Альберт Эйнштейн, балким, биздин планетанын ар бир тургунуна белгилүү. Бул масса менен энергиянын ортосундагы байланыштын белгилүү формуласынын аркасында белгилүү. Бирок ал үчүн Нобель сыйлыгын алган эмес. Бул макалада биз 20-кылымдын башында бизди курчап турган дүйнө жөнүндөгү физикалык идеяларды өзгөрткөн Эйнштейндин эки формуласын карап чыгабыз.
Эйнштейндин жемиштүү жылы
1905-жылы Эйнштейн бир эле учурда бир нече макалаларды жарыялаган, алар негизинен эки теманы камтыган: ал иштеп чыккан салыштырмалуулук теориясы жана фотоэлектрдик эффекттин түшүндүрмөсү. Материалдар немистердин Annalen der Physik журналында жарыяланган. Бул эки макаланын аталышынын өзү ошол кездеги илимпоздордун чөйрөсүн таң калтырган:
- "Дененин инерциясы андагы энергиядан көз карандыбы?";
- "Жарыктын келип чыгышы жана өзгөрүшү боюнча эвристикалык көз караш".
Биринчисинде илимпоз Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясынын учурда белгилүү болгон формуласын келтирет, алмасса менен энергиянын бирдей бирдейлиги. Экинчи макалада фотоэффекттин теңдемеси берилген. Учурда эки формула тең радиоактивдүү заттар менен иштөө жана электромагниттик толкундардан электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат.
Атайын салыштырмалуулуктун кыска формуласы
Эйнштейн тарабынан иштелип чыккан салыштырмалуулук теориясы объекттердин массасы жана алардын кыймыл ылдамдыгы өтө чоң болгон кубулуштарды карайт. Анда Эйнштейн кандайдыр бир эталондук алкактарда жарыктан ылдам кыймылдоо мүмкүн эместигин, жарыкка жакын ылдамдыкта мейкиндик-убакыттын касиеттери өзгөрөт, мисалы, убакыт басаңдай баштайт деп постулят кылат.
Салыштырмалуулук теориясын логикалык көз караштан түшүнүү кыйын, анткени ал 17-кылымда Ньютон мыйзамдарын негиздеген кыймыл жөнүндөгү кадимки идеяларга карама-каршы келет. Бирок, Эйнштейн татаал математикалык эсептөөлөрдөн жарашыктуу жана жөнөкөй формуланы ойлоп тапты:
E=mc2.
Бул туюнтма энергия жана масса үчүн Эйнштейндин формуласы деп аталат. Келгиле, бул эмнени билдирерин карап көрөлү.
Масса, энергия жана жарыктын ылдамдыгы түшүнүктөрү
Альберт Эйнштейндин формуласын жакшыраак түшүнүү үчүн андагы ар бир символдун маанисин майда-чүйдөсүнө чейин түшүнүшүңүз керек.
Массадан баштайлы. Бул физикалык чоңдук денедеги заттын санына байланыштуу экенин көп угууга болот. Бул таптакыр туура эмес. Инерциянын өлчөмү катары массаны аныктоо туурараак. Дене канчалык чоң болсо, ага белгилүү бир нерсе берүү ошончолук кыйын болотылдамдык. Масса килограмм менен өлчөнөт.
Энергетика маселеси да жөнөкөй эмес. Ошентип, анын ар кандай көрүнүштөрү бар: жарык жана жылуулук, буу жана электрдик, кинетикалык жана потенциалдык, химиялык байланыштар. Энергиянын бардык бул түрлөрүн бир маанилүү касиет бириктирет - алардын иштөө жөндөмдүүлүгү. Башкача айтканда, энергия башка сырткы күчтөрдүн аракетине каршы денелерди кыймылдатууга жөндөмдүү физикалык чоңдук. SI өлчөмү - джоуль.
Жарыктын кандай ылдамдыгы болжол менен баарына түшүнүктүү. Бул электромагниттик толкун убакыт бирдигине басып өткөн аралык катары түшүнүлөт. Вакуум үчүн бул маани туруктуу, башка реалдуу чөйрөдө ал төмөндөйт. Жарыктын ылдамдыгы секундасына метр менен өлчөнөт.
Эйнштейндин формуласынын мааниси
Эгер сиз бул жөнөкөй формуланы жакшылап карасаңыз, массанын энергия менен туруктуу (жарык ылдамдыгынын квадраты) аркылуу байланышы бар экенин көрө аласыз. Эйнштейн өзү масса менен энергия бир нерсенин көрүнүшү деп түшүндүргөн. Бул учурда, E жана артка m өтүү мүмкүн.
Эйнштейндин теориясы пайда болгонго чейин окумуштуулар массанын жана энергиянын сакталуу мыйзамдары өз-өзүнчө бар жана жабык системаларда болуп жаткан процесстер үчүн жарактуу деп эсептешкен. Эйнштейн андай эмес экенин жана бул кубулуштардын өзүнчө эмес, чогуу уланарын көрсөткөн.
