Потенциал обозначение в физике: Потенциал — это… Что такое Потенциал?

Содержание

Потенциал — это… Что такое Потенциал?

Биология

В биологии термин потенциал часто употребляется в смысле, установленном в физике, но применительно к различным биологическим объектам (чаще всего речь идет об электрических потенциалах).

Например:

  • Мембранный потенциал (англ.Membrane potential) — разность потенциалов с внешней и внутренней стороны (клеточной) мембраны.
  • Потенциал действия — волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в процессе передачи нервного сигнала.
  • Потенциал покоя — мембранный потенциал возбудимой клетки в невозбужденном состоянии.

Иногда используется и в других значениях, нередко близких к общелитературным.

Математика

Физика и химия

  • Электромагнитный потенциал — четырёхмерная величина (4-вектор), характеризующая электромагнитное поле. Играет фундаментальную роль как в классической, так и в квантовой электродинамике.
Электромагнитный потенциал можно представить состоящим из
потенциалов электромагнитного поля
φ и A, рассматриваемых в традиционной трехмерной формулировке электродинамики как отдельные величины, определяющие вместе электромагнитное поле:
  • скалярного (в трёхмерном смысле) потенциала φ, вместе с A определяющего электрическое поле;
в частности, для постоянных полей или при условиях, позволяющих пренебречь быстротой их изменения, скалярный потенциал выступает как
  • и векторного потенциала A — трёхмерного вектора, полностью определяющего магнитное поле, а электрическое поле определяющего вместе с φ.
  • Гравитационный потенциал — в Ньютоновской теории гравитации — скалярная величина, характеризующая гравитационное поле; в современных теориях гравитации — обычно тензорное поле (например в ОТО — поле метрики).
  • Скалярный или векторный потенциал в других теориях: скалярный и векторный потенциалы находят применение и в других физических теориях. Иногда их роль достаточно формальна и вспомогательна, в таких случаях часто имеется в виду потенциал в чисто математическом понимании. Однако такие потенциалы присутствуют и в достаточно фундаментальных теориях, где играют и фундаментальную физическую роль, в целом более или менее соответствующую роли электромагнитного 4-потенциала потенциала в электродинамике; это касается в первую очередь фундаментальных скалярных и векторных полей, например, векторных полей в теории электрослабого взаимодействия и векторного глюонного поля, скалярного поле Хиггса. Впрочем, нередко в таком применении слово потенциал опускается и говорят просто о поле.
  • В теоретической физике слово потенциал употребляется зачастую абстрактно, в том же смысле, как это принято в математике.
  • Также в теоретической физике термин потенциал нередко служит кратким синонимом термина потенциальная энергия.

Лингвистика

Потенциал — возможностное наклонение глагола.

Другие значения

Что такое потенциал? | Физика — не религия!

Велик и могуч русский язык. И не только русский. Сегодня в области науки язык стал почти универсальным.

Для обозначения различных физических понятий требуются и различные слова. Но выясняется, что для обозначения новых понятий терминов нет. Термины уже используются. Например, если вы не очень глубоко вникали в дебри физики, термин «кинетический потенциал» вы определите как-нибудь логически. Но это Функция Лагранжа L. Достаточно подробная статья с релятивистскими подробностями обнаруживается в «Большой Энциклопедии Нефти и Газа». Но упрощённое представление L это разность между кинетической и потенциальной энергиями твёрдого тела.

Потенциал это ещё не реализованная возможность. С этой точки зрения кинетический потенциал определён корректно.

Теперь рассмотрим потенциал электрический. Известно, что градиент электрического потенциала это напряжённость электрического поля. Когда вы попытаетесь логически подобраться к отличию в сути электрического потенциала и электрического поля, вы обнаружите, что как таковой разницы нет. Только электрическим полем принято считать то поле, напряжённость которого не равна нулю.

Разность потенциалов это напряжённость поля

Разность потенциалов это напряжённость поля

Если рассматривать поле компактного заряда, то достаточно соединить два заряда противоположных знаков пространственно, и на небольшом уже расстоянии от них никакого градиента заметно не будет.

Но пропало ли само электрическое поле? Длительное время так и считали. Даже потенциал электрического поля считали вспомогательной математической величиной. Но разнеся заряды, потенциал на расстоянии от них будет заметен.

Если представить себе, что потенциал не только удобное представление, а параметр поля, подобный давлению жидкости или газа, то электрическое поле предстанет более материальным явлением. И не только электрическое.

Гравитационное поле занимает весь объём видимой вселенной, но замечаем мы только градиенты этого поля.

Гравитация

Гравитация

Если потенциал определить как параметр материального поля, то можно говорить о его количестве, плотности. Гравитационное и электрическое поле становятся вполне материальными образованиями, а не математическими представлениями.

Физикам известно, что изменение градиента поля во времени приводит к появлению других полей. Если изменять градиент электрического поля возникает магнитное поле, а если это градиент менять по гармоническому закону, то возникает и электромагнитная волна.

Подобные явления для гравитационного поля наблюдают в космосе, но системно изменять его градиент в лаборатории пока не удаётся.

Магнитное поле не может иметь точечного источника. И это не потому, что ещё не обнаружены магнитные заряды, а потому, что это не отдельный вид поля, а потенциал вращения электрического поля. Аналогию в обычном мире найти почти невозможно из-за слабости эффектов для гравитации.

Ориентация магнитной стрелки под действием магнитного поля

Ориентация магнитной стрелки под действием магнитного поля

Постоянное магнитное поле это проявление потенциала вращения. Это магнитное поле действует ориентирующим способом на магнитную стрелку.

Градиенты потенциала могут переходить из одного вида в другой. Если не рассматривать сложные внутренние процессы, то гравитационный потенциал преобразуется в электрический на гидроэлектростанциях. Но можно рассмотреть составляющие этого процесса, и окажется что сначала гравитационный потенциал преобразуется… в «кинетический».2, где w угловая скорость турбины, а r её характеристический радиус. Конечно, это всё справедливо при отсутствии потерь, которые часть исходного потенциала «уводят» в сторону от главного процесса.

Красноярская ГЭС

Красноярская ГЭС

Таким образом, мы получили цепочку преобразования потенциалов гравитационный-динамический-вращения-электрический.

И нет в цепочке имён полей. Поле, по большому счёту, тоже математическое понятие — поле значений. Так, может быть, и дать физическим потенциалам самостоятельность? Именно потенциалы определяют все процессы в природе.

Как показал Дэвид Бом, нет возможности определить абсолютную истину в физике, а обладание абсолютной истиной это обладание всем миром. Но развёртки для демонстрации участков этого мира могут быть самыми разными. Почему бы и не использовать понятие потенциала, как физической сущности, если оно позволяет описать и объяснить явления качественно и количественно.

Во всяком случае, понятие «энергия» выглядит совсем не более понятным, чем понятие «потенциал». Мир наполнен потенциалами — мир наполнен возможностями. Как сказал Дэвид Бом, представление об истине следует развернуть. Сделать это можно разными способами.

Работа сил электрического поля. Потенциал электрического поля – методическая разработка для учителей, Эндерс Светлана Николаевна

III. Изучение нового материала: (25 мин)

  1. Постановка цели и задач урока: на слайде высказывания (5 мин)

У нас у всех есть возможности, о которых мы даже не подозреваем. Мы способны делать то, о чем даже не можем мечтать. Но если вы никогда не решитесь, то никогда не узнаете свой потенциал, свои возможности.

Дейл Карнеги

Нам всем с рожденья дан потенциал,
Таланты и способности даны …..

— Как вы понимаете смысл этих высказываний?

(У любого человека есть потенциал и он должен работать для его реализации, приносить пользу своему государству, своему народу).

— Как вы думаете, а у электрического поля заряда есть потенциал? Оно может совершать работу?

— А вы знаете, как определить потенциал и работу электрического поля? (нет) Сформулируйте сами тему и задачи урока.

2. Работа в парах. (18 мин)

На сайте https://bilimland.kz/ru/courses/physics-ru/ehlektrodinamika – открывают уроки «работа сил электрического поля», «потенциал электрического поля».

Прорабатывают, составляя конспект по данным темам.

Каждая пара получает одно из заданий (вопросы): Чтобы ответить на данные вопросы нужно составить на А-3 кластер и защитить его.

Работа с образовательным ресурсом bilimland.kz.

1-я пара: дать определение напряжения и работы электрического поля (урок работа электрического поля).

2-я пара: что такое потенциал и как зависит значение потенциала от расстояния?

3-я пара: понятие эквипотенциальных поверхностей.

4-я пара: связь между напряжением и напряженностью.

5-я пара: общий потенциал системы зарядов.

6-я пара: потенциальная энергия заряда.

7-я пара: разность потенциалов.

После составления конспекта в тетради учащиеся составляют опорный конспект на А-3, записывают или зарисовывают нужные ответы на свой вопрос и отвечают у доски.

Физкультминутка (2 мин)

IV. Первичное закрепление нового учебного материала. Ответы учеников на задания. (15 минут)

Ответы ребят оцениваются по стратегии «тепло – холодно» (на «кружочках с символами пишут, что в ответе было хорошо, что было плохо).

4. Закрепление.

Работа в парах: работаем с ресурсом https://itest.kz/ru/exam_test?test_id=301395665.

V. Первичное осмысление материала (15 минут )

Выполняем тест по теме «Работа электрического поля» (в тетради).

Возможна ли новая модель физики? / Хабр

В жизни нет ничего сложного. Это мы сложны. Жизнь – простая штука, и в ней что проще, тем правильнее.

Письма. Оскар Уайльд

Элементарные понятия в физике возникли преимущественно на бытовом опыте человека.

Всё что нам известно, как мы считаем, о нашей Вселенной основано на тех определениях, которые мы дали первичным понятиям (пространство, время, масса), а также на полученных математических формулах связывающих параметры наблюдаемых процессов.

Формулы создаются на основе первичных понятий. Например, мы принимаем что скорость это отношение пройденного пути к затраченному на прохождение этого пути времени.

Первичными здесь являются понятие «пространство» и понятие «время».

Вычисляя параметры движения материальных объектов, мы вводим понятие «масса», на основе чего получаем понятие «импульс» и кинетическая «энергия».

Обнаружив, что скорость не всегда проявляет себя как аддитивная величина, мы пытаемся придать какие-то свойства пространству и времени, сконструировав из них пространство-время.

Получая экспериментальные и наблюдательные подтверждения для новых формул, мы делаем вывод о том, что они описывают реальный мир.

При этом мы так и не можем определить пространство, время или пространство-время, поскольку для их определения требуются более простые или более общие понятия, которых у нас нет.

Переходя к электромагнетизму, нам приходится вводить новые понятия (сущности), такие, как «электрический заряд» и «электромагнитное поле».

Затем мы обнаруживаем, что связать воедино весьма точно объясняющие данные наблюдений теорию гравитации и теорию электромагнетизма мы не можем.

Более того, возникают «странные» ограничения на существование магнитного заряда, например. На основании большого числа опытных данных мы постулируем отсутствие магнитных зарядов, но так и не можем понять, почему же их нет.

Отсутствие определений для первичных понятий позволяет строить различные концепции типа цифровой вселенной, когда вся весь мир помещается в некоторую вычислительную машину. Но и в этом случае остаются вопросы к устройству и размещению этой машины в каком-то не наблюдаемом нами мире.

По мнению автора следует проанализировать имеющиеся первичные понятия, и попытаться создать другую систему первичных параметров, в которой пространство, время, масса, заряд могли бы получить строгие определения.

Истоки существующих первичных понятий

Все первичные понятия были приняты на основе бытового опыта. Пространство и время были и остаются не столько физическими, сколько философскими понятиями.

Мы подвержены своим привычкам, житейскому опыту, традициям, мнению авторитетов. Например, мы используем понятие «время», а из литературы и из уст окружающих слышим, что оно течёт. Мы представляем время как нечто, существующее само по себе. Но стоит углубиться в размышления, да почитать «Исповедь» Фомы Аквинского, сущность этого понятия ускользает от нашего сознания. Всему виной традиция и житейский опыт.

