Материал: 2039

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

20. Собственная энергия и собственная волновая функция

частицы в прямоугольной потенциальной яме с бесконечно

высокими стенками

W

 

=

h2

n2

и

ψn( x) = Asin

π x n

,

 

 

 

 

 

 

n

 

8m ℓ2

 

 

где m – масса частицы; ℓ –

ширина ямы; x – координата частицы;

n = 1, 2, 3, ... главное квантовое число (номер уровня энергии);

2

 

A =

– постоянная, определяемая из условия нормировки.

21. Изменение орбитального квантового числа ℓ при излучении или поглощении фотона атомом (правило отбора) Δℓ = ±1.

Определяющие формулы и единицы величин в физике атомного ядра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7

Вероятность

P =

 

N

 

Удельная

am =

A

 

Бк/кг

распада ядра

 

N 0

активность

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Активность

A = dN

 

 

 

Объёмная

aV

 

A

 

 

образца

 

Бк

=

 

Бк/м3

V

 

(скорость распада)

 

 

dt

 

 

 

активность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поглощённая доза

D =

W изл

Гр

m

Мощность

 

dD

 

 

поглощённой дозы

Ď = dt

Гр/c

Эквивалентная

Н =ОБЭ D

Зв

доза

 

 

 

 

Удельная

ε = Есв

Дж

энергия связи

св

Аат

 

нуклон

 

Основные законы и соотношения величин ядерной физики

22. Закон радиоактивности N =N 0 eλ t ,

где N0 – начальное число радиоактивных атомов; N – их число в момент времени t; λ – постоянная величина, характеризующая скорость распада атомов данного изотопа (постоянная распада),

λ = ln 2 ; T½ – период полураспада – время, за которое количество

T 1/2

радиоактивных атомов уменьшается вдвое.

23. Число ядер, распавшихся за данный промежуток времени

времени N = N0 – N, или N = Р ·N0, где Р – вероятность распада отдельного ядра; N0 – начальное

число радиоактивных ядер.

35

24. Зависимость активности от времени

AN e−λt =A e−λt .

 

 

0

0

25.

Условие радиоактивного равновесия А = А' , или

λ·N = λ'·N' ,

где λ и λ' постоянные распада; Т и Т' – периоды полураспада; N и N'

числа ядер материнского и дочернего изотопов соответственно.

26.

Энергия связи атомного ядра

 

Wсв = m∙c2,

где

m = Z mp +( АZ ) mnmя – дефект массы; Z – номер элемента

в периодической таблице (число протонов в ядре, зарядовое число); A – относительная атомная масса (число нуклонов в ядре, массовое число); mp – масса протона; mn – масса нейтрона; с – скорость света в вакууме; mя – масса ядра.

27.Формула для практических расчётов энергии связи ядра

W св=931,494 [Z mН +( АZ ) mnmат],

где Wсв – энергия связи, МэВ; mН – масса атома водорода, а.е.м.; mn – масса нейтрона, а.е.м; mат – масса атома, а.е.м. (см. прил. 6).

28. Законы сохранения, используемые при идентификации

продуктов ядерных реакций:

а)

зарядового числа

Z1+ Z2 = Z3+ Z4;

б)

числа нуклонов (массового числа)

А1+ А2 = А3+ А4;

в)

релятивистской полной энергии

E1+ E2 = E3+ E4;

г)

импульса

р1+ р2 = р3+ р4 ,

где величины в левой части каждого из приведённых уравнений характеризуют частицы до реакции, в правой части – после реакции.

29.

Энергетический эффект ядерной реакции

Qр = mр∙c2,

где Qр

– освобождаемая энергия; mр – разность масс частиц до и

после реакции; с – скорость света в вакууме.

 

30.

Формула для практических расчётов энергии ядерной реакции

 

Qр

 

Qр = 931,494·Δmр,

где

– энергия, освобождаемая в результате реакции, МэВ;

mр

разность масс частиц, участвующих в реакции, до и после

реакции, а.е.м.

 

36

5. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Определяющие формулы и единицы величин в молекулярно-кинетической теории и термодинамике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8

Концентрация молекул

 

n =

N

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

υкв =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя квадратическая

 

υ2

 

 

 

м/c

скорость молекул

υкв=(υ12 + υ22 + ...+ υN2 )/ N

 

 

 

 

 

 

 

Внутренняя энергия идеального газа

 

U = ε N

 

 

 

Дж

Теплоёмкость тела

 

Cт =

δ Q

 

 

 

Дж

 

 

 

 

 

 

dT

 

 

 

К

Молярная теплоёмкость

 

C =

 

 

δ Q

 

 

 

 

Дж

 

 

ν dT

 

моль К

 

 

 

 

 

Удельная теплоёмкость

 

c =

 

δ Q

 

 

 

 

Дж

 

 

m dT

 

 

кг К

 

 

 

 

 

 

dS =

δ Q

 

 

S=

δ Q

 

 

Дж

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменение энтропии

T =>

 

 

T

 

 

К

Основные законы и соотношения величин

вМКТ и термодинамике

1.Уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ)

идеального газа

 

 

p = 1 n m0 υ2 , или

p =

2

n εпост ,

 

 

 

 

 

 

3

3

 

где p – давление газа; m0 – масса одной молекулы;

υ2 – средний

квадрат скорости;

ε

пост

= m υ2 /2 – средняя кинетическая энергия

 

 

0

 

 

 

поступательного движения молекул; n – концентрация молекул.

2. Распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла

для модулей скоростей)

2

m

3/ 2

m0 υ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2kT

 

 

 

f (υ) = 4πυ (

2 π kT ) e

,

 

 

 

 

 

 

 

где f (υ) =

dN υ

– функция распределения,

а

f (υ) d

υ =

 

dN υ

N d υ

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

относительное число молекул, скорости которых находятся в промежутке от υ до υ + dυ.

37

9. Барометрическая формула

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Скорости молекул в газе:

υкв=

3 RT

,

υ =

8 RT

,

в =

2 RT

,

M

πM

M

где υкв=

υ2

средняя

квадратичная

скорость;

υ

– средняя

арифметическая скорость; υв – наиболее вероятная скорость; R – молярная газовая постоянная; М – молярная масса; T – температура.

4. Длина свободного пробега молекул в газе

l =

 

 

1

 

 

 

,

 

π d2 n

2

где d – эффективный диаметр молекул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Уравнения переноса

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9

 

Диффузия

 

Теплопро-

Динамическая

Электро-

 

 

 

 

 

 

водность

вязкость

 

проводность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ρ

dT

du

 

 

 

 

 

 

d φ

 

 

 

Уравнение

m = D

 

S t

Q = λdx S t

F = ηdx

S

I = γ

 

 

 

 

S

dx

dx

 

Что

Масса

 

Внутренняя

Импульс

 

Электрический

переносится вещества

 

энергия

 

заряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие

Градиент

 

Градиент

Градиент

 

Градиент

 

 

 

 

плотности

 

температуры

скорости

 

потенциала

 

 

 

 

 

 

 

Коэффи-

D = υl

λ=cV ρ υ η=ρ υl

γ=½

q02

 

 

n

l

циент

m0 υ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Уравнение состояния идеального газа

 

p V = νR T ,

где р, V и T – параметры состояния: давление, объём и температура

соответственно; R – молярная газовая постоянная, ν – количество

вещества,

ν=N / N A ,

или

ν=m/M ;

N – число молекул газа; NA

постоянная Авогадро (число молекул, которое содержит вещество в количестве ν = 1 моль); m масса газа; М молярная масса.

7.

Молярная масса смеси газов

M см = mсм / νсм ,

где

νсм = ν1 + ν2 + ... . – количество вещества смеси.

8.

Давление смеси газов (закон Дальтона)

pсм= p1 + p2 + ... ,

где

p1, р2, … – парциальные давления, т. е.

давления, оказываемые

каждым из компонентов смеси, если ему предоставить весь объём.

p = p0 exp(− m0 g h ), kT

где р – атмосферное давление на высоте h; p0 – давление у поверхности планеты (h0 = 0); m0 – масса молекулы газа; g – ускорение свободного падения; k – постоянная Больцмана; T – температура.

38

10. Уравнения изопроцеcсов в газах; молярная теплоёмкость и

работа газа

Процесс, уравнение, условия протекания

Изохорный

p = const·T V = const; ν = const

Q U

Изобарный A

V = const·T

Q U + A

p = const;

ν = const

 

A

Изотермический

p∙V = const

Т = const;

 

Q = A

ν = const

Адиабатный

A

 

p∙V γ = const.

S = const;

Q = 0

ν = const

A =− U

 

 

 

 

 

 

Таблица 10

Диаграммы процесса

 

Молярная

 

теплоёмкость;

в различных координатах

работа

газа

 

 

 

 

p

 

p

 

C

 

= i

R;

 

 

 

 

V

 

 

 

2

 

0

V

0

T

 

 

A = 0

 

 

 

 

p

 

V

 

Cp = CV + R;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = p ·ΔV,

0

V

0

T

или A = ν∙R∙ T

 

 

 

 

p

 

S

 

CT = ± ∞;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V кон

0

V

0

T

ART ln V нач

p

T=const

S T=const

 

CS = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = – U,

 

 

 

 

 

 

0

V

0

T или A = – ν∙CV·ΔТ

Q=0; S=const

Q=0; S=const

 

 

 

 

11. Средняя кинетическая энергия молекулы идеального газа

ε= 2i k T ,

где i = iпост + iвр + 2iкол – число степеней свободы, равное сумме степеней свободы поступательного, вращательного и колебательного

движений молекулы. При низких температурах (Т < 1 кК), когда

iкол = 0, тогда i = iпост + iвр, i = 5 для двухатомных молекул и, если молекула газа состоит из трёх и более атомов, i = 6.

39