению редакционно-издательского совета инженерно-физического факультета Амурского государственного университета Е. С....»

«Научный центр Физматкнига e-mail: fizmatkniga@mail.ru тел. (495) 409-93-28, 408-76-81 05.05.2008 www.fizmatkniga.ru оптовый прайс-лист Заказ Код ISBN Нов. Автор Наименование ЦЕНА Стр. Станд. Обл Издательство Год 745 978-5-91559-001-3 Н 550 352 8 пер. Интеллект 2008 Клаассен К. Основы измерений. Датчики и электронные приборы: учебное пособие - 3-е изд. 46411 978-5-89155-165-7 Н 385 344 12 пер. Физматкнига Никифоров А.Ф., Специальные функции математической физики: Уваров В.Б. учебное пособие -...»

«Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского В.В. Афанасьев, А.В. Муравьев, И.А. Осетров, П.В. Михайлов Спортивная метрология Учебное пособие Ярославль 2009 УДК 519.22; 796:311 Печатается по решению ББК 75 в 631.8+22.172 редакционно-издательского А 94 совета ЯГПУ им. К.Д. Ушинского Рецензенты: доктор педагогических наук, профессор М.Н. Жуков доктор физико-математических наук, профессор ЯФ РОАТ В.А. Коромыслов Афанасьев...»

«ИРКУТСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ АВИАЦИОННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ (ВОЕННЫЙ ИНСТИТУТ) ФИЗИКА НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Учебное пособие для адъюнктов и курсантов Военного Научного Общества Под общей редакцией профессора, доктора физико-математических наук Малова А.Н. и кандидата технических наук Онацкого А.Н. ИРКУТСК, 2006 ФИЗИКА НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ / Сборник научных статей. Учебное пособие для адъюнктов и курсантов Военного Научного Общества. // Под общей редакцией профессора, д.ф.-м.н. Малова А.Н. и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского Национальный исследовательский университет С. М. Грач ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЩНЫХ РАДИОВОЛН С ИОНОСФЕРОЙ Часть 1. Возбуждение плазменной турбулентности в верхней ионосфере Учебное пособие Рекомендовано методической комиссией радиофизического факультета для студентов ННГУ, специализирующихся по направлению подготовки 010800 Радиофизика. Нижний Новгород 2012 УДК 533.95 ББК В333.475...»

«Министерство образования Российской Федерации Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова В.Н. Казин, Г.А. Урванцева ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭКОЛОГИИ И БИОЛОГИИ Учебное пособие Ярославль 2002 ББК Ес25я73 К 14 УДК 543.87 Казин В.Н., Урванцева Г.А. Физико-химические методы исследования в экологии и биологии: Учебное пособие / Яросл. гос. ун-т. Ярославль, 2002. 172 с. Учебное пособие написано в соответствии с содержанием Государственных образовательных стандартов и...»

«Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына А. В. Макунин, Н. Г. Чеченин ПОЛИМЕР-НАНОУГЛЕРОДНЫЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Часть 1. Синтез и свойства наноуглеродных структур Учебное пособие Москва Университетская книга 2011 УДК 621.3.049.77 644.2 ББК 22.379 + 24.5 + 24.7 М17 Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В....»

«Н. П. Белов, О. К. Покопцева, А. Д. Яськов ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ И КРИСТАЛЛОФИЗИКИ ЧАСТЬ I ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ СИММЕТРИИ КРИСТАЛЛОВ Учебное пособие Санкт-Петербург 2009 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Н. П. Белов, О. К. Покопцева, А. Д. Яськов ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ И КРИСТАЛЛОФИЗИКИ ЧАСТЬ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Государственное высшее учебное заведение ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ для студентов заочной формы обучения (специальности: ЭМК, ЭМКу, РККу, МЕХу, ТМу, КПМОу) Рассмотрено на заседании кафедры физики Протокол № 10 от 14. 06. 2007 г. Утверждено учебно-издательским советом ДонНТУ. Протокол № 7 от 20. 06. 2007 г. 2009 УДК 53(071) Методические указания и контрольные задания для студентов...»