Материалистическое понимание окружающего мира требует наличия возможности экспериментально доказать выводы теорий.

Но что такое экспериментальное доказательство? Ломоносов когда-то экспериментально показал волновую сущность света, разложив его на семь составляющих. Впоследствии оказалось, что семь цветов не являются отражением сути волнового процесса. Цвета это только отклик нашей нервной системы на электромагнитное излучение оптического диапазона, где есть только распределение излучения различных частот. Оказалось, что физически, объективно цвета не существуют. Воображаемый характер цвета удалось подтвердить, создав приборы, которые могли фиксировать физические параметры оптического излучения. Это не помешало создать очень полезные на практике цветовые пространства, создать формулы для работы с цветом. То есть мы получили теорию, которая работает с воображаемыми величинами не существующими вне нашего сознания, цветами.

А что можно сказать о времени и пространстве с точки зрения восприятия их человеком и физическими приборами?

Человек воспринимает время как нечто, что может менять свою скорость. Это давно замечено на примере критических для человека ситуаций, когда по мнению человека все наблюдаемые им процессы замедляются. Это позволяет человеку избежать гибели, успев предпринять какие-то меры для своего спасения.

С возрастом человеку начинает казаться, что дни становятся короче.

Измеряют ли время инструментальные средства?

Нет. Инструментальные средства позволяют лишь сравнить ход двух процессов путём подсчёта числа периодов этих процессов между началом и окончанием измерения.

Посредством современных атомных часов удалось подтвердить вывод теории относительности о замедлении темпа процессов в поле тяготения и при увеличении скорости объекта. Человек продолжает интерпретировать результаты измерений как замедление времени. Но это только сравнение числа периодов двух процессов. Время измерить невозможно.

Понятие о пространстве человек получил из практики оценки и измерения расстояний. В этом случае мы тоже не измеряем пространство, а сравниваем расстояния между объектами (материальными точками).

Из практики измерений можно получить понятия продолжительности и протяжённости. Но это не понятия о времени и пространстве, хотя и продолжительность и протяжённость требуют своего определения.

Понятие о массе возникло на основе опыта и понятия о весе. До появления весов человек мог непосредственно ощутить вес небольших объектов или оценить их вес по косвенным параметрам. С появлением весов вес определяется как сила притяжения объекта к земле.

Массу объекта обычно можно только вычислить.

С некоторых пор астрофизики стали применять понятие «гравитационный параметр», величину которого удаётся определить значительно точнее, чем массу небесных объектов.

Понятие об электрическом заряде меньше связано с бытовым опытом человека. Это понятие в современной физике связано со свойствами элементарных частиц, с существованием элементарного заряда.

Но, как и в случае с другими первичными понятиями, нет понимания сути понятия «заряд». Определение заряда строится на основе наблюдаемых явлений связанных с его существованием.

Что имеем

Имеем не имеющие строгого определения, содержащего указание на понятие более общего класса и особенностей рассматриваемых понятий, термины:

1. Пространство;

2. Время;

3. Продолжительность;

4. Протяжённость;

5. Масса;

6. Заряд;

7. Электромагнитное поле;

8. Гравитационное поле;

9. Гравитационная постоянная.

Вообще говоря, этот перечень может быть продолжен. Но для целей этого изложения достаточно уже перечисленных терминов.

В отличие от представлений физики 19-го века современная физика допускает существование каких-то объектов и явлений, которые непосредственно инструментально зафиксировать невозможно. Макс Планк ввёл представление о нейтрино, когда непосредственно его обнаружить было нельзя. Вся общая теория относительности началась с теории, которая постепенно находила подтверждения в практике. Но и сейчас измерить кривизну пространства непосредственно невозможно.

Электростатическое и магнитостатическое поля определяются по косвенным признакам.

Но можно ли уверенно говорить о том, что наличие косвенного признака уверенно подтверждает наличие первичного понятия?

Свойства для первичных понятий не столько объективно определяются, сколько приписываются человеком с учётом его опыта восприятия косвенных признаков, интерпретируемым им как наличие этих свойств.

Отклонение стрелки амперметра интерпретируется как наличие в цепи, куда включён амперметр, электрического тока. Но современная физика имеет не одно определение для электрического тока, если учесть наличие токов смещения.

Обычный человеческий опыт подводит при попытках понять суть процессов не имеющих места в обычной жизни. К этому давно пришли физики изучающие квантовую механику. Подавляющее число параметров в квантовом мире не имеют аналогов в макромире.

Создание другого набора первичных понятий может быть полезным, если перечень первичных понятий станет короче, а на основе этих первичных понятий можно будет объяснять явления из не смежных областей физики, например явления гравитации и электромагнетизма.

Определения применяемых в физике понятий должны стать корректными, чтобы не возникало логических петель при определении протяжённости и метрического пространства, например.

Предлагаемый вариант решения этой задачи может быть следующим. Протяжённость и продолжительность должны определяться на основе новых первичных понятий. Понятие массы должно стать производным. Масса это некоторое свойство материальных объектов определяемое из первичных понятий.

Число первичных понятий не должно превышать, а лучше если оно станет меньше, чем число существующих первичных понятий. Принцип бритвы Оккама требует не добавлять сущностей без необходимости. Но в нашем случае мы не только не предполагаем их добавлять, а напротив уменьшаем. С точки зрения этого принципа новая система должна быть совершеннее старой, поскольку в ней меньше число независимых сущностей.

Создание нового перечня первичных понятий вызовет необходимость создания новой системы единиц измерения физических величин. Но должен существовать однозначный перевод новых единиц в традиционные.

Среда Вселенной

Как бы не хотелось, но не признать существование среды невозможно. Даже пустота должна быть определена как среда с особыми свойствами.

Но проблема всех попыток создания среды вселенной состоит в том, что эта среда помещалась в некоторое пространство и время, становясь дополнительным понятием, без которого можно было обойтись. Бритва Оккама безжалостно отрезала любую среду, и прижилась только пустота, для которой нет определённых свойств, или они равны нулю.

Новый подход имеет кардинальное отличие от всех предшествующих.

Предлагается поместить среду вселенной вне пространства и времени. Как это возможно?

Это возможно, если в качестве основы для среды выбрать совершенно отвлечённое от пространства и времени понятие. Этому понятию дано отдельное название, Медиосо (эсперанто, Среда содержащая всё). Применение этого термина крайне упрощает определение понятий в дальнейшем.

Каким образом можно представит среду, которая находится вне метрического пространства? На бытовом уровне это представит сложно. Так же сложно, как в квантовой физике сложно представить себе нахождение частицы сразу в большом объёме (уравнение Шредингера).

Но с формальной точки зрения для этого достаточно принять как принцип, что существует некоторый набор первичных потенциалов. Здесь понятие «потенциал» несколько отличается от его классического определения, но оно хорошо описывает качества и свойства среды Медиосо.

Назначим среде Медиосо свойства. Она состоит из пяти фракций. По сути эти фракции ответственны за все виды взаимодействий в метрическом мире. Но мир среды Медиосо не метрический. Лишь одна из фракций определяет восприятие человеком метрического пространства.

Перечислим фракции и дадим их предварительное описание.

1. Космологическая фракция.

2. Метрическая фракция.

3. Кинетическая фракция.

4. Гравитационная фракция.

5. Электрическая фракция.

Невозможно указать какие-либо количественные характеристики этих фракций. Но фракциям можно приписать значение их потенциалов. В отличие от классического потенциала эти потенциалы определены на интервале значений 0 – 0,5 и не содержат неопределённых постоянных. В этой системе потенциалы получаются не интегрированием, а непосредственно вводятся как первичные понятия.

1. Космологический потенциал χ.

2. Метрический потенциал Ψ.

3. Кинетический потенциал K.

4. Гравитационный потенциал Φ.

5. Электрический потенциал U.

Теперь уже можно говорить о некоторых отношениях в среде Медиосо
.

Сумма метрического, кинетического, гравитационного и электрического потенциала равна космологическому потенциалу.

Космологический потенциал необходим для создания моделей вселенных отличающихся от нашей. Для нашей Вселенной примем, что величина этого потенциала всегда постоянна и равна значению половины скорости света.

Скорость в модели Медиосо является одной из основных единиц. Для упрощения вычислений можно принять, что квадрат скорости света в нашей Вселенной равен единице. Эталоном скорости может служить реальная скорость распространения взаимодействий при отсутствии каких-либо возмущений .

Это соотношение действительно в малой области потенциального пространства Медиосо, полностью описываемого 4-сферой, как части 5-шара, в котором сферы могут быть построены для разных значений космологического потенциала .

Этот угол мал даже на масштабах видимой вселенной, а его влияние на характер физических законов может быть заметен только на космологических масштабах и лишь теоретически.

Рис. 1. Каждый вектор направлен в точку сферы абсолютного покоя

На сфере, как и на окружности, между радиусами может быть определён угол. Угол не относится непосредственно к метрическому пространству. В данном случае угол между векторами это всего лишь аргумент некоторой функции.

На рисунке Рис. 1. хорда соединяющая объекты A и B это «траектория» движения в потенциальном пространстве соответствующая наименьшему действию для перемещения между точками A и B.

Одна из двумерных поверхностей 4-сферы соответствует состоянию объектов когда метрический потенциал равен единице. Это значит, что все остальные потенциалы равны нулю. Эту поверхность можно назвать поверхностью полного покоя.

Каждая точка этой поверхности относится к неподвижному объекту. Одинаковые неподвижные объекты отличаются друг от друга только расстоянием между ними. В нашей сфере это угол между положениями объектов на сфере. Переходя к метрическому пространству, можно сказать, что метрическое расстояние в нашем восприятии связано с угловым расстоянием на поверхности полного покоя в модели.

Максимально возможный угол между объектами в модели соответствует 2π. Это угол соответствует максимально возможному метрическому расстоянию. Правда, такие расстояния можно рассматривать лишь рассматривая вопросы космологии. Связь между углом и линейным интервалом между объектами в общем случае сложна, учитывая многомерность и нелинейность модели.

Но в наблюдаемой вселенной углы между векторами реальных объектов в пространстве Медиосо малы. Малость углов позволяет применить для связи между потенциалами формулу .

Рассмотрим всего два потенциала, которые можно связать соотношением (помним, что χ в наблюдаемой вселенной всегда равен 0,5C и максимальное значение любого потенциала не может превышать значения 0,5C).

Формулу можно переписать следующим образом .

Кинетический потенциал это половина квадрата скорости объекта .
Метрический потенциал оказался тем самым релятивистским фактором из СТО, влияющим на размеры движущихся объектов, а также на замедление процессов в них.

Учитывая, что в модели все потенциалы равноправны, можно предсказывать, что изменение размеров объектов с увеличением любого потенциала будет происходить подобно тому, как это происходит при возрастании кинетического потенциала.

Рассматривая метрическое пространство, потенциалы фракций можно рассматривать как линейную плотность этих фракций.

О массе и других величинах

Уже известный в небесной механике гравитационный параметр определяется из орбитальных параметров.

При этом гравитационный параметр заменяет в формулах массу, при условии, что не требуется применение гравитационной постоянной.

Не привлекая сложных формул можно указать, что пробный малый объект на круговой орбите вокруг более массивного объекта имеет скорость .

Здесь μ это гравитационный параметр, R радиус орбиты.

Мы уже упомянули о том, что в модели Медиосо скорость относится к основным единицам. Метрическое расстояние можно считать второй основной единицей измерения (протяжённость). Тогда гравитационный параметр это производная единица. Далее будем называть гравитационный параметр сокращённо – грап.

Если считать основными единицами измерения скорость V и длину L, то размерность грапа определяется как V2L. Для всех единиц измерения в механике и гравитации теперь достаточно двух основных единиц. Единица массы заменяется на производную единицу грап. Гравитационная постоянная принимается безразмерной и равной единице.

За эталон скорости принимаем скорость света, а эталон длины выбираем произвольно, но чтобы легче ориентироваться в величинах примем в качестве эталона длины метр.

Для наглядности отображения размерности примем обозначение в виде [v l], где v это степень для единицы скорости, а l степень для единицы длины.

