MS PowerPoint, 1,76 Мб

Учите и повторяйте ННЗ по
физике!
• Это делает вас более
интеллектуальными
• Это поможет в изучении других
дисциплин
• Это уменьшит количество проблем в
конце семестра
Связь этой лекции с вопросами ННЗ - буклет
4.03. Типы фундаментальных взаимодействий
4.17. Уравнение Максвелла для магнитной индукции.
4.18. Уравнение Максвелла для электрической индукции.
4.19. Уравнение Максвелла для напряженности электрического поля.
4.20. Уравнение Максвелла для напряженности магнитного поля.
4.21. Циркуляция вектора по контуру.
4.22. Поток вектора через поверхность.
-1
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Можно выделить ЧЕТЫРЕ типа ФЗ
1) Гравитационное взаимодействие
2) Электромагнитное взаимодействие
3) Сильное ядерное взаимодействие
4) Слабое ядерное взаимодействие
ГВ – Луна обращается вокруг Земли по эллипсу
ЭМВ – электроны движутся вблизи ядра, находясь на орбиталях
СиЯВ – нейтроны и протоны движутся внутри ядра,
находясь на орбиталях
СлЯВ – нейтрон распадается на
протон, электрон и электронное антинейтрино
Электромагнитные явления и физика вообще
Л.17 Фундаментальные взаимодействия.
Уравнения Максвелла
Много сил в природе – все сводятся к небольшому числу
фундаментальных взаимодействий
На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер:
1) Гравитационное взаимодействие (Гук, Ньютон, 1680)
2) Электромагнитное взаимодействие (Кулон 1780,
Фарадей 1850, Максвелл 1870)
3) Сильное ядерное взаимодействие (Юкава, 1930)
4) Слабое ядерное взаимодействие (Ферми, 1940)
1
На уровне структуры протонов и нейтронов –
Стандартная модель
1) Гравитационное взаимодействие
2) Электрослабое взаимодействие (Вайнберг, Салам,
Глэшоу 1970)
3) Цветное взаимодействие (Гелл-Манн, Нишиджима,
Фейнман, Политцер, Вилчек, Гросс 1970)
2
В любом варианте взаимодействие носит обменный характер
– частицы обмениваются квантами соответствующего поля
(бозонами)
Пример:упругое
электронэлектронное
рассеяние путём
обмена фотоном
На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер:
Взаимодей Гравитаствие (i)
ционное (g)
Электромагнитное (e)
Сильное
ядерное (s)
Слабое
ядерное (w)
Частицаперенoсчик.
Гравитон (?)
Фотон (!)
, ,.. мезоны
W, Z
(векторные)
бозоны
Её масса
0
0
≈ 300 me
≈ 80 mp
Её спин
2 (?)
1
0,1,..
1
Система
Солнечная,
Галактика
Атомы,
Молекулы
Атомные ядра Деструктивное:
β-распад
Характер Притяжение
взаимодей
ствия
Время
жизни

Притяжение
Притяжение
Отталкивание
Отталкивание Отталкивание

нсек – фсек - 10-24 сек
зсек
3
На уровне тепловозов, вагонов, атомов и ядер (продолж.):
Взаимодей Гравитаствие (i)
ционное (g)
Радиус, ri
rg  
Энергия
взаимодей
ствия
m1m2
-G
g
r
æ r ö÷
÷
gexp çççç r ÷
è g ø÷
Энергия
по сравн. с
ЭМ
для
двух протонов
в
ядре
10-36
Электромагнитное (e)
re  
q1q2
ke
g
r
æ r÷
ö
gexp çç- ÷
çè r ÷
÷
eø
1
Сильное
ядерное (s)
Слабое
ядерное (w)
rs ; 10- 15 м rw ; 10- 18 м
ks
;
g
r
æ r÷
ö
ç
gexp ç- ÷
çè r ÷
÷
sø
14
kw
;
g
r
æ r ö÷
gexp çç- ÷
çè r ø÷
÷
w
10-7
4
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Можно выделить ЧЕТЫРЕ типа ФЗ
1) Гравитационное взаимодействие
2) Электромагнитное взаимодействие
3) Сильное ядерное взаимодействие
4) Слабое ядерное взаимодействие
ГВ – Луна обращается вокруг Земли по эллипсу
ЭМВ – электроны движутся вблизи ядра, находясь на орбиталях
СиЯВ – нейтроны и протоны движутся внутри ядра,
находясь на орбиталях
СлЯВ – нейтрон распадается на
протон, электрон и электронное антинейтрино
6
См. опечатку!
Строение
атома в
стандартной
модели
7
Квантовая хромодинамика – современная
теория сильного взаимодействия
Взаимодействуют фермионы
Переносят взаимодействие
бозоны
Пример процесса, идущего за счёт слабого
взаимодействия: бета-минус распад: свободный
нейтрон распадается в среднем за 918 сек
N ж (t )  N0 exp  t /  d 
n => p + e +  e

