Костная система и ее функции. Закон Видемана-Франца. Ограниченность классической теории

Закон Видемана-Франца. Ограниченность классической теории

Классическая электронная теория металлов

Носителями токов в металлах являются электроны. Наиболее слабо связанные молекулы при образовании кристаллической решетки легко покидают атомы, становясь свободными. Они могут двигаться в кристалле, перенося разряд. Их совокупность – идеальный газ. В классической электронной теории, созданной Друдэ, считается что электроны участвуя в хаотическом движении сталкиваются только с ионами решетки. Длина их свободного пробега принята одинаковой и равной λ. Среднеарифметическая скорость системы . Предполагается также, что после столкновения электрон полностью теряет скорость. На электрон во время свободного пробега действует F=eE, ускорение a=eE/m. Скорость, направленная на движение перед столкновением достигает U_m=aτ=eEτ/m, τ=λ/< V >. Среднее значение этой скорости вычисляется по следующему выражению <U>=U_m/2=eEλ/2m< V >. Подстановка этого выражения в формулу для плотности тока j=em<U>, j=ne²λE/2m< V > – закон Ома в локальной форме, ne²λ/2m< V >=σ – удельная проводимость. Энергия электронов приобретаемая во внешнем поле полностью передается решетке при каждом ударе. Учитывая, что за единицу времени таких ударов каждого электрона: 1/τ=< V >/λ. Получаем энергию, переходящую в теплоту в единице объема проводника, т.е. мощность. N=nE’/τ=ne²λE²/2m< V >=σE²=j²/ρ, ρ – массовая плотность газа. Это выражение соответствует закону Джоуля-Ленца в локальной форме.

Отношение константы теплопроводности металлов к электропроводности при данной температуре является постоянной. Дальнейшее исследование Лоренца показало, что это отношение пропорционально термодинамической температуре. K/σ=CT, C – число Лоренца. Согласно электронной теории металлов теплопроводность в основном осуществляется свободными электронами металлов, т.е. электронным газом. Кинетическая теория газов дает для коэффициента теплопроводности следующее выражение: k=1/3*ρC_Vλ< V >, ρ=n·m – массовая плотность электронного газа, C_V – изохорная удельная теплоемкость. Для электронного газа число степеней свободы равно -3. μ=mN_A; ρС_V=mn3R/2μ; K=1/2*nkλ< V >; m< V >²/2=3kT/2; K/σ=3(k/e)²T; c=3(k/e)². Лоренц учел распределение по скоростям. У него получилось c=2(k/e)², однако это значит гораздо худшее согласование с экспериментальными данными. Классическая теория металлов проста. Она качественно и правильно описана. Более точное описание поведения дается в квантовой теории. Согласно теоретическим данным σ=1/< V > ~ 1/T. Эксперимент: σ ~ 1/T. Для согласования теории полученной теорией и экспериментально измеренных величин необходимо допустить, что длина пробега электрона составляет сотни расстояний, что весьма сомнительно. При низкой температуре теплоемкость стремится к 0. Число Лоренца, полученное в квантовой теории С=π²/3*(k/e)² очень точно описывает экспериментальные данные в отличие от теории Друдэ или уточнений теорий Лоренца.

Общий обзор скелетачеловека Скелет (греч. sceleton — высохший, высушенный) — комплекс костей, различных по форме и величине. У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в зависимости от формы и функции делятся на: трубчатые (кости конечностей); губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции — ребра, грудина, позвонки и др.); плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей); смешанные (основание черепа).

В каждой кости содержатся все виды тканей, но преобладает костная, представляющая разновидность соединительной ткани. В состав кости входят органические и неорганические вещества. Неорганические (65—70% сухой массы кости) — это в основном фосфор и кальций. Органические (30—35%) — это клетки кости, коллагеновые волокна.

Дефицит питательных веществ, солей или нарушение обменных процессов, связанных с синтезом белка, незамедлительно отражаются на росте костей. Недостаток витаминов С, D, кальция или фосфора нарушает естественный процесс обызвествления и синтеза белка в костях, делает их более хрупкими. На изменение костей влияют и физические нагрузки. При систематическом выполнении значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными, в местах прикрепления мышц формируются хорошо выраженные утолщения — костные выступы, бугры и гребни. Происходит внутренняя перестройка компактного костного вещества, увеличиваются количество и размеры костных клеток, кости становятся значительно прочнее. Правильно организованная физическая нагрузка при выполнении силовых и скоростно-силовых упражнений способствует замедлению процесса старения костей.

Скелет человека состоит из позвоночника, черепа, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей.

Все кости скелета соединены связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др.

Суставы — подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Полость суставов герметично закрыта, она имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности.

Главная функция суставов — участвовать в осуществлении движений (сгибание, разгибание, приведение, отведение, вращение).

При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. И наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставный хрящ и изменяются суставные поверхности, сочленяющиеся кости, появляются болевые ощущения, возникают воспалительные процессы.

Дата добавления: 2014-01-05