XII. حالات ماده بخار آهن و هوای جامد ترکیب عجیبی از کلمات نیست؟ با این حال، این به هیچ وجه مزخرف نیست: هم بخار آهن و هم هوای جامد در طبیعت وجود دارد، اما در شرایط معمولی وجود ندارد. ما در مورد چه شرایطی صحبت می کنیم؟ وضعیت ماده از کتاب مؤلف مشخص می شود

اتم ها چگونه انرژی را مبادله می کنند؟ در آزمایش اول، بخار جیوه گرفته شد. انرژی پرتابه های الکترون به تدریج افزایش یافت. معلوم شد که در انرژی های الکترونی کم، هیچ تحریکی از اتم های جیوه رخ نمی دهد. الکترون ها به آنها برخورد کردند، اما با همان جهش برگشتند

الکترون ظاهر می شود در حالی که نظریه های اتمی و مولکولی در شیمی در حال توسعه بودند، تحقیقات در مورد هدایت الکتریکی در مایعات و تخلیه الکتریکی در گازها در فشار پایین نشان داد که اتم به هیچ وجه "تقسیم ناپذیر" نیست، بلکه حاوی

N.K. گلادیشوا، IOSO RAO، مدرسه شماره 548، مسکو

این موضوع هرگز به طور خاص در کتاب های درسی به اصطلاح پایدار به تفصیل مطرح نشده است. برای دانش آموزان دبیرستانی خیلی سخت تلقی می شد. در همان زمان، دانش آموزان "به طور پیش فرض" (و اغلب معلمان) معتقدند که انرژی فقط می تواند یک کمیت مثبت باشد. این منجر به سوء تفاهم در هنگام تجزیه و تحلیل تبدیل انرژی در فرآیندهای مختلف می شود. به عنوان مثال، چگونه می توان توضیح داد که وقتی آب می جوشد، تمام انرژی داده شده به ماده به تبخیر می رود، در حالی که میانگین انرژی جنبشی حرکت ذرات تغییر نمی کند و انرژی برهمکنش ذرات برابر با صفر می شود؟ انرژی حاصل از بخاری کجا ناپدید می شود؟ مثال های زیادی از این دست می توان زد. اما بهتر است که سکوت نکنیم که انرژی تعامل بین اجسام می تواند مثبت و منفی باشد. مشکلات در درک این ماده بسیار دور از ذهن است. از این گذشته ، حتی دانش آموزان دبستانی هم می دانند که دمای محیط می تواند مثبت و منفی باشد! علاوه بر این، دانش‌آموزان به راحتی وجود سایر مقیاس‌های دما (سانتیگراد، فارنهایت، رئومور) را در کنار مقیاس کلوین درک می‌کنند. بنابراین، این ایده که مقدار عددی برخی از کمیت‌های فیزیکی به یک مبدأ مرسوم انتخاب شده برای مرجع آن بستگی دارد، برای یک دانش‌آموز دبیرستانی غیرقابل درک نیست.

انتخاب نقطه مرجع انرژی پتانسیل

ما نشان خواهیم داد که چگونه به دانش آموزان توضیح دهیم که هنگام مطالعه پدیده های مکانیکی، در بسیاری از موارد انتخاب سطح مرجع برای انرژی پتانسیل راحت است تا مقدار منفی داشته باشد.

تجزیه و تحلیل تبدیل انرژی مستلزم آشنایی دقیق تر دانش آموزان با اشکال آن است. هر کتاب درسی گزارش می دهد که جسمی به جرم m که نسبت به یک چارچوب مرجع انتخابی با مقداری سرعت v حرکت می کند، دارای انرژی جنبشی Ekin = mv2/2 در این قاب است. اگر در یک چارچوب مرجع جسم بی حرکت باشد، انرژی جنبشی آن برابر با صفر است. بنابراین انرژی جنبشی جسم را انرژی حرکت می نامند. برخلاف سایر ویژگی های حرکت، مانند سرعت v یا تکانه p = mv، انرژی جنبشی با جهت حرکت ارتباطی ندارد. این یک کمیت اسکالر است. توصیه می شود از دانش آموزان دعوت شود تا به طور مستقل نشان دهند که انرژی جنبشی یک جسم و یک سیستم اجسام نمی تواند کمیت منفی باشد.

ماهیت انرژی پتانسیل می تواند کاملاً متفاوت باشد. در مورد یک آونگ ریاضی (نقطه مادی به جرم m معلق بر روی یک رشته غیر قابل امتداد بی وزن به طول l)، با جاذبه بار آونگ توسط زمین مرتبط است. این فعل و انفعال گرانشی است که سرعت بار را در حین حرکت به سمت بالا کاهش می دهد. در مورد برخورد توپ تنیس به دیوار، انرژی پتانسیل با تغییر شکل توپ مرتبط است. وجه مشترک انرژی برهمکنش بار با زمین و انرژی تغییر شکل این است که چنین انرژی می تواند به انرژی جنبشی تبدیل شود و بالعکس.