«ФИЗИКА СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА ТАМБОВ 2008 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет ФИЗИКА СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА Утверждено Учёным советом ТГТУ в качестве учебного пособия для студентов 2 курса всех специальностей инженерного профиля дневной и заочной форм обучения Тамбов Издательство ТГТУ УДК 535.338(0765) ББК В36я73- Б Р е це н зе н ты: Доктор педагогических наук, профессор Н.Я. Молотков...»

«ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БЕРЕЗОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ СБОРНИК ЗАДАНИЙ ПО ФИЗИКЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ СЛОЖНОСТИ В ЧАСТИ С методическое пособие Березовский 2012 Составитель: Емельянова И.В., преподаватель физики ГБОУ СПО БПТ Рецензенты: Равковская Е.А., заместитель директора по ГБОУ СПО БПТ Гапонова Е.В., заведующая методическим кабинетом Управления образования г. Березовский Компьютерная верстка: Конева К.А., преподаватель...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра биохимии СТРУКТУРНАЯ БИОХИМИЯ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ МИНСК 2011 1 УДК 577. 11 (112, 113, 114, 115). 15. 16. ББК в.р. Б Авторы О.И. Губич, Т.Н. Зырянова, Е.О. Корик, Т.А.Кукулянская, С.И. Мохорева, Д.А. Новиков, Н. М. Орл, И.В. Семак Рекомендовано Ученым советом биологического факультета 7. 09. 2011 г., протокол № Рецензенты: кафедра биохимии и биофизики УО Международный государственный...»

«ДОПОЛНЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ к Библиотечно-библиографической классификации Таблицы для научных библиотек Выпуск III Б ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ В ЦЕЛОМ В ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ Раздел В3 Физика Инструктивно-методические рекомендации № 10 Москва 2001 РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИЙСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА БИБЛИОТЕКА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ДОПОЛНЕНИЯ И ИСПРАВЛЕНИЯ к Библиотечно-библиографической классификации Таблицы для научных библиотек Выпуск III Б ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ В ЦЕЛОМ В...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ М.И. Мазурицкий, Г.Э. Яловега Учебно-методическое пособие к практикуму по атомной физике Подтверждение корпускулярно-волновых свойств рентгеновского излучения на основе изучения эффекта Комптона Ростов-на-Дону 2012 Методические указания разработаны кандидатами физико-математических наук,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научный образовательный центр Теплофизика и информационно–измерительных технологий С. В. Цаплин, С.А. Болычев, А.Е. Романов ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Самара Издательство Самарский университет 2013 УДК 536. ББК 22. Ц...»

«Курин Владислав Викторович Физика сверхпроводников. Вводный курс. Учебное пособие для студентов 4,5 курсов Радиофизического факультета (РФ) и Высшей школы общей и прикладной физики (ВШОПФ) ННГУ им. Лобачевского г.Нижний Новгород, 2004 г. Содержание Краткое введение 3 1 История открытия сверхпроводимости, основные понятия и экспериментальные факты 1.1 Открытие сверхпроводимости..........................»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (СПбГТИ(ТУ)) Кафедра физической химии С.Г Изотова, Е.Н. Смирнова, И.А. Черепкова Физическая химия с примерами решения задач для бакалавров нехимических профилей подготовки заочной формы обучения Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 УДК 544 Изотова С.Г. Физическая химия с примерами решения...»

«СРОК ХРАНЕНИЯ 02-08 ДО ЗАМЕНЫ НОВЫМИ Р О С СИ Й С К АЯ Ф ЕДЕР АЦИ Я РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №30 г. Шахты Ростовской области 346510, г.Шахты, Ростовская область, пер. Дубинина, 2, тел. 8 (8636) 23-16-75 Е-mail: school30-forever@yandex.ru, http://www.school30.net/ Принята Педагогическим советом МБОУ СОШ №30 г.Шахты /протокол №1 от 30.08.2013/ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА ПО ВЫБОРУ Физика: жизнь поисков и открытий ПО...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ С.И. Кузнецов КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА Учебное пособие 2-е издание, переработанное, дополненное Издательство Томского политехнического университета 2007 УДК 530 К 89 Кузнецов С. И. К 89 Колебания и волны. Геометрическая и волновая оптика: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007....»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.