Обозначим некоторые размерности величин, указывая также формулу для перевода численных значений величин из системы единиц Медиосо (SM) в единицы международной системы SI:

Скорость V [1 0],

Длина L [0 1],

Грап μ [2 1],

Продолжительность T [-1 1],

Ускорение A [2 -1],

Сила F [4 0],

Импульс P [3 1],

Энергия W [4 1],

Скорость

В модели медиосо есть поверхность абсолютного покоя. Если предполагается абсолютный покой, то и скорость должна быть в общем случае абсолютной. Только малые скорости можно рассматривать условно относительными, поскольку значение релятивистского фактора почти неотличимо от единицы.

Кроме обычной скорости в рассматриваемой модели рассматривается понятие собственной скорости. Для космического корабля это скорость определяемая по показаниям интегрирующего акселерометра включённого при старте корабля (при отсутствии тяготения). При наличии тяготения необходим учёт показаний дифференциального гравиметра с базой сравнимой с длиной корабля.

Собственная скорость V_p связана с наблюдаемой соотношением

.

Значение собственной скорости ничем не ограничено. Собственная скорость зависит и от гравитационного потенциала. При этом свет вблизи гравитирующих объектов обладает собственной скоростью превышающей константу С:

.

Представления о собственной скорости позволяют простым способом получить формулы для определения аномального смещения перигелия Меркурия и для угла огибания светом массивных объектов.

Для перигелия Меркурия

Полученное значение отличается от значения пол формуле Эйнштейна всего на 0,39%.

Для угла отклонения луча света в поле тяготения формула точно повторяет формулу Эйнштейна

В области взаимодействия объектов интересно выглядит закон тяготения

Здесь присутствуют объёмы занимаемые объектами, их плотность, плотность материи в окружающем пространстве (может быть тёмная материя), а также электрические заряды этих объектов. Формула показывает взаимное ускорение взаимодействующих объектов. Сила в модели Медиосо может быть только контактной (почти как в ОТО). Для учёта знаков зарядов применена функция Signum.

Наличие некоторой плотности материи в метрическом пространстве приводит к тому, что взаимное ускорение может стать отрицательным, объекты начнут отталкиваться. Это похоже на поведение объектов малой плотности в воде.

Электрическая фракция

Мы рассмотрели потенциалы метрической, кинетической и гравитационной фракции. Электрическая фракция отличается от рассмотренных тем, что имеет две составляющих.

Эти составляющие взаимосвязаны симметричным образом. Если в одной составляющей электрической фракции наблюдается движение градиента электрического потенциала, то в другой возникает напряжённость кручения. В области механики аналогов такого поведения среды Медиосо нет.

Но в области электродинамики такое представление позволяет однозначно утверждать, что магнитных монополей быть не может, а также получить простым путём уравнения электродинамики.

Уравнения связывают линейное движение градиентов в одной части электрической фракции с возникающем в связи с этим кручением в другой её части.

В модели Медиосо нет места индукциям. Есть только напряжённости (градиенты потенциалов), а для учёта свойств среды применяются проницаемости.

Размерность электрического заряда имеет отличие от размерности грапа дополнительным символом единицы [2 1 1], показывающей принадлежность единицы измерения к электричеству. Аналогично эта единица возникает и в размерностях других электрических величин.

Электрический ток в этом представлении имеет размерность [3 0 1].

«Магнитный ток» I_B это ток градиента кручения электрической фракции. В формулах выше показана плотность этого тока J_B.

Напряжённости имеют размерность [2 -1 1]. Электрическое напряжение имеет размерность электрического потенциала с дополнительной «зарядовой» единицей [2 0 1].

Электрическое сопротивление имеет размерность [-1 0], электрическая ёмкость [0 1], электрическая индуктивность [-2 1].

Электрическая и магнитная постоянная в модели Меддиосо просто отсутствуют (или безразмерны и равны единице).

Элементарный электрический заряд, как и в других моделях связан с постоянной планка и постоянной тонкой структуры

.

Значение постоянной Планка в системе единиц SM h= 1,641344122441E-69 [3 2 2].

Значение постоянной тонкой структуры не зависит от выбора единиц и α=4,894377743697E-36 [0 0 0].

Скорость света C в системе единиц SM равна единице.

Значение элементарного заряда в SM e=4,894377743697E-36 [2 1 1].

Размерности в SM запоминаются легко. Поэтому размерность можно использовать вместо названия единицы.

Результат применения модели

Вместо показанного ранее перечня сложно определяемых понятий состоящий из девяти пунктов:

1. Пространство;

2. Время;

3. Продолжительность;

4. Протяжённость;

5. Масса;

6. Заряд;

7. Электромагнитное поле;

8. Гравитационное поле;

9. Гравитационная постоянная.

Получен перечень состоящий из шести пунктов:

1. Среда Медиосо

2. Космологическая фракция.

3. Метрическая фракция.

4. Кинетическая фракция.

5. Гравитационная фракция.

6. Электрическая фракция.

Метрическое пространство определяется через параметр среды Медиосо.

Понятие «время» исключено.

Понятие «масса» заменено уже существующим понятием гравитационного параметра.

Гравитационный параметр и электрический заряд рассматриваются как концентрация гравитационной и электрической фракции.

Гравитационное поле и электромагнитное поле определяются через градиенты потенциалов гравитационной и электрической фракции.

Исключена необходимость в гравитационной постоянной (второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения не содержат постоянных).

Кроме того для объяснения гравитации не требуется применение тензорного исчисления. Гравитация и электромагнетизм объясняются на общей базе понятий.

При рассмотрении «чёрных дыр» в рамках модели оказывается, что приближение к сфере Шварцшильда принципиально невозможно. Изменение величины метрического потенциала приводит к видимому расширению окружающего метрического пространства для космонавта. Если наблюдатель может, как и при классическом рассмотрении, обнаружить «замирание» космонавта, то сам космонавт при попытке приближения к сфере Шварцшильда обнаружит, что для него расстояние до этой области постоянно увеличивается. Наблюдатель кроме «замирания» путешественника должен обнаружить уменьшение его линейных размеров.

Последний эффект позволяет предположить, что движение вещественных объектов со скоростью близкой к скорости света должно вызвать распад вещества объектов до уровня элементарных частиц.

Заключение

Кто-то спросит, зачем всё это? Физика достигла таких высот, что заново пересматривать её основы нет никакого смысла. На мой взгляд, если есть возможность что-то упростить, получить объяснения, которые современная физика делает не всегда внятно, то это следует делать.

Кто сказал, что ОТО и электродинамика Максвелла отображают реальность? Это всего лишь модели, которые позволяют обнаружить практически подтверждаемые соотношения в физике. Но и соотношения в модели Медиосо практически подтверждаются численно, обычно практически совпадают с принятыми официальной наукой. А реальность скорее всего постичь не удастся никогда. Могут создаваться лишь модели, которые всё более внятно описывают воспринимаемый нами мир. Именно воспринимаемый, поскольку невозможно говорить о реальности не воспринимаемой ни кем. Говорят, что птицы могут «видеть» магнитное поле. Их реальность не очень сильно, но отличается от реальности человека.

Модель Медиосо это ещё одна модель, которая построена не на основе бытового опыта, а на основе систематизации всего исторического опыта физиков.

Можно ли говорить о ложности этой модели? Как может быть ложной модель позволяющая выполнить все известные вычисления, да ещё более простым путём?

В статье не приведён вывод показанных уравнений электродинамики, даже не показан закон Ампера, который также выводится в модели Медиосо. Не показан вывод соотношений полученных Эйнштейном для импульса и энергии. Но всё это выводится на элементарном уровне. Заинтересованный читатель может на основе показанного в статье материала даже самостоятельно вывести все эти соотношения.

Возможно, что автор соберётся с силами и напишет учебник простой физики.

Конечно, очень странно выглядит модель, в которой такие фундаментальные понятия как пространство и время становятся подчинёнными. Но когда-то и пространство-время Эйнштейна физики не хотели принимать.

Не исключено, что предлагаемая модель может упростить программную симуляцию окружающего мира в играх или даже в программах предназначенных для расчёта движения и взаимодействия объектов Вселенной.

Модель имеет свои предсказания. Например, на основании свойств модели можно утверждать невозможность варп-двигателя. Также можно говорить об отсутствии метрического пространства под сферой Шварцшильда, что обеспечивает невозможность проникновения через неё материальных объектов. Можно говорить о мнимом метрическом пространстве под сферой Шварцшильда, но для нашей жизни требуется метрическое пространство в вещественном численном представлении.

Модель рассматривает только одну Вселенную, которая не имеет метрических границ. Спрашивать о том, что существует за границами этой вселенной не имеет смысла. Для нас понятие «за границей» предполагает метрические параметры этой границы. Но метрическое пространство это лишь наблюдаемое свойство среды. В основе модели Медиосо нет ни метрического пространства, ни времени.

Дополнение 01.03.2022
Да простят меня оппоненты, и спасибо тем, кто поддержал идею (оказалось, что голоса разделились ровно поровну). Статья была в некоторой степени экспериментом. Эксперимент был направлен на проверку некоторых представлений социологии.

В журнале Социология науки и технологий. 2012. Том 3. № 3 под авторством А. Э. Петросян была опубликована статья «Умственная «слепота»». Не примите за оскорбление. Это только название статьи, в которой описываются закономерности в социологии. Приведу небольшую выдержку из неё.

«Феномен слепоты
Неприятие новых идей не просто повсеместно. Оно вплетено в ткань человеческой жизни и пронизывает собой всё, что происходит в обществе. Это давно уже никого не удивляет. Поражает другое. «Слепота» столь же присуща и умам, работающим на передовых рубежах науки, то есть там, где, казалось бы, весь смысл и предназначение деятельности заключается в создании нового знания. Такова Реальность не только отдалённого прошлого, но и самого последнего времени.
Когда Э. Ферми (Fermi) направлял свою фундаментальную статью по бета-распаду в «Nature», один из старейших и наиболее уважаемых журналов в области естествознания, он, конечно же, вполне допускал, что её могут отвергнуть. Однако, едва ли ему приходило в голову, что материал «забракуют» по причине отрыва от научной «почвы». Редакторы сочли, что рукопись «спекулятивна» и «слишком далека от реальности». В результате статья была опубликована на итальянском и немецком языках и только в 1939 году, когда Ферми присудили Нобелевскую премию, те же редакторы нашли возможность выпустить её у себя на английском»
.

На эту тему есть ещё множество исследований и в России и в Америке.

Реакция на статью, в которой ничего не утверждалось, а лишь предполагалось (возможна ли…), предлагалось к размышлению, была почти ожидаемой. Ожидания были даже хуже, чем оказалось.
Предлагаю всем хабравчанам быть уважительнее друг к другу, обсуждения проводить конструктивно, а не на уровне «вон из хабра мракобес (последнее предложение реально).

Различных кланов, группировок, формирований в мире уже достаточно. Такой прекрасный ресурс как Хабр, должен объединять, а не ссорить людей, помогать построить научно-техническое мировоззрение, а не загонять людей в «одиночную камеру».

«Ребята, давайте жить дружно!» 🙂

(PDF) Время как израсходованный потенциал существования

14

«Парадоксы» времени

При возрастании веса СОВР, при том же расходовании энергии,

величина движения уменьшится, но возраст объекта, как мера

израсходованной энергии, сохраняется. Если одна из двух одинаковых

СОВР «равного возраста» попадает в более сильное гравитационное поле,

то в ней скорость движения ее частей замедлится относительно первой

СОВР, но, если обе СОВР будут затрачивать равное количество энергии, то

равенство их возраста по критерию затраченной энергии сохранится.

Если две одинаковых СОВР находятся на небольшом, но разном

расстоянии от поверхности Земли, то за период наблюдения, при

одинаковом количестве затраченной энергии, расположенная ниже СОВР

совершит меньшее количество ритмов, чем верхняя. Поскольку

абсолютного времени нет, то нельзя сказать, что ближе к Земле время

«идёт медленнее». Нижняя СОВР совершит меньшее количество ритмов

потому, что из-за бóльшего веса составляющих её элементов, она,

затрачивая то же количество энергии, сможет совершить меньше

движения (работы). То есть это лишь следствие увеличения веса и, как

следствие, уменьшения совершаемого движения.

