Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Частицы внутри каждой группы различаются по точной массе, заряду, сроку жизни и странности. Последнее свойство было обнаружено, когда заметили, что определенные частицы рождаются парами в результате сильного взаимодействия и распадаются в результате слабого взаимодействия. Ввели понятие странности как квантовое число, которое сохраняется при процессах сильного взаимодействия.

В результате классификации барионов и мезонов по группам согласно заряду, странности и сроку жизни определили, что каждый барион состоит из трех кварков, каждый антибарион — из трех соответствующих антикварков и каждый мезон — из кварка и антикварка.

Ниже показаны возможные комбинации кварков и антикварков, составляющих барионы и мезоны соответственно. Предполагается, что лептоны являются элементарными частицами, не состоящими из других частиц.

См. также статьи «Взаимодействия частиц», «Ускорители частиц».

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ДВОЙСТВЕННОСТЬ

Мельчайшие частицы материи имеют двойственную природу; в одних случаях они ведут себя как частицы, в других — как волны. Например, электрон ведет себя как частица, когда проходит через магнитное поле, и как волна — проходя через решетку кристалла, служащую тонкой дифракционной щелью, а дифракция — свойство волны. Мысль о том, что частицам материи свойственна двойственность, впервые высказал в 1923 году Луи де Бройль. В своей гипотезе он связал импульс частицы с так называемой де-бройлевской длиной волны λ с помощью уравнения λ = h/p, где h — постоянная Планка, р — импульс частицы.

Свидетельства, подтверждающие волновые свойства частиц, впервые получил в 1927 году Джордж Томсон, пропуская узкий пучок электронов, движущихся с одинаковой скоростью, через регулярную решетку атомов в тонком кристалле. Оказалось, что электроны в решетке подвергались дифракции и выходили из нее строго под определенными углами. Для измерения угла отклонения каждого дифрагированного луча применялась фотопленка.

Электроны отражаются каждым слоем атомов; с прилегающих слоев электроны взаимно усиливают отклонение в строго определенных направлениях, соответствующих рисунку дифракции. При этом величина отклонения между отраженными волнами от прилегающих слоев должна измеряться целыми числами де-бройлевской длины волны. Поскольку величина отклонения равна 2d∙sin θ/2, где d — расстояние между слоями, θ — угол отклонения, то угол дифракции 2d∙sin θ/2 = nk, где n — целое число. Измерив угол дифракции каждого дифрагированного луча, можно вычислить длину волны, если известно d. Значение длины волны можно проверить исходя из разности потенциалов анода V электронной пушки при помощи уравнения λ = h/(2meV)^1/2, где m — масса электрона, е — заряд электрона. Это уравнение получается путем преобразования следующих равенств: анода пушки eV = ¹/₂mv², импульса mv = (2meV)^1/2 и де-бройлевского λ = h/mv.

См. также статью «Квантовая теория».

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Коэффициентом полезного действия (КПД) устройства называется отношение энергии, выдаваемой устройством, к энергии, получаемой этим устройством, или отношение полезной энергии к потребляемой. КПД можно измерять в процентах, умножив этот показатель на 100. Чтобы какое-либо устройство или механизм произвели полезную работу, нужна поступившая к ним энергия. Таким образом, КПД — часть энергии, потраченной на полезную работу. Тепловой двигатель приводит в действие механизмы, получая тепловую энергию от сгорания топлива. Трансформатор генерирует электрический ток определенного напряжения, будучи подключенным к источнику электрического тока другого напряжения. Энергия, не потраченная на полезную работу, пропадает, ее невозможно вернуть и потратить на что-то полезное. На национальном уровне около 20 % производимой энергии тратится зря вследствие неэффективности электростанций, при ее передаче и при преобразовании одного вида энергии в другой.

Тепловым называется двигатель, работающий между резервуарами с высокой и низкой температурой. Тепло из высокотемпературного резервуара используется для выполнения полезной работы. Не все оно может быть преобразовано в работу, так как часть его поступает в низкотемпературный резервуар, поскольку двигатель работает за счет разности температур. КПД двигателя равен W/Q₁, где W — работа, выполненная двигателем с помощью энергии Q₁, полученной из высокотемпературного резервуара. Так как W = Q₁ — Q₂, где Q₂ — энергия, поступившая в низкотемпературный резервуар, то КПД двигателя равен (Q₁ — Q₂)/Q₁. КПД всегда меньше единицы, поскольку Q₂ — величина не нулевая.

Наиболее эффективным тепловым двигателем является модель идеального реверсивного[3] двигателя. По определению, КПД реверсивного двигателя (Т₁ — Т₂)Т₁, где Т₁ — температура высокотемпературного резервуара, Т₂ — температура низкотемпературного резервуара.

См. также статьи «Энергия и мощность», «Энтропия».