17.1
17.2 
 udd  =>  uud  + W 17.3

n
p
W => e +  e


17.4 
8
Закон
радиоактивного
распада
Уравнение
бета-минус
распада
9
Электрослабое взаимодействие
10
Классическая (неквантовая) теория
электромагнитного взаимодействия –
электродинамика Максвелла
 Dds   q dV (1.7)
Уравнение для
электрической индукции
D
 Bds  0 (1.8)
Уравнение для магнитной
индукции
B
S
V
S
B
l Edl  S t ds (1.9)
Уравнение для напряжённости
электрического поля
D
l Hdl  S t ds  S jds (1.10)
E
Уравнение для
напряжённости
магнитного поля
H
 Dds 
S
Поток
вектора ЭИ
через
замкнутую
поверхность
 q dV (1.7)
V
Заряд
внутри этой
поверхности
Уравнение для
электрической
индукции (ЭИ)
11
 Bds  0 (1.8)
S
12
Уравнение для магнитной
индукции
Поток
вектора МИ
через любую
замкнутую
поверхность
Типично плоховатая картинка
– линии МИ внутри
сердечника не показаны
 Edl

l
Циркуляция
вектора НЭП
по любому
замкнутому
контуру
B
  ds (1.9)
t
S
Поток через
любую
поверхность,
опирающуюся
t
на Iконтур
слева

Уравнение для
напряжённости
электрического поля
B t 
E t 
13
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
Можно выделить ЧЕТЫРЕ типа ФЗ
1) Гравитационное взаимодействие
2) Электромагнитное взаимодействие
3) Сильное ядерное взаимодействие
4) Слабое ядерное взаимодействие
ГВ – Луна обращается вокруг Земли по эллипсу
ЭМВ – электроны движутся вблизи ядра, находясь на орбиталях
СиЯВ – нейтроны и протоны движутся внутри ядра,
находясь на орбиталях
СлЯВ – нейтрон распадается на
протон, электрон и электронное антинейтрино
14
Закон ЭМ индукции (Фарадей 1831)
16
 Edl

l
B
  ds (1.9)
t
S
dB
Эi  
(9.6)
dt
 B   BdS (9.7)
S
Уравнение для
напряжённости
электрического поля
Закон ЭМ индукции
(Фарадей 1831)
Трансформатор
Первичная
обмотка
(вход)
18
Сердечник
(железо)
N
N1
Вторичная
обмотка
2 (выход)
U 2 (t )  I 2 (t ) RН
B(t )
Источник
(переменная
ЭДС)
v
U1 (t )
I 2 (t )
U 2  U1 N 2 / N1
Магнитная индукция в железе одна и та же, а
магнитный поток пропорционален числу витков
 Hdl
l
D
 
ds   jds (1.10) Уравнение для
t
напряжённости
S
S
магнитного поля
Циркуляция
вектора НМП
по любому
замкнутому
контуру
Поток через
любую
поверхность,
опирающуюся
t
на Iконтур
слева

H t 
20
Определения основных математических конструкций
 X   Xds (17.5)
S
X 
 Xdl
(17.6)
l
Определение потока
вектора через поверхность
Определение
циркуляции
вектора по контуру
I   jq ds (17.7)
Простой пример потока:
сила электрического тока
Не удалось придумать
Простой пример
циркуляции
S
22
Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) Великобритания
1859 – установил закон распределения частиц ИГ по
скоростям (распределение Максвелла). Профессор
Абердинского университета
1860-1865 Создал классическую электродинамику
(уравнения Максвелла)
Предсказал электромагнитные волны
Предсказал скин-эффект
Предсказал, что кольца Сатурна – рой метеоритов
Впервые издал труды Кавендиша
Создал Кавендишскую лабораторию
24
«Уравнения» КЭД в калибровочно-инвариантном виде
34

LQED   i    m ij  j
*
i
1

 e   A  B  j  F F
4
*
i 
LQED


Лагранжиан КЭД (QED)
i
Электронное поле («амплитуда
вероятности»)
F
Электромагнитное поле («амплитуда
вероятности»)
«Уравнения» КХД в калибровочно-инвариантном виде

LQCD   i    m ij  j
1 a 
a *  a
 gG i  Tij  j  G Ga
4
*
i
LQCD
i
a
G
Лагранжиан КХД
Кварковое поле («амплитуда вероятности»)
Глюонное поле («амплитуда вероятности»)
38