Эйнштейндин формуласынын же масса менен энергиянын эквиваленттик мыйзамынын дагы бир өзгөчөлүгү бул чоңдуктардын ортосундагы пропорционалдык коэффициент,б.а. c2. Бул болжол менен 1017 m2/s2 га барабар. Бул эбегейсиз чоңдук аз өлчөмдөгү массада да энергиянын эбегейсиз запастары бар экенин көрсөтүп турат. Мисалы, ушул формуланы кармансаңыз, анда бир эле кургатылган жүзүм (мейиз) бир күндө Москванын бардык энергия муктаждыгын канааттандыра алат. Экинчи жагынан, бул чоң фактор биз эмне үчүн табияттагы массалык өзгөрүүлөрдү байкабай жатканыбызды түшүндүрөт, анткени алар биз колдонгон энергия баалуулуктары үчүн өтө кичинекей.
Формуланын 20-кылымдын тарыхынын жүрүшүнө тийгизген таасири
Бул формуланы билүүнүн аркасында адам атом энергиясын өздөштүрө алган, анын эбегейсиз запастары массанын жоголуп кетүү процесстери менен түшүндүрүлөт. Уран ядросунун бөлүнүшү эң сонун мисал. Эгерде бул бөлүнүүдөн кийин пайда болгон жарык изотопторунун массасын кошсок, анда ал баштапкы ядро үчүн караганда бир топ аз болуп чыгат. Жоголгон масса энергияга айланат.
Адамдын атом энергиясын колдонуу жөндөмдүүлүгү шаарлардын карапайым калкын электр энергиясы менен камсыз кылуу үчүн кызмат кылган реактордун түзүлүшүнө жана бардык белгилүү тарыхтагы эң коркунучтуу куралдын – атом бомбасынын түзүлүшүнө алып келди.
Биринчи атомдук бомбанын АКШда пайда болушу Жапонияга каршы Экинчи Дүйнөлүк Согушту мөөнөтүнөн мурда аяктады (1945-жылы АКШ бул бомбаларды Япониянын эки шаарына таштаган), ошондой эле бул бомбаларды Япониянын эки шаарына таштаган), ошондой эле үчүнчү дүйнөлүк согуштун чыгышы.
Эйнштейндин өзү, албетте, мүмкүн эмесачкан формуланын ушундай кесепеттерин алдын ала көрүү. Ал атомдук куралды жасоо боюнча Манхэттен долбооруна катышпаганын белгилеңиз.
Фотоэффект кубулушу жана анын түшүндүрмөсү
Эми 1920-жылдардын башында Альберт Эйнштейнге Нобель сыйлыгы ыйгарылган суроого өтөлү.
1887-жылы Герц тарабынан ачылган фотоэффект кубулушу, эгерде ал белгилүү жыштыктагы жарык менен нурланса, белгилүү бир материалдын бетинде эркин электрондордун пайда болушунан турат. Бул кубулушту 20-кылымдын башында түзүлгөн жарыктын толкун теориясынын көз карашы менен түшүндүрүү мүмкүн болгон эмес. Ошентип, эмне үчүн фотоэффект убакыт кечигүүсүз (1 нс кем) байкалаары, эмне үчүн жайлоо потенциалы жарык булагынын интенсивдүүлүгүнө көз каранды эместиги түшүнүксүз болгон. Эйнштейн эң сонун түшүндүрмө берди.
Окумуштуу жөнөкөй нерсени сунуштады: жарык материя менен өз ара аракеттенгенде, ал өзүн толкун сыяктуу эмес, корпускула, квант, уюган энергия сыяктуу алып барат. Алгачкы түшүнүктөр мурда эле белгилүү болгон – корпускулярдык теорияны 17-кылымдын ортосунда Ньютон сунуштаган, ал эми электромагниттик толкун кванттарынын түшүнүгүн мекендеш физик Макс Планк киргизген. Эйнштейн теория менен эксперименттин бардык билимдерин бириктире алган. Ал бир эле электрон менен өз ара аракеттенген фотон (жарыктын кванты) ага өзүнүн энергиясын толугу менен берет деп ишенген. Эгерде бул энергия электрон менен ядронун ортосундагы байланышты үзө тургандай чоң болсо, анда заряддалган элементардык бөлүкчө атомдон ачылып, эркин абалга өтөт.
Тегилген көрүүлөрЭйнштейнге фотоэффекттин формуласын жазууга мүмкүндүк берди. Аны кийинки абзацта карап чыгабыз.
Фотоэффект жана анын теңдемеси
Бул теңдеме атактуу энергия-масса байланышынан бир аз узунураак. Бул мындай көрүнөт:
hv=A + Ek.
Бул теңдеме же Эйнштейндин фотоэффект үчүн формуласы процессте болуп жаткан нерсенин маңызын чагылдырат: hv энергиялуу фотон (термелүү жыштыгына көбөйтүлгөн Планк туруктуусу) электрондун ортосундагы байланышты үзүүгө жумшалат. жана ядро (A – электрондун жумуш функциясы) жана кинетикалык энергиянын терс бөлүкчөсүн байланыштыруу боюнча (Ek).
Жогорудагы формула фотоэффект боюнча эксперименттерде байкалган бардык математикалык көз карандылыктарды түшүндүрүүгө мүмкүндүк берди жана каралып жаткан кубулуш үчүн тиешелүү мыйзамдарды түзүүгө алып келди.
Фотоэффект кайда колдонулат?
Учурда Эйнштейндин жогоруда айтылган идеялары күн батареяларынын жардамы менен жарык энергиясын электр энергиясына айландыруу үчүн колдонулууда.
Алар ички фотоэффектти колдонушат, б.а. атомдон «чыгарылып алынган» электрондор материалдан чыкпай, анын ичинде калат. Активдүү зат n- жана p-типтеги кремний жарым өткөргүчтөр.