Потенциал существования биологического объекта может

определяться общим количеством энергии, которое он смог получить из

внешних источников и израсходовать на свое движение. «Возьмем пару

близнецов, — пишет Стивен Хокинг, — Предположим, что один из них

отправился жить на вершину горы, а другой остался на уровне моря. Тогда

первый состарится быстрее, чем второй, и поэтому при встрече один из

них будет выглядеть старше другого» [Хокинг, 2001: 43]. Близнецы

представляют собой два независимых объекта, каждый из которых имеет

собственное время (возраст). Поскольку они близнецы, то

подразумевается, что они имеют одинаковый потенциал существования.

Если они будут каждый день расходовать одинаковое, оптимальное для

жизнедеятельности, количество энергии, то их собственный

относительный возраст останется одинаковым. Но, при одинаковой

производительности труда, нижний близнец выработает меньшее

количество продукта.

Потенциальная энергия — урок. Физика, 7 класс.

Энергия характеризует способность тела совершать работу. Натянутая тетива лука, сжатая пружина, поднятый с земли камень, сжатый газ при определённых условиях могут совершать работу.

 

Потенциальной энергией обладают: 
 

1. Тела, поднятые над поверхностью земли (например, камень при падении с высоты образует на земле воронку).
 

2. Упруго деформированные тела (например, человек натягивает тетиву лука и выпускает стрелу).
 

3. Сжатые газы (расстояние между молекулами газа уменьшается, и увеличивается сила отталкивания между ними).
 

Слово «потенциальный»  (potentia) на греческом языке означает «возможность».

 

Огромной потенциальной энергией обладают воды водопада. Потенциальная энергия воды совпадает с работой силы притяжения Земли.

 

Потенциальная энергия накапливается в водах рек. Сила притяжения Земли производит работу, заставляя реки течь в более низко расположенное место — в море. Человек научился полезно использовать потенциальную энергию рек. В древние времена строили водяные мельницы, а с \(20\) века — гидроэлектростанции (ГЭС).

 

Гидроэлектростанция в Итайпу, находящаяся на границе между Бразилией и Парагваем на реке Парана, на сегодня является крупнейшим действующим сооружением такого рода в мире. У её плотины (через которую протекает вода) имеются шлюзы, состоящие из \(14\) ворот, через которые за секунду проходит \(62200\) кубометров воды.

 

 

Рис. \(1\). Шлюзовая система

 

Потенциальную энергию тела, поднятого над опорой на высоту \(h\), рассчитывают по формуле:

Epot=mgh , где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения у поверхности Земли.

Потенциальную энергию тела измеряют относительно некоторого условного уровня отсчёта, чаще всего относительно поверхности Земли. В таком случае принимают, что потенциальная энергия тела на поверхности Земли равна нулю.

 

Обрати внимание!

Тело одновременно может обладать и потенциальной, и кинетической энергией, и они могут переходить одна в другую.

 

 

Рис. \(2\). Мальчик на качелях

 

Человек, качающийся на качелях, обладает максимальной потенциальной энергией в наивысшей точке подъёма, в этой точке качели на мгновение замирают и, значит, в этот момент кинетическая энергия человека равна нулю.

 

При движении из состояния \(1\) в состояние \(2\), потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растёт (так как высота тела над уровнем земли уменьшается, а скорость движения тела возрастает).

 

Когда человек находится в самой нижней точке траектории движения \(2\), кинетическая энергия является наибольшей, так как в этот его момент скорость самая высокая. При движении из состояния \(2\) в состояние \(3\), увеличивается потенциальная энергия (так как увеличивается высота подъёма тела), а кинетическая энергия уменьшается (так как скорость движения тела уменьшается).

В замкнутой системе сумма кинетической и потенциальной энергии в любой момент времени остаётся неизменной.

Сумма потенциальной и кинетической энергии тела называется полной механической энергией тела.

Привязанный отвес на высоте \(h\) обладает максимальной потенциальной энергией, а кинетическая энергия (энергия движения) в это время равна \(0\).

 

 

Рис. \(3\). Изменение энергии

 

Когда верёвку перерезают, отвес начинает свободно падать, высота уменьшается, а скорость увеличивается (с ускорением \(g\)), соответственно, потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия возрастает.

 

В каждый момент времени, до момента соударения, сумма потенциальной и кинетической энергии отвеса одинакова.

 

В момент соударения энергия отвеса не исчезает, она передаётся другому телу — гвоздю, который под воздействием этой энергии начинает движение, уходя глубже в брус. Некоторая часть энергии преобразуется во внутреннюю — тепловую энергию (так как отвес при соударении нагревается).

 

Любое тело обладает внутренней энергией, которая не связана с движением тела.

Внутреннюю энергию образует движение атомов и молекул тела.

Например, в результате удара частички начинают двигаться интенсивнее — это проявляется в виде нагрева тела. При сжатии пружины изменяется потенциальная энергия частиц.

 

 

Рис. \(4\). Натянутая резинка

 

Натянутая резинка обладает потенциальной энергией, причиной этого является взаимное притяжение молекул.

Закон сохранения энергии:

энергия не исчезает и не возникает снова, она только преобразуется из одного вида энергии в другой вид энергии или переходит от одного тела к другому.

Полная энергия тела — это сумма его механической и внутренней энергии.

 

Полная энергия тела

↗↖

Механическая энергия                Внутренняя энергия

↗↖↗↖

Тела Eпот   Тела Eкин     Частиц Eпот   Частиц Eкин

Источники:

Рис. 2. Указание автора не требуется, 2021-07-22, Vecteezy License, https://www.vecteezy.com/vector-art/304022-boy-playing-hand-swing

Рис. 3. Изменение энергии. © ЯКласс.

 

Глоссарий основных символов и обозначений – College Physics

вязкость
длина волны длина волны
. . модуль упругости
среднее (обозначается чертой над символом — например, средняя скорость)
градусов Цельсия
градусов по Фаренгейту
параллельно
перпендикулярно
пропорционально
плюс-минус
ноль в качестве нижнего индекса обозначает начальное значение
альфа-лучи
угловое ускорение
Температурный коэффициент(ы) удельного сопротивления
бета-лучи
уровень звука
объемный коэффициент расширения
электрона, испускаемого при ядерном бета-распаде
позитронный распад
гамма-лучи
поверхностное натяжение
постоянная, используемая в теории относительности
изменение в любом количестве после
неопределенность в любой величине, следующей за
изменение энергии между начальной и конечной орбитами электрона в атоме
неопределенность в энергии
разница в массе между исходным и конечным продуктами
количество распадов
изменение импульса
неопределенность импульса
изменение потенциальной энергии гравитации
угол поворота
расстояние, пройденное по круговой траектории
неопределенность во времени
собственное время, измеренное неподвижным наблюдателем относительно процесса
разность потенциалов
неопределенность в позиции
диэлектрическая проницаемость свободного пространства
угол между вектором силы и вектором смещения
угол между двумя линиями
угол контакта
направление результирующего
Угол Брюстера
критический угол
диэлектрическая проницаемость
постоянная распада нуклида
в среде
проницаемость свободного пространства
коэффициент кинетического трения
коэффициент статического трения
электронное нейтрино
положительный пион
отрицательный пион
нейтральный пион
плотность
критическая плотность, плотность, необходимая только для того, чтобы остановить универсальное расширение
плотность жидкости
средняя плотность объекта
удельный вес
характеристическая постоянная времени для цепи сопротивления и индуктивности или сопротивления и емкости
характеристическое время для цепи резистора и конденсатора
крутящий момент
ипсилон-мезон
магнитный поток
фазовый угол
Ом (единица измерения)
угловая скорость
ампер (текущая единица измерения)
район
площадь поперечного сечения
общее количество нуклонов
ускорение
Боровский радиус
центростремительное ускорение
тангенциальное ускорение
переменный ток
амплитудная модуляция
атмосфера
барионное число
синий кварк цвет
антисиний (желтый) антикварковый цвет
со вкусом творога или красотки
объемный модуль
напряженность магнитного поля
собственное магнитное поле электрона
орбитальное магнитное поле
энергия связи ядра — это энергия, необходимая для его полной разборки на отдельные протоны и нейтроны
энергии связи на нуклон
беккереля — один распад в секунду
емкость (количество заряда на вольт)
кулон (основная единица заряда в системе СИ)
общая емкость параллельно
общая емкость в серии
центр тяжести
центр масс
Шарм со вкусом творога
удельная теплоемкость
скорость света
килокалории
калорий
КПД теплового насоса
коэффициент полезного действия для холодильников и кондиционеров
косинус
котангенс
косеканс
константа диффузии
рабочий объем
вкус творога вниз
децибел
расстояние изображения от центра объектива
расстояние объекта от центра линзы
постоянный ток
напряженность электрического поля
ЭДС (напряжение) или ЭДС Холла
электродвижущая сила
энергия одного фотона
энергия ядерной реакции
релятивистская полная энергия
общая энергия
энергия основного состояния для водорода
энергия покоя
электронный захват
энергия, запасенная в конденсаторе
КПД — количество полезной работы, деленное на подводимую энергию
Эффективность Карно
потребляемая энергия (пища, перевариваемая человеком)
энергия, запасенная в катушке индуктивности
выход энергии
коэффициент излучения объекта
антиэлектрон или позитрон
электрон-вольт
фарад (единица измерения емкости, кулон на вольт)
фокус объектива
сила
величина силы
восстанавливающая сила
выталкивающая сила
центростремительная сила
силовой ввод
чистая сила
силовой выход
частотная модуляция
фокусное расстояние
частота
резонансная частота последовательной цепи сопротивления, индуктивности и емкости
пороговая частота для конкретного материала (фотоэффект)
основной
первый обертон
второй обертон
частота ударов
величина кинетического трения
величина статического трения
гравитационная постоянная
зеленый цвет кварка
антизеленый (пурпурный) антикварковый цвет
ускорение свободного падения
глюоны (частицы-носители сильного ядерного взаимодействия)
изменение вертикального положения
высота над некоторой точкой отсчета
максимальная высота снаряда
постоянная Планка
энергия фотона
высота изображения
высота объекта
электрический ток
интенсивность
интенсивность прошедшей волны
момент инерции (также называемый вращательной инерцией)
интенсивность поляризованной волны перед прохождением через фильтр
средняя интенсивность непрерывной синусоидальной электромагнитной волны
средний ток
Дж
Дж/пси-мезон
кельвина
постоянная Больцмана
силовая постоянная пружины
рентгеновских лучей, возникающих при падении электрона в вакансию оболочки из оболочки
рентгеновских лучей, возникающих при падении электрона в вакансию оболочки из оболочки
килокалории
поступательная кинетическая энергия
механическая энергия
кинетическая энергия выбитого электрона
релятивистская кинетическая энергия
вращательная кинетическая энергия
тепловая энергия
килограмм (основная единица массы в системе СИ)
угловой момент
литр
величина углового момента
самоиндукция
угловой момент квантовое число
рентгеновских лучей, возникающих, когда электрон падает в оболочку с оболочки
электрон общее число семьи
общее количество мюонных семейств
общее количество тау-семьи
теплота плавления
коэффициенты скрытой теплоты
орбитальный угловой момент
теплота сублимации
теплота парообразования
z – составляющая углового момента
угловое увеличение
взаимная индуктивность
указывает на метастабильное состояние
увеличение
масса
масса объекта, измеренная покоящимся человеком относительно объекта
метр (основная единица длины в системе СИ)
порядок вмешательства
общее увеличение (произведение отдельных увеличений)
атомная масса нуклида
механическое преимущество
увеличение окуляра
масса электрона
квантовое число проекции углового момента
масса нейтрона
увеличение объектива
моль
масса протона
квантовое число проекции спина
величина нормальной силы
ньютона
нормальное усилие
количество нейтронов
показатель преломления
количество бесплатных сборов на единицу объема
Номер Авогадро
Число Рейнольдса
ньютон-метр (единица работы-энергии)
ньютона на метр (единица крутящего момента в системе СИ)
прочая энергия
сила
сила линзы
давление
импульс
магнитуда импульса
релятивистский импульс
общий импульс
общий импульс некоторое время спустя
абсолютное давление
атмосферное давление
стандартное атмосферное давление
потенциальная энергия
упругая потенциальная энергия
электрическая потенциальная энергия
потенциальная энергия пружины
избыточное давление
потребляемая мощность или вход
выходная полезная мощность, превращающаяся в полезную работу или желаемую форму энергии
скрытая теплота
чистая теплота, передаваемая в систему
расход — объем в единицу времени, протекающий через точку
положительный заряд
отрицательный заряд
заряд электрона
заряд протона
испытательный заряд
добротность
активность, скорость распада
радиус кривизны сферического зеркала
красный кварк цвет
антикрасный (голубой) кварковый цвет
сопротивление
Результирующее или полное водоизмещение
постоянная Ридберга
универсальная газовая постоянная
расстояние от точки вращения до точки приложения силы
внутреннее сопротивление
перпендикулярный рычаг
радиус ядра
радиус кривизны
удельное сопротивление
Единица дозы облучения
рентген эквивалент человека
радиан
относительная биологическая эффективность
схема резистора и конденсатора
среднеквадратичное значение
радиус n -й орбиты H-атома
полное сопротивление параллельного соединения
полное сопротивление последовательного соединения
Радиус Шварцшильда
энтропия
собственный спин (собственный угловой момент)
величина собственного (внутреннего) спинового углового момента
модуль сдвига
квантовое число странности
вкус творога странный
секунды (основная единица времени СИ)
спин квантовое число
полное водоизмещение
секанс
синус
z -компонент спинового углового момента
период – время совершения одного колебания
температура
критическая температура — температура, ниже которой материал становится сверхпроводником
напряжение
тесла (напряженность магнитного поля B )
вкус творога или правда
время
период полураспада — время, за которое распадается половина исходных ядер
тангенс
внутренняя энергия
вкус творога до
единая атомная единица массы
скорость объекта относительно наблюдателя
скорость относительно другого наблюдателя
электрический потенциал
напряжение на клеммах
вольт (единица измерения)
объем
относительная скорость между двумя наблюдателями
скорость света в материале
скорость
средняя скорость жидкости
изменение потенциала
скорость дрейфа
входное напряжение трансформатора
среднеквадратичное значение напряжения
выходное напряжение трансформатора
общая скорость
скорость распространения звука или другой волны
скорость волны
работа
чистая работа, выполненная системой
Вт
вес
вес жидкости, вытесненной объектом
общая работа, проделанная всеми консервативными силами
общая работа, выполненная всеми неконсервативными силами
полезный результат работы
амплитуда
символ для элемента
обозначение конкретного нуклида
деформация или смещение от равновесия
смещение пружины из недеформированного положения
горизонтальная ось
емкостное реактивное сопротивление
индуктивное сопротивление
среднеквадратичное расстояние диффузии
вертикальная ось
или модуль Юнга
атомный номер (количество протонов в ядре)
импеданс

