101 ключевая идея: Физика [Джим Брейтот] (fb2) читать постранично

Джим Брейтот 101 ключевая идея: ФИЗИКА

Введение

Вы держите в руках книгу из серии «Грандиозный мир. 101 ключевая идея». Надеемся, что как данная книга, так и серия в целом окажется для вас интересной и полезной. Цель этой серии — доступным и увлекательным образом познакомить читателя с самыми разными областями знания.

В каждой книге содержится объяснение 101 ключевой идеи и понятия, относящихся к той или иной области знания. Для удобства пользования статьи расположены в алфавитном порядке. Все книги серии написаны таким образом, что от читателя почти не требуется никаких специальных знаний и подготовки. Они будут полезны и для студентов, и для тех, кто только еще готовится к поступлению в высшее учебное заведение, и просто для любознательных.

На наш взгляд, большинство учебников слишком объемны, чтобы служить справочными пособиями, а статьи в словарях слишком кратки, чтобы сформировать у читателя более или менее полное представление о предмете.

Книги этой серии совмещают в себе лучшие стороны и учебника, и словаря. Их вовсе не обязательно читать от корки до корки и в строго определенном порядке. Обращайтесь к ним, когда нужно узнать значение того или иного понятия, и вы найдете краткое, но содержательное его описание, которое, без сомнения, поможет вам выполнить задание или написать доклад. Материал в книгах излагается четко, с тщательным подбором необходимых научных терминов.

Итак, если вам потребуется быстро и без больших затрат получить сведения по какой-либо теме — воспользуйтесь книгами данной серии!

Желаем удачи!

Пол Оливер, издатель серии

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данная книга предназначена для тех, кто не обладает специальными знаниями по физике, но тем не менее хочет ознакомиться с ее ключевыми понятиями. Последние идеи этой области, такие, как антивещество, кварки и сверхпроводимость, видимо, составят основу инженерной и технологической мысли будущего. Прочно утвердившиеся понятия, разработанные в течение нескольких веков, продолжают служить основными принципами различных естественных наук; без них также немыслимы современные средства коммуникации, компьютерные технологии, инженерное искусство. Многие задачи, стоящие перед человечеством в наступившем столетии, будут решены с применением уже известных законов к новым открытиям в области материальных наук. Например, более дешевые и эффективные солнечные батареи могут генерировать дешевую электроэнергию, которая могла бы значительно повысить уровень жизни в развивающихся странах. Физика всегда шла в авангарде научной мысли, и ключевые открытия ученых, такие, как рентгеновское излучение и транзисторы, оказывались полезными для всех.

Знание законов физики позволяет неспециалистам оценить влияние новых технологий и осознать значение новых научных открытий. Эта книга предлагает краткие сведения по ключевым идеям физики в доступной для всех форме. Ключевые идеи охватывают как новейшие передовые представления, так и основные понятия, знание которых необходимо для тех, кто хочет познакомиться с физикой; при этом описания понятны и не требуют глубоких математических познаний.

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Некоторые вещества находятся в состоянии, которое трудно отнести к какому-то одному из вышеперечисленных.

Твердое тело имеет строго определенную форму и поверхность. Атомы и молекулы твердого вещества, имеющие межмолекулярные и межатомные связи, сохраняют свое положение относительно друг друга. Атомы совершают небольшие колебания относительно положений равновесия; при повышении температуры повышается и их энергия. При нагревании твердое тело начинает плавиться. Энергия, необходимая для плавления твердого тела, тратится на преодоление связей между атомами, удерживающих их в фиксированном положении относительно друг друга.

Жидкость имеет поверхность, может течь и принимает форму сосуда, в которую налита. Молекулы жидкости двигаются хаотично, не теряя контакта друг с другом.

Таким образом, доля частиц с достаточной кинетической энергией повышается по мере повышения температуры. Следовательно, при повышении температуры реактивов повышается скорость химической реакции.

Количество энергии, необходимое для активационного процесса, подобно энергетическому барьеру, не пропускающему частицы с недостаточной энергией. Для большого количества частиц при температуре Т их средняя кинетическая энергия равна kТ, где к — постоянная Больцмана. Количество частиц с достаточной кинетической энергией, способных преодолеть энергетический барьер Е, зависит от отношения E/kT. С повышением температуры это отношение уменьшается (другими словами, энергетический барьер понижается), и, следовательно, больше частиц могут «преодолеть» его. Еще один пример