БилетNo 2

Инфракрасные лучи испускают все тела в природе. Этот вид излучения связан с тепловым движением молекул и атомов. При повышении температуры тела энергия его инфракрасного излучения быстро возрастает.

Кинфракрасной областиотносится излучение с длиной волны от нескольких миллиметров до 0,75 мкм.

Оптическая область включает инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый диапазоны.

Свойства: лучи невидимы, хорошо поглощаются телами, изменяют электрическое сопротивление тел, действуют на фотоматериалы, хорошо проходят через туман.

Применение: фотографирование в темноте, для сушки материалов, пищевых продуктов, в приборах ночного видения, в тепловизорах, позволяющих определять качество теплоизоляции строений, в военной технике для наведения ракет на цель.

Ультрафиолетовая область от 0,4 мкм до 0,05 мкм.

Источниками ультрафиолетовых лучей являются Солнце, космос, лазеры, газоразрядные лампы.

Свойства: действуют на фотоэлементы, фотоумножители, люминесцентные вещества, оказывают бактерицидное действие, поглощаются озоном, обладают лечебным свойством в умеренных дозах, невидимы.

Применение: люминесценция в газоразрядных лампах, в автоматике, в медицине, в лазерах.

Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной волны от 0,01 мкм до 0,001 нм.

Источниками являются трубка Рентгена, лазеры, солнечная корона, небесные тела.

Свойства: обладают большой проникающей способностью, вызывают люминесценцию, действуют на фотоэмульсию, ионизируют газы, лучи невидимы.

Применение: рентгеноструктурный анализ, рентгенотерапия, рентгенография.

3. Задача на формулу работы или мощности электрического тока.

Мощность автомобильного стартера 5,9 кВт. Какой силы ток проходит через стартер во время запуска двигателя, если напряжение на его клеммах 12 В?

1. Цепная реакция деления ядер урана. Ядерный реактор. АЭС. Эко­логические проблемы атомной энергетики. Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами. При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме:

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.

Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы). Первая реакция такого рода была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:

Однако наиболее интересными для практического использования являются реакции, протекающие при взаимодействии ядер с нейтронами. Так как нейтроны лишены заряда, они беспрепятственно могут проникать в атомные ядра и вызывать их превращения. Выдающийся итальянский физик Э. Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами, движущимися с тепловыми скоростями.

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Схема ядерного реактора на медленных нейтронах приведена на рис. 6.8.2.

Рисунок 6.8.2. Схема устройства ядерного реактора на медленных нейтронах

Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая заполнена замедлителем и пронизана стержнями, содержащими обогащенную смесь изотопов урана с повышенным содержанием урана-235 (до 3 %). В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны. Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции.

Активная зона охлаждается с помощью прокачиваемого теплоносителя, в качестве которого может применяться вода или металл с низкой температурой плавления (например, натрий, имеющий температуру плавления 98 °C). В парогенераторе теплоноситель передает тепловую энергию воде, превращая ее в пар высокого давления, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, а из турбины поступает в конденсатор. Во избежание утечки радиации контуры теплоносителя I и парогенератора II работают по замкнутым циклам.

Турбина атомной электростанции является тепловой машиной, определяющей в соответствии со вторым законом термодинамики общую эффективность станции. У современных атомных электростанций коэффициент полезного действия приблизительно равен Следовательно, для производства 1000 МВтэлектрической мощности тепловая мощность реактора должна достигать 3000 МВт. 2000 МВт должны уносится водой, охлаждающей конденсатор. Это приводит к локальному перегреву естественных водоемов и последующему возникновению экологических проблем.

Однако, главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ, которые в большом количестве накапливаются в активной зоне реактора. При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Тем не менее, после аварий на некоторых АЭС, в частности на АЭС в Пенсильвании (США, 1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.), проблема безопасности ядерной энергетики встала с особенной остротой.

Наряду с ядерным реактором, работающим на медленных нейтронах, большой практический интерес представляют реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах. В таких реакторах ядерным горючим является обогащенная смесь, содержащая не менее 15 % изотопа Преимущество реакторов на быстрых нейтронах состоит в том, что при их работе ядра урана-238, поглощая нейтроны, посредством двух последовательных β^–-распадов превращаются в ядра плутония, которые затем можно использовать в качестве ядерного топлива:

Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т. е. на 1 кг урана-235 получается до 1,5 кг плутония. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.

Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова.

2. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. Разность потенциалов. Напряжение. Пусть заряд q перемещается в электростатическом поле напряжённостью Е. На заряд действует сила электростатического поля F=qE. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда:

А=F S=qE Scosa=qEd, где S – перемещение заряда, d – проекция перемещения на силовую линию, a - угол между вектором напряжённости и перемещением.

Работа сил электростатического поля не зависит от формы пути, а зависит только от начальной и конечной точек пути. Работа по замкнутому пути равна нулю. Силы, обладающие таким свойством, называются консервативными, а поля таких сил называются потенциальными, т.е. каждой точке поля можно поставить в соответствие значение некоторой характеристики, которая называется потенциал.

Работа сил электростатического поля равна убыли потенциальной энергии (так как эти силы консервативны):

А=W_п1-W_п2, где W_п1– потенциальная энергия заряда в начальной точке пути и W_п2– потенциальная энергия заряда в конечной точке пути.

Значение потенциальной энергии зависит от того, в какой точке значение потенциальной энергии принимается за нуль. Обычно считается, что W_п=0 в точке, удалённой на бесконечность. Тогда работа по перемещению заряда из какой-либо точки в бесконечность А=W_п-0= W_п.

Потенциальная энергия заряда в некоторой точке электростатического поля равна работе сил электростатического поля по перемещению заряда из данной точки в бесконечность.

Если поле создано точечным зарядом Q, то потенциальная энергия заряда q, внесённого в это поле на расстоянии r от заряда Q:

Потенциал электрического поля в данной точке – скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии положительного пробного заряда, внесённого в данную точку поля, к величине этого заряда.

Единица измерения потенциала [j]=1 Дж/Кл=1 В.

Если поле создано точечным зарядом Q, то потенциал j равен

Работа электростатического поля А=W_п1-W_п2=qj₁-qj₂=q(j₁-j₂), где (j₁-j₂) – разность потенциалов или напряжение.

Разность потенциалов равна работе сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда из точки с потенциалом j₁ в точку с потенциалом j_2.

Если приравнять два выражения для работы электростатического поля

qEd= q(j₁-j₂), то получим Ed=(j₁-j₂) или

3. Лабораторная работа: «Определение показателя преломления стекла»

Дата добавления: 2015-08-31