Как обозначается разность потенциалов в физике? – Слюисартярмарка.ком

Как обозначается разность потенциалов в физике?

ΔV
Разность потенциалов между точками A и B, VB − VA, определяемая как изменение потенциальной энергии заряда q, перемещенного из A в B, равна изменению потенциальной энергии, деленному на заряд, Разность потенциалов равна обычно называют напряжением, обозначаемым символом ΔV: ΔV=ΔPEq, ΔV = ΔPE q и ΔPE = qΔV.

Что такое символ потенциала?

Электрический потенциал
Общие символы В, φ
Единица СИ вольт
Прочие единицы статвольт
В основных единицах СИ В = кг⋅м2⋅с−3⋅А−1

Почему разность потенциалов обозначается буквой V?

Единицей разности электрических потенциалов в системе СИ является вольт, который обозначается буквой «В».Он назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта.

Разность потенциалов и напряжение совпадают?

Разность потенциалов (которая совпадает с напряжением) равна произведению силы тока на сопротивление. Разность потенциалов в один вольт равна энергии в один джоуль, используемой одним кулоновским зарядом, когда он течет между двумя точками цепи.

Как создать разность потенциалов?

Когда электроны проходят через компонент, совершается работа.Часть энергии электронов передается компоненту. Это вызывает разницу в энергии на компоненте, известную как разность электрических потенциалов (p.d.)

.

Что такое электрический потенциал и разность потенциалов?

Ответ: Электрический потенциал — это работа, совершаемая на единицу заряда, чтобы довести заряд из бесконечности в точку в электрическом поле, а разность электрических потенциалов — это потенциал, развиваемый при перемещении заряда из одной точки в другую в самом поле.

Какова формула для разности потенциалов?

Формула разности потенциалов:** V = I x R** Разность потенциалов (которая совпадает с напряжением) равна величине тока, умноженной на сопротивление. Разность потенциалов в один вольт равна энергии в один джоуль, используемой одним кулоновским зарядом, когда он течет между двумя точками цепи.

Что вызывает разность потенциалов?

Разность потенциалов в цепи вызывает протекание тока по цепи.Чем больше разность потенциалов, тем быстрее будет течь ток и тем выше сила тока. Разность потенциалов — это мера разности напряжений между двумя отдельными точками замкнутой цепи.

Что означает разность потенциалов?

Определение разности потенциалов: разность потенциалов между двумя точками, которая представляет собой работу или энергию, высвобождаемую при передаче единицы количества электричества из одной точки в другую

Что является примером разности потенциалов?

Знакомый термин «напряжение» является общим названием разности потенциалов.Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, у каждой батареи есть две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними.

Определение научной нотации в физике, химии.

Примеры научной нотации в следующих темах:

  • Научное обозначение

    • Научное обозначение — более удобный способ записи очень маленьких или очень больших чисел.5$.
    • Научное обозначение позволяет проводить сравнения между порядками величин.
    • Научитесь преобразовывать числа в и из научной нотации .
  • Научное обозначение

    • Научная нотация — это способ записи слишком больших или слишком маленьких чисел в удобной и стандартной форме.
    • Научная нотация — это способ записи слишком больших или слишком маленьких чисел в удобной и стандартной форме.
    • Научное обозначение — это менее громоздкий и многословный способ записи очень больших и очень маленьких чисел, таких как эти.
    • Scientific обозначение отображаемые калькуляторы могут принимать другие сокращенные формы, которые означают то же самое.
    • Надлежащее преобразование между стандартной и научной нотацией и определение подходящих ситуаций для ее использования
  • Научное обозначение

    • Следовательно, их можно переписать как степень числа 10, используя научное обозначение .x$ (путаница, которая менее вероятна, если используется заглавная буква E), и хотя она обозначает экспоненту, обозначение обычно упоминается как ( научное ) E обозначение или ( научное ) e нотация , а не ( научная ) экспоненциальная нотация .
    • Попрактикуйтесь в вычислениях с числами в научной нотации и объясните, почему научная нотация полезна
  • Значимые цифры

    • Любые числа в научной нотации считаются значащими.
    • При преобразовании десятичной формы в научную нотацию всегда сохраняйте одинаковое количество значащих цифр.
    • Например, 0,00012 имеет две значащие цифры, поэтому правильным научным обозначением для этого числа будет 1,2 x 10-4.
  • Именование октав

    • Многие музыканты используют обозначение Гельмгольца .
    • Другие предпочитают научную высоту тона нотацию , которая просто обозначает октавы цифрами, начиная с C1 для самой низкой C на полноразмерной клавиатуре.
  • Обозначение

    • Обозначение для F-распределения равно F~Fdf(число),df(деном), где df(число) = dfмежду и df(деном) = dfвнутри
  • Обозначение суммирования

    • Использовать суммирование обозначение для выражения суммы подмножества чисел
    • К счастью, есть удобная нотация для выражения суммирования.2 }}$ .
    • Чтобы «распаковать» эту нотацию , $n=3$ представляет собой число, с которого следует начать счет ($3$), а $7$ представляет собой точку, на которой вы останавливаетесь.
  • Обозначение электрохимической ячейки

    • Ячейка Обозначение — это сокращение, которое выражает определенную реакцию в электрохимической ячейке.
    • Обозначения
    • Cell представляют собой сокращенное описание гальванических или гальванических (самопроизвольных) элементов.
    • Если электролиты в элементах не соответствуют стандартным условиям, концентрациям и/или давлению, они заключаются в скобки с обозначением фазы .
    • Используя эти правила, обозначение для ячейки, которую мы составили, будет:
    • Произведите соответствующее обозначение электрохимической ячейки для данной электрохимической реакции

Научное обозначение — ключ к физике

Самый простой способ записать очень большие и очень маленькие числа возможен благодаря экспоненциальному представлению. Например, число 25000000000000000000000 слишком велико, и для его записи несколько раз требуется сокращенная запись, которая называется научная запись .n$ (степень 10) — показатель степени. Коэффициент — это число от 1 до 10, то есть $1 < a < 10$, и вы также можете включить 1 ($1 \geq a < 10$), но 1 обычно не используется (вместо того, чтобы писать 1, проще написать в обозначение степени 10). Научная нотация — это способ записи очень больших и очень маленьких чисел на практике, и она применяется только к положительным числам. Правила преобразования числа в экспоненциальное представление:

  1. Первым делом определяем коэффициент.Преобразуйте число в большее 1 и меньшее 10, поместив десятичную точку в соответствующее место (только одно ненулевое число существует слева от десятичной точки) и удалите все конечные или начальные нули. Например, если число 3453000, преобразуйте его в 3,453.
  2. Переместите вправо или влево (в зависимости от числа) по каждой цифре к новому десятичному разряду, и число перемещенных разрядов будет показателем степени. В 3453000 мы двигаемся с правого конца, и количество мест, которые мы перемещаем в наше новое местоположение, равно 6, поэтому 6 будет показателем степени.
  3. Если исходное число меньше 1 (x < 1), показатель степени отрицательный, а если больше или равен 10 (x $\geq$ 10), показатель степени положительный. Если он находится в диапазоне от 1 до 10, включая 1 (1 $\geq$ x < 10), показатель степени равен нулю. В 3453000 показатель степени положительный.
  4. В качестве альтернативы вы можете произнести правило номер 3, так как если вы двигаетесь вправо, показатель степени будет отрицательным, а если вы двигаетесь влево, показатель степени будет положительным. А если вообще не двигаться, то показатель степени равен нулю, но выражать такое число в экспоненциальной записи не нужно.n$ часть.

Приведенные выше правила более подробно раскрываются в примерах, приведенных ниже.

Пример научной нотации 1

У вас есть число 0,00000026365, и вы хотите записать это число в экспоненциальном представлении. Сначала преобразуйте это число в число больше 1 и меньше 10. Для этого вам просто нужно добавить десятичную точку между 2 и 6. Новое число — 2,6365. Последним шагом является подсчет количества шагов (разрядов), необходимых для перехода вправо от старого десятичного разряда к новому, как показано на рисунке ниже.{-7}$. Рисунок выше поясняет это более наглядно.

Пример научной нотации 2

Теперь у вас есть большое число 3424300000, и вы хотите выразить это число в научной записи. Чтобы преобразовать это число в число меньше 10 и больше 1, вам просто нужно добавить десятичную точку между 3 и 4, и число без ведущих нулей станет 3,4243.

Рисунок 2 Преобразование в экспоненциальное представление.

Теперь вы получили новое расположение десятичной точки.{9}$.

Удаление научной нотации

Теперь мы преобразуем числа уже в экспоненциальном представлении в их первоначальный вид. Вы можете выполнить несколько простых шагов, чтобы успешно преобразовать число в экспоненциальном представлении обратно в нормальную форму. Вот правила.

  1. Если показатель степени положительный, сдвиньте вправо число десятичных разрядов, выраженное в показателе степени.
  2. Если показатель степени отрицательный, переместите влево количество десятичных разрядов, выраженное в показателе степени.
  3. Если не хватает цифр для перехода, добавьте нули в пустые места.
  4. Вам больше не нужны $\times$ 10, удалите их.

