Билет №23

1. Пусть в электрическом однородном поле с напряженностью вектор Е происходит перемещение заряда по линии напряженности на расстояние Δ d=d₁ –d₂, тогда работа равна A=F(d₁-d₂)=qE(d₁-d₂). Из механики известно, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Векторы силы направлены по прямой, соединяющей точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории движения. Работы сил электростатического поля по замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным. И гравитационное поле, и поле электростатическое являются потенциальными полями.

Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда межу этими точками, то разность потенциалов является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Следовательно, разность потенциалов может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Единица разности потенциалов называется вольтом. Отношение работы А, совершаемой любым электрическим полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, к значению этого заряда называется напряжением между этими точками U=A/q. Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения U между точками на заряд q: A=q*U. В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек. U₁₂=φ₁-φ₂. Напряжение характеризует электрическое поле, которое создает ток. Напряжение показывает, какую работу совершит электрическое поле при перемещении межу точками поля заряда. N=A/t, A=N*t U=N*t/q = N/I.

Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.

U= φ₁-φ₂= A/q; φ= W_p /q.

2. Звезды светят очень и очень долго. За это время они успевают высветить действительно огромные количества энергии. Откуда же она черпается?

Вопрос был поставлен в 40-е годы XIX века, с открытием закона сохранения энергии. Сразу же стало ясно, что источником энергии в принципе может быть гравитация. Так, Роберт Мейер, полагал, что Солнце светится за счет кинетической энергии выпадающего на него метеорного вещества. Другой учёный, Герман Гельмгольц предположил, что свечение Солнца может поддерживаться его медленным вековым сжатием, что приводит, разумеется, к выделению гравитационной энергии. В конце XIX века вера в закон сохранения энергии была незыблема - а никакого другого источника энергии звезд, кроме самогравитации, видно не было.

Ситуация резко обострилась, вскоре после открытия радиоактивности. К середине 20-х годов 20 века выяснилось, что таким источником в принципе могли бы служить ядерные реакции, ведущие к превращению водорода в гелий. Решение проблемы пришло с развитием квантовой механики. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, говорить о точном местоположении частицы не имеет смысла - она как бы размазана по некоторой области пространства и с разной вероятностью может быть обнаружена в разных местах. Это, в частности, делает возможным присутствие частицы и в тех областях пространства, где классические законы сохранения энергии и импульса это строго запрещают. В итоге непреодолимый для классической частицы кулоновский потенциальный барьер становится как бы "полупрозрачным" (так называемый туннельный эффект).