Fiz-2

Wybrane Dzialy Fizyki
(2)
Elementy fizyki środowiskowej
F Energia - podstawowy element rozwoju społeczeństwa
H Podstawowe pojecia
,
H Formy energii
H Współczesne źródła energii
F Środowisko zanieczyszczenia i jego ochrona
H Rodzaje zanieczyszczeń
H Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń
H Ochrona i usuwanie skażenia
F Metody monitorowania fizycznego
H Zanieczyszczenia atmosfery
H Skażenia gruntu
H środowisko wodne
[email protected]: W2- 1
WNZ US, 21.10.2009
Fizyka i jej zadania
Podstawowym zadaniem fizyki jest
wyjaśnienie podstawowych praw i reguł
którymi rzadzi
sie, otaczajacy
nas świat
,
,
właczaj
ac
w to wyjaśnienie budowy
,
,
świata, jego pochodzenia oraz wzajemnego oddziaływania poszczególnych jego
elementów.
[email protected]: W2- 2
WNZ US, 21.10.2009
Podstawowe oddziaływania (siły)
F siły grawitacyjne
F siły elektromagnetyczne
F oddziaływania słabe
F siły a jadrowe
(oddziaływania silne)
,
[email protected]: W2- 3
WNZ US, 21.10.2009
Prawo powszechnego ciażenia
,
m2
m1
[email protected]: W2- 4
WNZ US, 21.10.2009
Siły grawitacyjne
m
m
1
2 ~
~
F = −G 2 · i12
r12
stała grawitacji
−11
G = 6, 67428(67) · 10
[email protected]: W2- 5
3
m
kg s2
WNZ US, 21.10.2009
Siły grawitacyjne - przykład I
Siła przyciagania
Slońce Ziemia:
,
F masa slońca: 1, 9891 × 1030 kg
F masa ziemi: 5, 9736 × 1024 kg
F średnia odległość: 1, 49 × 1011 m
FSZ ≈ · · ·
[email protected]: W2- 6
WNZ US, 21.10.2009
Siły elektrostatyczne - prawo Coulomba
+
+
[email protected]: W2- 7
+
−
WNZ US, 21.10.2009
Siły elektrostatyczne
q
q
1
2 ~
~
F = k 2 · i12
r12
stała k
3
m
kg
9
k = 8, 9875 · 10
C2 s2
[email protected]: W2- 8
WNZ US, 21.10.2009
Siły elektrostatyczne - przykład
Oddziaływanie elektron-proton:
F ładunek elektronu: 0.16 × 10−18 C
F ładunek protonu: 0.16 × 10−18 C
F klasyczny promień : 0, 529 × 10−10 m
Fep ≈ · · ·
[email protected]: W2- 9
WNZ US, 21.10.2009
Oddziaływania elektromagnetyczne - Siła Lorentza
~
F~em = q~v × B
Is ~
~
B = µ0
in
2πR
(prawo
(prawo
Ampera)
Biota − Savarta)
I · Is
F = µ0
2πR
[email protected]: W2- 10
WNZ US, 21.10.2009
Oddziaływania elektromagnetyczne - Siła Lorentza
[email protected]: W2- 11
WNZ US, 21.10.2009
Siły jadrowe
,
[email protected]: W2- 12
WNZ US, 21.10.2009
Siły jadrowe
- hipoteza Yukawy
,
F =g
[email protected]: W2- 13
e
−mr
r
1
·
−m
r
WNZ US, 21.10.2009
Siły oddziaływania jadrowego
,
[email protected]: W2- 14
WNZ US, 21.10.2009
Porównanie zasiegu
oddziaływań
,
grawitacyjne
∞
elektromagnetyczne ∞
silne (jadrowe)
,
słabe
[email protected]: W2- 15
≈ 10
−15
m
≈ 10
−18
m
WNZ US, 21.10.2009
Porównanie “mocy” oddziaływań
silne (jadrowe)
,
≈1
−2
elektromagnetyczne ≈ 10
słabe
grawitacyjne
[email protected]: W2- 16
−5
≈ 10
−38
≈ 10
WNZ US, 21.10.2009
Siły elektrostatyczne a grawitacyjne
F ładunek elektronu: 0.16 × 10−18 C
F klasyczny promień : 0, 529 × 10−10 m
F masa protonu: 1, 67 × 10−27 kg
F masa elektronu: 9, 109 × 10−31 kg
Fgr
= ···
Fep
[email protected]: W2- 17
WNZ US, 21.10.2009
Opis odziaływań (sił) - podejście klasyczne
W fizyce klasycznej oddziaływania miedzy
masa,
,
lub ładunkiem opisywane sa, potencjałami pól
przez nie wytwarzanych, które możcna interpretować jako siły, jeśli pola te sa, potencjalne.
Zakłada sie,
, że pole przenika cała, przestrzeń
wokół obiektu, który je wytwarza a oddziaływanie
jest natychmiastowe
[email protected]: W2- 18
WNZ US, 21.10.2009
Opis odziaływań (sił) - podejście kwantowe
W fizyce kwantowej stosowany jest inny opis,
a mianowicie oddziaływanie dwóch obiektów
zwiazane
jest z wymiana, pewnych czastek
,
,
nośnikw określonego oddziaływania. W opisie
tym, miedzy
oddziałujacymi
obiektami, wymieni,
,
ana jest czastka
o określonej energii i pedzie,
,
,
tzw. kwant pola czyli nośnik oddziaływania,
charakterystyczny dla danego rodzaju siły. Oddziaływanie nie jest wiec
natychmiastowe lecz
,
“rozchodzi sie, z predkościswiatła.
,
[email protected]: W2- 19
WNZ US, 21.10.2009
Nośniki oddziaływań
Oddziaływanie
nośnik
ładunek
silne (jadrowe)
,
gluon
“kolor”
elektromagnetyczne foton
lektryczny”
słabe
bozon
“zapach”
grawitacyjne
grawiton “ masa ”
[email protected]: W2- 20
WNZ US, 21.10.2009
Odziaływania - próby unifikacji
Historycznie rozróżniano wiele oddziaływań podstawowych. Za oddziaływania fundamentalne
uważano oddziaływanie elektryczne, magnetyczne, grawitacyjne, słabe i silne. W procesie
rozwoju nauki doszło do tak zwanej unifikacji
opisu oddziaływań i zaczeto
postrzegać niektóre
,
oddziaływania jako formy wystepowania
pewnych
,
oglniejszych oddziaływań.
[email protected]: W2- 21
WNZ US, 21.10.2009
Odziaływania - próby unifikacji
F J.C. Maxwell: oddziaływania elektrostatyczne i magnetyczne −→ elektrodynamika klasyczna
F S. Weinberg, S.L. Glashow i A. Salam.: unifikacja opisu oddziaływań elektromagnetycznych i słabych, które zintegrowano w ramach tzw. teorii oddziaływań elektrosłabych.
F Model standardowy - opisuje zunifikowane oddziaływania słabe, elektromagnetyczne i
silne
F teoria wielkiej unifikacji
F teoria superstrun
F teoria supersymetrii
[email protected]: W2- 22
WNZ US, 21.10.2009