Это очень просто. Экспонента сообщает вам количество десятичных разрядов для перемещения. Все, что вам нужно сделать, это двигаться вправо или влево по цифрам. Если нет цифры для перемещения, добавляйте ноль в пустое место, пока не закончите.

Удаление научной нотации Пример 1

Считаем число 3.7$ и преобразовать его в исходное число без научной записи. Показатель степени равен 7, поэтому мы перемещаемся на 7 шагов вправо от текущего десятичного разряда. На рисунке показано, как двигаться.

Рисунок 3. Удаление экспоненциальной записи.

После перемещения по трем цифрам больше не осталось цифр для перемещения, но мы добавляем 0 в пустые места, и вы получаете исходное число, 34560000.

Удаление научной нотации Пример 2

Рассмотрим небольшое число с отрицательным показателем, $7.{-5}$. Теперь вы перемещаетесь влево от десятичного разряда 7 раз. Здесь перемещение означает, что мы переносим десятичную точку в новое место. Таким образом, число без научной записи равно 0,00007312 или 0,00007312 (ноль перед запятой не обязателен).

Рисунок 4. Удаление экспоненциального представления

Давайте рассмотрим сложение, вычитание, умножение и деление чисел в экспоненциальном представлении. Арифметика с числами в экспоненциальном представлении аналогична арифметике чисел без экспоненциального представления.{45}\]

Примените правило степени и вуаля! Если коэффициент в результате больше 10, преобразуйте это число в число больше 1 и меньше 10, изменив десятичную дробь, и снова добавьте показатели степени.

Деление в научной нотации

Деление двух научных чисел аналогично умножению, но в этом случае мы делим коэффициенты и вычитаем степени.

Деление в научной нотации Пример

У вас есть два числа $1.5$ . Чтобы разделить эти числа, мы сначала разделим 1,03075 на 2,5, то есть 1,03075/2,5 = 0,4123. Затем мы вычитаем показатели степени этих чисел, то есть 17 — 5 = 12 и показатель степени результата деления равен 12.

Обратите внимание, что число 0,4123 меньше 1, поэтому мы делаем это число больше 1 и меньше 10. Для этого десятичная точка ставится между 4 и 1, а количество шагов, которые мы переместили вправо по цифрам, к нашему новое местоположение вычитается из показателя степени 10.{11} \конец{выравнивание*}\]

Значимые цифры в научной нотации

Как определить значащие цифры очень больших и очень малых чисел? Одним из преимуществ научной нотации является то, что вы можете легко выразить число правильными значащими цифрами.

Например, вы не уверены, что это число 17100000000000 состоит из двух, трех или пяти значащих цифр. Если это число имеет две значащие цифры, это число может быть выражено в экспоненциальном представлении как 1 доллар.x$ и т. д. позволяют вам добавлять экспоненту непосредственно в форму экспоненты, включая $\times 10$. Покопайтесь немного в своем калькуляторе, и вы легко сможете выполнять расчеты с использованием экспоненциальной записи.

Была ли эта статья полезной?

да Нет

Разница потенциалов – Колледж Дугласа, физика 1207

Резюме

  • Дайте определение электрического потенциала и электрической потенциальной энергии.
  • Опишите взаимосвязь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией.
  • Объясните электрон-вольт и его использование в субмикроскопическом процессе.
  • Определить электрическую потенциальную энергию, зная разность потенциалов и величину заряда.

Когда свободный положительный заряд q ускоряется электрическим полем, как показано на рисунке 1, ему придается кинетическая энергия. Этот процесс аналогичен ускорению объекта гравитационным полем. Это похоже на то, как будто заряд спускается с электрического холма, где его электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.Исследуем работу, совершаемую электрическим полем над зарядом q в этом процессе, чтобы мы могли разработать определение электрической потенциальной энергии.

Рис. 1. Заряд, ускоренный электрическим полем, аналогичен массе, спускающейся с холма. В обоих случаях потенциальная энергия переходит в другую форму. Работа совершается силой, но поскольку эта сила консервативна, мы можем написать Вт = –ΔPE .

Электростатическая или кулоновская сила является консервативной, а это означает, что работа, совершаемая над q , не зависит от пройденного пути.Это в точности аналогично гравитационной силе в отсутствие диссипативных сил, таких как трение. Когда сила консервативна, можно определить потенциальную энергию, связанную с силой, и обычно легче иметь дело с потенциальной энергией (поскольку она зависит только от положения), чем напрямую вычислять работу.

Мы используем буквы PE для обозначения электрической потенциальной энергии, которая измеряется в джоулях (Дж). Изменение потенциальной энергии ΔPE имеет решающее значение, поскольку работа, совершаемая консервативной силой, является отрицательной величиной изменения потенциальной энергии; то есть Работа = – ΔPE  Например, работа, обозначенная символом Вт , выполненная для ускорения положительного заряда из состояния покоя, является положительной и является результатом потери PE или отрицательной ΔPE .Перед ΔPE должен стоять знак минус, чтобы Work или W были положительными. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и рассчитав работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку.

Потенциальная энергия

Работа = W = – ΔPE  Например, работа, выполненная для ускорения положительного заряда из состояния покоя, является положительной и является результатом потери PE, или отрицательной ΔPE  Перед ΔPE должен стоять знак минус, чтобы сделайте Work или W положительным.PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и рассчитав работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку. Просмотрите законы Ньютона и определение работы и энергии, если это имеет для вас смысл.

Гравитационная потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия совершенно аналогичны. Потенциальная энергия учитывает работу, выполняемую консервативной силой, и дает дополнительное представление об энергии и преобразовании энергии без необходимости иметь дело с силой напрямую.Например, гораздо чаще используется понятие напряжения (связанное с потенциальной электрической энергией), чем непосредственное рассмотрение кулоновской силы.

Прямой расчет работы, как правило, затруднен, поскольку Работа = W = F d cos θ , а направление и величина F могут быть сложными для нескольких зарядов, для объектов необычной формы и на произвольных путях. Но мы знаем, что, поскольку Электрическая сила = F = q E , работа и, следовательно, ΔPE , пропорциональна испытательному заряду q .Чтобы иметь физическую величину, независимую от пробного заряда, мы определяем электрического потенциала В  (или просто потенциал, поскольку понимается электричество) как потенциальную энергию на единицу заряда:

[латекс]\boldsymbol {V =  \frac{PE}{q}} }[/латекс]

Электрический потенциал

Это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда.

[латекс]\boldsymbol {V =  \frac{PE}{q}} }[/латекс]

Поскольку PE пропорционально q , зависимость от q отменяется.Таким образом, V не зависит от q . Изменение потенциальной энергии ΔPE имеет решающее значение, поэтому нас интересует разность потенциалов или разность потенциалов ΔV между двумя точками, где

[латекс]   \Delta V = V_B — V_A =}  \frac {\Delta PE}{q} [/latex]

Разность потенциалов между точками A и B, ΔV = V B – V A , таким образом, определяется как изменение потенциальной энергии ΔPE заряда q , перемещенного из A в B , деленная на заряд.Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

1 В = 1 Дж/Кл

Потенциальная разница

Разность потенциалов между точками A и B, ΔV = V B – V A , таким образом, определяется как изменение потенциальной энергии ΔPE заряда q , перемещенного из A в B , деленная на заряд. Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

1 В = 1 Дж/Кл

Знакомый термин напряжение является общим названием разности потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, у каждой батареи есть две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними. Более того, точка, которую вы выбираете как ноль вольт, является произвольной. Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный нуль, например, уровень моря или, возможно, пол лекционного зала.

Таким образом, связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется выражением

.

[латекс]  \boldsymbol  \Delta V =  \frac { \Delta PE}{q}   \text{and} \;\  \Delta {PE} = {q} \Delta  V }[/latex]

Разность потенциалов и электрическая потенциальная энергия

Таким образом, связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется выражением

.

[латекс]  \boldsymbol  \Delta V =  \frac { \Delta PE}{q}   \text{and} \;\  \Delta {PE} = {q} \Delta  V }[/latex]

Напряжение не совпадает с энергией.Напряжение – это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), однако один из них хранит гораздо больше энергии, чем другой, поскольку ΔPE = q ΔV . Автомобильный аккумулятор может передавать больше заряда, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба являются аккумуляторами на 12 В.

Пример 1: расчет энергии

Предположим, у вас есть мотоциклетный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд 5000 Кл, и аккумулятор на 12,0 В.Автомобильный аккумулятор 0 В, способный выдерживать 60 000 C заряда. Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.)

Стратегия

Если мы говорим, что у нас есть аккумулятор на 12,0 В, это означает, что его клеммы имеют разность потенциалов 12,0 В. Когда такая батарея перемещает заряд, она проводит заряд через разность потенциалов 12,0 В, и заряду сообщается изменение потенциальной энергии, равное ΔPE = q ΔV.

Итак, чтобы найти выходную энергию, мы умножаем перемещенный заряд на разность потенциалов.5 \;\textbf{J}} \end{массив}[/latex]

Обсуждение

Хотя напряжение и энергия связаны, это не одно и то же. Напряжения батарей идентичны, но энергия, выдаваемая каждой из них, совершенно разная. Обратите также внимание на то, что по мере разрядки аккумулятора часть его энергии расходуется внутри, и напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за низкого заряда автомобильного аккумулятора. Энергия, поставляемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования.

Обратите внимание, что энергии, рассчитанные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для батареи отрицательно, так как она теряет энергию. Эти батареи, как и многие электрические системы, на самом деле перемещают отрицательный заряд, в частности электроны. Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных клемм (A) через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным клеммам (B), как показано на рисунке 2. Изменение потенциала равно ΔV = V B -V A  = +12 В, а заряд q отрицателен, так что ΔPE = q ΔV является отрицательным, что означает, что потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда q переместился из A в B.

Рис. 2. Аккумулятор перемещает отрицательный заряд от отрицательной клеммы через фару к положительной клемме. Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды так, что на отрицательной клемме появляется избыток отрицательного заряда, который отталкивается ею и притягивается к избыточному положительному заряду на другой клемме. С точки зрения потенциала, положительная клемма находится под более высоким напряжением, чем отрицательная. Внутри батареи движутся как положительные, так и отрицательные заряды.

Пример 2. Сколько электронов проходит через фару каждую секунду?

Когда автомобильный аккумулятор на 12,0 В питает одну фару мощностью 30,0 Вт, сколько электронов проходит через нее каждую секунду?

Стратегия

Чтобы найти количество электронов, мы должны сначала найти заряд, который переместился за 1,00 с. Перемещенный заряд связан с напряжением и энергией через уравнение ΔPE = q ΔV . Лампа мощностью 30,0 Вт потребляет 30,0 Дж в секунду. Поскольку батарея теряет энергию, мы имеем ΔPE = – 30.0 Дж  и, поскольку электроны идут от отрицательного вывода к положительному, мы видим, что   ΔV = +12,0 В

Решение

Чтобы найти переместившийся заряд q , решаем уравнение ΔPE = q ΔV :

 q   = ΔPE /   ΔV

Вводя значения для ΔPE и ΔV получаем

q   = ΔPE /  ΔV = (-30,0 Дж) / (+12,0 В) = -2,50 C 

Число электронов e равно общему заряду, деленному на заряд, приходящийся на один электрон.{19} \:  {электроны}[/латекс]

Обсуждение

Это очень большое число. Неудивительно, что мы обычно не наблюдаем отдельных электронов, когда их так много в обычных системах. Фактически, электричество использовалось в течение многих десятилетий, прежде чем было установлено, что движущиеся заряды во многих случаях были отрицательными. Положительный заряд, движущийся в направлении, противоположном направлению отрицательного заряда, часто производит идентичные эффекты; это затрудняет определение того, что движется или движутся ли оба.

Энергия, приходящаяся на электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, подобных той, что была в предыдущем примере, — крошечная доля джоуля. Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на одну частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно для того, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и нанесли вред живым тканям. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или создать вредное рентгеновское излучение, которое также может нанести ущерб.Полезно иметь единицу энергии, связанную с субмикроскопическими эффектами. На рис. 3 показана ситуация, связанная с определением такой единицы энергии. Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как в телевизионной трубке старой модели или в осциллографе. Электрон получает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что нисходящий для электрона подъем для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением соотношением ΔPE = q ΔV , мы можем думать о джоуле как о кулон-вольте.

Рис. 3. Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя металлическими пластинами. Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов 5000 В производит электроны с энергией 5000 эВ.

В субмикроскопическом масштабе удобнее определить единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ), которая представляет собой энергию, переданную основному заряду, ускоренному разностью потенциалов в 1 В.{-19} \;\textbf{J}.} \end{массив}[/latex]

Электрон, ускоренный разностью потенциалов в 1 В, получает энергию 1 эВ. Отсюда следует, что электрон, ускоренный через 50 В, получает энергию 50 эВ. Разность потенциалов 100 000 В (100 кВ) даст электрону энергию 100 000 эВ (100 кэВ) и так далее. Точно так же ион с двойным положительным зарядом, ускоренный до 100 В, получит энергию 200 эВ. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах.

Соединения: энергоблоки

Электрон-вольт (эВ) является наиболее распространенной единицей энергии для субмикроскопических процессов. Это будет особенно заметно в главах, посвященных современной физике. Энергия настолько важна для очень многих предметов, что существует тенденция определять специальную единицу измерения энергии для каждой основной темы. Есть, например, калории для пищевой энергии, киловатт-часы для электрической энергии и термы для энергии природного газа.

Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химические валентные энергии, молекулярные и ядерные энергии связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах.Например, для разрушения некоторых органических молекул требуется около 5 эВ энергии. Если протон ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов 30 кВ, ему придается энергия 30 кэВ (30 000 эВ), и он может разбить до 6000 таких молекул  (   30 000 эВ / ( 5 эВ на молекулу) = 6000 молекул).  Энергии ядерного распада составляют порядка 1 МэВ (1 000 000 эВ) за событие и, таким образом, могут вызывать значительные биологические повреждения.

Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого добавления (или вычитания) работы или теплопередачи.Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия является константой.

Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии системы; то есть ΔKE + ΔPE   Потеря PE заряженной частицы становится увеличением ее KE. Здесь РЕ — электрическая потенциальная энергия. Сохранение энергии выражается в форме уравнения как

.

ΔKE + ΔPE = константа

или       ΔKE + ΔPE = константа = KE i + PE i   = KE f + PE f  

, где i и f обозначают начальное и конечное условия.Как мы уже много раз убеждались, рассмотрение энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем.

Электрическая потенциальная энергия, преобразованная в кинетическую энергию

Рассчитайте конечную скорость свободного электрона, ускоренного из состояния покоя при разности потенциалов 100 В. (Предположим, что это числовое значение имеет точность до трех значащих цифр.)

Стратегия

У нас есть система только с консервативными силами. Если предположить, что электрон ускоряется в вакууме и пренебречь гравитационной силой (мы проверим это предположение позже), вся электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.Мы можем определить начальную и конечную формы энергии для KE inital   = 0, поскольку она началась из состояния покоя, KE final = 1 / 2 mv 2 , PE inital    =   = 0

Решение

Сохранение энергии утверждает, что

  ΔKE + ΔPE = константа = KE i + PE i = KE f + PE f  

Вводя указанные выше формы, мы получаем

  кв = 1 / 2 м v 2  

Мы решаем это для  [латекс]   v =   \sqrt  { \frac{2qV}{m} } [/latex]

Ввод значений для q, V и m дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{v} & \boldsymbol{\sqrt{\frac{2(-1.6 \;\textbf{m}/ \textbf{s}} \end{массив}[/latex]

Обсуждение

Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как на рис. 3. Из обсуждений ранее в этой главе мы знаем, что электростатические силы на малых частицах обычно очень велики по сравнению с гравитационной силой. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационной силой здесь действительно можно пренебречь. Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорять электроны при малых напряжениях из-за их очень малой массы.Напряжения, намного превышающие 100 В в этой задаче, обычно используются в электронных пушках. Эти более высокие напряжения создают настолько большие скорости электронов, что необходимо учитывать релятивистские эффекты. Вот почему в этом примере рассматривается (точно) низкое напряжение.

  • Электрический потенциал – это потенциальная энергия на единицу заряда.
  • Разность потенциалов между точками A и B, ΔV = V B – V A , определяемая как изменение потенциальной энергии заряда q , перемещаемого из A в B, равна изменению потенциальная энергия, деленная на заряд. Разность потенциалов обычно называют напряжением, обозначаемым символом ΔV или часто просто V.

ΔV = ΔPE/q и ΔPE = q ΔV

Концептуальные вопросы

1: Напряжение — это обычное слово для обозначения разности потенциалов. Какой термин является более описательным, напряжение или разность потенциалов?

2: Если напряжение между двумя точками равно нулю, можно ли перемещать между ними пробный заряд с нулевой чистой работой? Обязательно ли это можно сделать без приложения силы? Объяснять.

3: Какая связь между напряжением и энергией? Точнее, какова связь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией?

4: Напряжения всегда измеряются между двумя точками.Почему?

5: Как связаны единицы вольт и электронвольт? Чем они отличаются?

 

Задачи и упражнения

1: Найдите отношение скоростей электрона и отрицательного иона водорода (имеющего лишний электрон), ускоренных при одинаковом напряжении, при нерелятивистских конечных скоростях. Примем массу иона водорода равной 1,67 х 10 -27 кг.

2: В вакуумной трубке используется ускоряющее напряжение 40 кВ для ускорения электронов, которые ударяются о медную пластину и производят рентгеновское излучение.Нерелятивистски, какова была бы максимальная скорость этих электронов?

3: Голое ядро ​​гелия имеет два положительных заряда и массу 6,64 x 10 -27 кг . (a) Рассчитайте его кинетическую энергию в джоулях при 2,00% скорости света. б) Сколько это в электрон-вольтах? в) Какое напряжение потребуется для получения этой энергии?

4: Интегрированные концепции
Однозарядные ионы газа ускоряются из состояния покоя при напряжении 13 В.0 В. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекул газа будет такой же, как у данных ионов?

5: Integrated Concepts
Температура вблизи центра Солнца считается равной 15 миллионам градусов Цельсия или 1,5 x 10 7   o C . При каком напряжении должен быть ускорен однозарядный ион, чтобы его энергия равнялась средней кинетической энергии ионов при данной температуре?

6: Integrated Concepts
(a) Какова средняя выходная мощность сердечного дефибриллятора, который рассеивает 400 Дж энергии за 10.0 мс? (b) Почему дефибриллятор, учитывая большую выходную мощность, не вызывает серьезных ожогов?

7: Интегрированные концепции
Молния ударяет в дерево, перемещая заряд 20,0 Кл через разность потенциалов 1,00 x 10 2 MV . а) Какая энергия была рассеяна? (b) Какую массу воды можно было бы поднять из 15,0 o C до точки кипения, а затем выкипятить с помощью этой энергии? в) Обсудите ущерб, который может нанести дереву расширение кипящего пара.Рассмотрим удельную теплоемкость и скрытую теплоту плавления воды.

8: интегрированные концепции
A 12,0 В бутылка для батареи теплые нагревания 50,0 г из стекла, 2,50 x10 2 грамм 2 грамм младенца, и 2,00 x10 2 грамм алюминия от 20,0 o C до 9 0,0 o C . а) Какой заряд переносится батареей? б) Сколько электронов течет в секунду, если требуется 5.00 мин, чтобы разогреть формулу? (Подсказка: предположим, что удельная теплоемкость детской смеси примерно такая же, как удельная теплоемкость воды или 1 калория/грамм на градус Цельсия или 4,186 Дж/г градус Цельсия)

9: Интегрированные концепции
Автомобиль с аккумуляторным питанием использует систему 12,0 В. Найдите заряд, который должны иметь аккумуляторы, чтобы разогнать автомобиль массой 750 кг из состояния покоя до скорости 25,0 м/с, заставить его подняться на холм высотой 200 м, а затем заставить его двигаться с постоянной скоростью 25,0 м/с, прилагая усилия. постоянной силой 500 Н в течение часа.

10: Интегрированные концепции
Вероятность синтеза значительно возрастает, когда соответствующие ядра сближаются, но необходимо преодолеть взаимное кулоновское отталкивание. Это можно сделать, используя кинетическую энергию высокотемпературных ионов газа или ускоряя ядра навстречу друг другу. (a) Рассчитайте потенциальную энергию двух однозарядных ядер, разделенных расстоянием 1,00 x 10 -12 м , найдя напряжение одного из них на этом расстоянии и умножив его на заряд другого.б) При какой температуре атомы газа будут иметь среднюю кинетическую энергию, равную этой необходимой электрической потенциальной энергии?

11: необоснованные результаты
(a) Найдите напряжение вблизи металлического шара диаметром 10,0 см, на котором имеется 8,00 Кл избыточного положительного заряда. б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения ответственны?

12: Создайте свою собственную задачу
Рассмотрим аккумулятор, используемый для питания сотового телефона.Постройте задачу, в которой вы определяете энергию, которая должна быть предоставлена ​​батареей, а затем вычисляете количество заряда, которое она должна быть в состоянии переместить, чтобы обеспечить эту энергию. Среди вещей, которые следует учитывать, — потребности в энергии и напряжение батареи. Возможно, вам придется заглянуть вперед, чтобы интерпретировать характеристики батареи производителя в ампер-часах как энергию в джоулях.

 

Глоссарий

электрический потенциал
потенциальная энергия на единицу заряда
разность потенциалов (или напряжение)
изменение потенциальной энергии заряда, перемещенного из одной точки в другую, деленное на заряд; единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, известные как
вольт.
электрон-вольт
энергия, переданная основному заряду, ускоренному разностью потенциалов в один вольт
механическая энергия
сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; эта сумма является константой

Решения

Задачи и упражнения

1: 42.8 Обычно мы делаем коэффициенты больше 1, но 0,0234 также приемлем в качестве ответа.

4:   1,00 x 10 5   K

6: (a) 4 x 10 4 W (b) Дефибриллятор не вызывает серьезных ожогов, поскольку кожа хорошо проводит электричество при высоких напряжениях, подобных тем, которые используются в дефибрилляторах. Используемый гель способствует передаче энергии в тело, и кожа не поглощает энергию, а пропускает ее к сердцу.

8: (а) 7.6 или С

11: (a) 1,44 x 10 12 В (b) Это напряжение очень высокое. Сфера диаметром 10,0 см никогда не сможет поддерживать такое напряжение; это разрядится. (c) Заряд в 8,00 Кл больше заряда, чем может разумно накопиться на сфере такого размера.

 

Приложение D. Глоссарий ключевых символов и обозначений – College Physics

вязкость длина волны длина волны . . модуль упругости
среднее (обозначается чертой над символом — например, средняя скорость)
градусов Цельсия
градусов по Фаренгейту
параллельно
перпендикулярно
пропорционально
плюс-минус
ноль в качестве нижнего индекса обозначает начальное значение
альфа-лучи
угловое ускорение
Температурный коэффициент(ы) удельного сопротивления
бета-лучи
уровень звука
объемный коэффициент расширения
электрона, испускаемого при ядерном бета-распаде
позитронный распад
гамма-лучи
поверхностное натяжение
постоянная, используемая в теории относительности
изменение в любом количестве после
неопределенность в любой величине, следующей за
изменение энергии между начальной и конечной орбитами электрона в атоме
неопределенность в энергии
разница в массе между исходным и конечным продуктами
количество распадов
изменение импульса
неопределенность импульса
изменение потенциальной энергии гравитации
угол поворота
расстояние, пройденное по круговой траектории
неопределенность во времени
собственное время, измеренное неподвижным наблюдателем относительно процесса
разность потенциалов
неопределенность в позиции
диэлектрическая проницаемость свободного пространства
угол между вектором силы и вектором смещения
угол между двумя линиями
угол контакта
направление результирующего
Угол Брюстера
критический угол
диэлектрическая проницаемость
постоянная распада нуклида
в среде
проницаемость свободного пространства
коэффициент кинетического трения
коэффициент статического трения
электронное нейтрино
положительный пион
отрицательный пион
нейтральный пион
плотность
критическая плотность, плотность, необходимая только для того, чтобы остановить универсальное расширение
плотность жидкости
средняя плотность объекта
удельный вес
характеристическая постоянная времени для цепи сопротивления и индуктивности () или сопротивления и емкости ()
характеристическое время для резистора и конденсатора () цепи
крутящий момент
ипсилон-мезон
магнитный поток
фазовый угол
Ом (единица измерения)
угловая скорость
ампер (текущая единица измерения)
район
площадь поперечного сечения
общее количество нуклонов
ускорение
Боровский радиус
центростремительное ускорение
тангенциальное ускорение
переменный ток
амплитудная модуляция
атмосфера
барионное число
синий кварк цвет
антисиний (желтый) антикварковый цвет
со вкусом творога или красотки
объемный модуль
напряженность магнитного поля
собственное магнитное поле электрона
орбитальное магнитное поле
энергия связи ядра — это энергия, необходимая для его полной разборки на отдельные протоны и нейтроны
энергии связи на нуклон
беккереля — один распад в секунду
емкость (количество заряда на вольт)
кулон (основная единица заряда в системе СИ)
общая емкость параллельно
общая емкость в серии
центр тяжести
центр масс
Шарм со вкусом творога
удельная теплоемкость
скорость света
килокалории
калорий
КПД теплового насоса
коэффициент полезного действия для холодильников и кондиционеров
косинус
котангенс
косеканс
константа диффузии
рабочий объем
вкус творога вниз
децибел
расстояние изображения от центра объектива
расстояние объекта от центра линзы
постоянный ток
напряженность электрического поля
ЭДС (напряжение) или ЭДС Холла
электродвижущая сила
энергия одного фотона
энергия ядерной реакции
релятивистская полная энергия
общая энергия
энергия основного состояния для водорода
энергия покоя
электронный захват
энергия, запасенная в конденсаторе
КПД — количество полезной работы, деленное на подводимую энергию
Эффективность Карно
потребляемая энергия (пища, перевариваемая человеком)
энергия, запасенная в катушке индуктивности
выход энергии
коэффициент излучения объекта
антиэлектрон или позитрон
электрон-вольт
фарад (единица измерения емкости, кулон на вольт)
фокус объектива
сила
величина силы
восстанавливающая сила
выталкивающая сила
центростремительная сила
силовой ввод
чистая сила
силовой выход
частотная модуляция
фокусное расстояние
частота
резонансная частота сопротивления, индуктивности и емкости () последовательной цепи
пороговая частота для конкретного материала (фотоэффект)
основной
первый обертон
второй обертон
частота ударов
величина кинетического трения
величина статического трения
гравитационная постоянная
зеленый цвет кварка
антизеленый (пурпурный) антикварковый цвет
ускорение свободного падения
глюоны (частицы-носители сильного ядерного взаимодействия)
изменение вертикального положения
высота над некоторой точкой отсчета
максимальная высота снаряда
постоянная Планка
энергия фотона
высота изображения
высота объекта
электрический ток
интенсивность
интенсивность прошедшей волны
момент инерции (также называемый вращательной инерцией)
интенсивность поляризованной волны перед прохождением через фильтр
средняя интенсивность непрерывной синусоидальной электромагнитной волны
средний ток
Дж
Дж/пси-мезон
кельвина
постоянная Больцмана
силовая постоянная пружины
рентгеновских лучей, возникающих при падении электрона в вакансию оболочки из оболочки
рентгеновских лучей, возникающих при падении электрона в вакансию оболочки из оболочки
килокалории
поступательная кинетическая энергия
механическая энергия
кинетическая энергия выбитого электрона
релятивистская кинетическая энергия
вращательная кинетическая энергия
тепловая энергия
килограмм (основная единица массы в системе СИ)
угловой момент
литр
величина углового момента
самоиндукция
угловой момент квантовое число
рентгеновских лучей, возникающих, когда электрон падает в оболочку с оболочки
электрон общее число семьи
общее количество мюонных семейств
общее количество тау-семьи
теплота плавления
и коэффициенты скрытой теплоты
орбитальный угловой момент
теплота сублимации
теплота парообразования
z – составляющая углового момента
угловое увеличение
взаимная индуктивность
указывает на метастабильное состояние
увеличение
масса
масса объекта, измеренная покоящимся человеком относительно объекта
метр (основная единица длины в системе СИ)
порядок вмешательства
общее увеличение (произведение отдельных увеличений)
атомная масса нуклида
механическое преимущество
увеличение окуляра
масса электрона
квантовое число проекции углового момента
масса нейтрона
увеличение объектива
моль
масса протона
квантовое число проекции спина
величина нормальной силы
ньютона
нормальное усилие
количество нейтронов
показатель преломления
количество бесплатных сборов на единицу объема
Номер Авогадро
Число Рейнольдса
ньютон-метр (единица работы-энергии)
ньютона на метр (единица крутящего момента в системе СИ)
прочая энергия
сила
сила линзы
давление
импульс
магнитуда импульса
релятивистский импульс
общий импульс
общий импульс некоторое время спустя
абсолютное давление
атмосферное давление
стандартное атмосферное давление
потенциальная энергия
упругая потенциальная энергия
электрическая потенциальная энергия
потенциальная энергия пружины
избыточное давление
потребляемая мощность или вход
выходная полезная мощность, превращающаяся в полезную работу или желаемую форму энергии
скрытая теплота
чистая теплота, передаваемая в систему
расход — объем в единицу времени, протекающий через точку
положительный заряд
отрицательный заряд
заряд электрона
заряд протона
испытательный заряд
добротность
активность, скорость распада
радиус кривизны сферического зеркала
красный кварк цвет
антикрасный (голубой) кварковый цвет
сопротивление
Результирующее или полное водоизмещение
постоянная Ридберга
универсальная газовая постоянная
расстояние от точки вращения до точки приложения силы
внутреннее сопротивление
перпендикулярный рычаг
радиус ядра
радиус кривизны
удельное сопротивление
Единица дозы облучения
рентген эквивалент человека
радиан
относительная биологическая эффективность
схема резистора и конденсатора
среднеквадратичное значение
радиус n -й орбиты H-атома
полное сопротивление параллельного соединения
полное сопротивление последовательного соединения
Радиус Шварцшильда
энтропия
собственный спин (собственный угловой момент)
величина собственного (внутреннего) спинового углового момента
модуль сдвига
квантовое число странности
вкус творога странный
секунды (основная единица времени СИ)
спин квантовое число
полное водоизмещение
секанс
синус
z -компонент спинового углового момента
период – время совершения одного колебания
температура
критическая температура — температура, ниже которой материал становится сверхпроводником
напряжение
тесла (напряженность магнитного поля B )
вкус творога или правда
время
период полураспада — время, за которое распадается половина исходных ядер
тангенс
внутренняя энергия
вкус творога до
единая атомная единица массы
скорость объекта относительно наблюдателя
скорость относительно другого наблюдателя
электрический потенциал
напряжение на клеммах
вольт (единица измерения)
объем
относительная скорость между двумя наблюдателями
скорость света в материале
скорость
средняя скорость жидкости
изменение потенциала
скорость дрейфа
входное напряжение трансформатора
среднеквадратичное значение напряжения
выходное напряжение трансформатора
общая скорость
скорость распространения звука или другой волны
скорость волны
работа
чистая работа, выполненная системой
Вт
вес
вес жидкости, вытесненной объектом
общая работа, проделанная всеми консервативными силами
общая работа, выполненная всеми неконсервативными силами
полезный результат работы
амплитуда
символ для элемента
обозначение конкретного нуклида
деформация или смещение от равновесия
смещение пружины из недеформированного положения
горизонтальная ось
емкостное реактивное сопротивление
индуктивное сопротивление
среднеквадратичное расстояние диффузии
вертикальная ось
или модуль Юнга
атомный номер (количество протонов в ядре)
импеданс

Научное обозначение и значащие цифры – Ox Science

Научное обозначение и значащие цифры — два важных термина в физике.В научной системе записи числа выражаются произведением степени десяти, умноженной на число от 1 до 10, а значащие цифры — это точно известные цифры и первая сомнительная цифра в любом измерении.

 Определение научной нотации

В научной записи число выражается как некоторая степень десяти, умноженная на число от 1 до 10.
Простой и научный метод записи малых или больших чисел состоит в том, чтобы выразить их в некоторой степени 10. Расстояние до Луны от Земли 384000000 метров.Это большое число, его также можно выразить как 3,84×10 8 м. Этот способ выражения числа находится в экспоненциальном представлении.

Почему мы используем научную запись?

Мы используем его, поскольку он позволяет не записывать большое количество нулей.

Примеры научных обозначений

  • Число 15000000 км можно записать как 1,5 × 10 11 м.
  • 0,00000548 с можно записать как 5,48 × 10 -6 с.
  • Масса Земли записывается как 6×10 24 кг.
  • Радиус Земли записывается как 6,4 × 10 4  м.

Десятичная система счисления

Решение: 0,2 = 2 × 10¹

Решение: 0,006=6 × 10 3

Решение: 6 × 10  4

Решение: 0,00000678 = 6,78 × 10 8

Научное представление десятичной дроби

Решение: 3 × 10 -1 = 0,3

Решение: 0,0006

Научное обозначение в стандартное обозначение

В стандартной записи слева от нуля находится только одно ненулевое число.Ниже приведены примеры:

Решение: 1168 × 10 -27 = 1,168 × 10 -24

Решение: 725 ×10 -5  
=7,25 ×10  -3

Что такое значащая цифра?

Значимой считается цифра, заведомо разумная и надежная.
или
Все точно известные цифры и первая сомнительная цифра в выражении называются значащими цифрами.
Физика основана на измерениях. Но, к сожалению, при измерении физической величины неизбежно возникает некоторая неопределенность в отношении ее находного значения.Эта неопределенность может быть вызвана рядом причин.

Одной из причин является тип используемого инструмента. Мы знаем, что каждый измерительный прибор откалиброван до определенного наименьшего деления, и этот факт ставит предел той степени точности, которая может быть достигнута при измерении с его помощью.

Предположим, мы хотим измерить длину прямой с помощью стержня, калиброванного в миллиметрах. Пусть конец линии лежит между отметками 10,3 и 10,4 см. По соглашению, если конец строки не касается или не пересекает середину наименьшего деления, чтение ограничивается предыдущим делением.

Если кажется, что конец строки касается средней точки или пересек ее, чтение расширяется до следующего деления.

Применяя вышеприведенное правило, положение края линии, записанное как 12,7 см с помощью измерительной рейки, калиброванной в миллиметрах, может лежать между 12,65 см и 12,75 см. Таким образом, в этом примере максимальная погрешность ±0,05 см. Фактически это эквивалентно погрешности в 0,1 см, равной наименьшему отсчету прибора, разделенному на две части, половина выше и половина ниже записанного показания.

Неопределенность или точность значения измеряемой величины удобно указывать с помощью значащих цифр. Записанное значение длины прямой, т.е. 12,7 см, содержит три цифры (1,2,7), из которых две цифры (1 и 2) точно известны, а третья цифра (7) сомнительна. Как правило:
«В любом измерении точно известные цифры и первая сомнительная цифра называются значащими цифрами».

Другими словами, значащая цифра — это та, которая считается достаточно надежной.Если бы вышеупомянутое измерение было снято более совершенным измерительным инструментом, имеющим точность до одной сотой сантиметра, оно было бы записано как 12,70 см. В этом случае количество значащих цифр равно четырем.

Таким образом, можно сказать, что, улучшая качество нашего измерительного прибора и методики, мы расширяем измеряемый результат до все более и более значащих цифр и соответственно повышаем экспериментальную точность результата. При вычислении результата измерений важно уделять должное внимание значащим цифрам, и мы должны знать следующие правила при принятии решения о том, сколько значащих цифр должно быть сохранено в окончательном результате.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.