با این حال، همه فرآیندها برگشت پذیر نیستند. به عنوان مثال، هنگامی که یک چکش به یک تکه سرب برخورد می کند، به نظر می رسد انرژی جنبشی چکش بدون اثری ناپدید می شود - چکش تقریباً پس از برخورد به عقب برنمی گردد. در این حالت انرژی جنبشی چکش به گرما و متعاقب آن اتلاف غیرقابل برگشت آن تبدیل می شود.

بیایید نگاهی دقیق تر به مفهوم انرژی پتانسیل بیندازیم. ماهیت انرژی پتانسیل متفاوت است، بنابراین فرمول واحدی برای محاسبه آن وجود ندارد. از بین انواع برهمکنش ها، ما اغلب با برهمکنش گرانشی زمین و اجسامی که در نزدیکی سطح آن قرار دارند مواجه می شویم، بنابراین قبل از هر چیز باید به بحث در مورد ویژگی های برهمکنش گرانشی بپردازیم.

فرمول محاسبه انرژی پتانسیل برهمکنش زمین با اجرام نزدیک به سطح آن چیست؟ پاسخ توسط نوسانات آونگ پیشنهاد می شود. لطفاً توجه داشته باشید (شکل 1): نقاط B، که در آن انرژی جنبشی کاملاً به شکل نهفته (بالقوه) تبدیل می شود و نقطه A،

جایی که انرژی جنبشی آونگ به طور کامل بازیابی می شود، در ارتفاعات مختلف از سطح زمین قرار می گیرند. هویگنس همچنین دریافت که ارتفاع h صعود آونگ به نقطه B با مجذور سرعت آن v2max در نقطه پایین A متناسب است. بار و ارتفاع h افزایش آن در طول نوسانات. اندازه گیری دقیق حداکثر سرعت vmax و ارتفاع h نشان می دهد که برابری همیشه برآورده می شود:

که در آن g  10 N/kg = 10 m/s2. اگر طبق قانون بقای انرژی فرض کنیم که تمام انرژی جنبشی آونگ در نقاط B به انرژی برهمکنش گرانشی بار آن با زمین تبدیل شود، انرژی این برهمکنش باید با استفاده از آن محاسبه شود. فرمول:

این فرمول یک توافق شرطی را پنهان می کند: موقعیت اجسام برهم کنش، که در آن انرژی برهمکنش آنها En به طور معمول برابر با صفر (سطح صفر) در نظر گرفته می شود، به گونه ای انتخاب می شود که در این موقعیت ارتفاع h = 0 باشد. اما هنگام انتخاب سطح صفر، فیزیکدانان تنها با تمایل به ساده کردن راه حل برای وظایف محدود هدایت می شوند. اگر به دلایلی فرض کنیم که انرژی پتانسیل برابر با صفر در یک نقطه در ارتفاع h0  0 است، فرمول انرژی پتانسیل به شکل زیر است:

Ep = mg (h - h0).

سقوط سنگ از صخره را در نظر بگیرید (شکل 2). تعیین اینکه چگونه انرژی جنبشی Ek سنگ و انرژی پتانسیل En تعامل آن با زمین با سقوط آن تغییر می کند، ضروری است. فرض کنید در لبه صخره (نقطه A) سرعت سنگ صفر باشد.

هنگامی که یک سنگ سقوط می کند، اصطکاک آن با هوا کم است، بنابراین می توانیم فرض کنیم که انرژی اتلاف نشده و تبدیل آن به گرما وجود ندارد. در نتیجه، طبق قانون بقای انرژی، هنگام سقوط یک سنگ، مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم اجسام زمین + سنگ تغییر نمی کند، یعنی.

(Ek + Ep)|B = (Ek+E0)|A.

اجازه دهید به موارد زیر توجه کنیم.

1. با توجه به شرایط مسئله در نقطه A سرعت سنگ صفر است بنابراین Ek| A = 0.

2. انتخاب سطح صفر انرژی پتانسیل تعامل بین سنگ و زمین به گونه ای راحت است که حل مسئله را تا حد امکان ساده کند. از آنجایی که فقط یک نقطه ثابت نشان داده شده است - لبه سنگ A - منطقی است که آن را به عنوان مبدا در نظر بگیرید و Ep| A = 0. سپس انرژی کل (Ek + Ep)|A = 0. در نتیجه، به موجب قانون بقای انرژی، مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل سنگ و زمین اصلاً برابر صفر می‌ماند. نقاط مسیر:

(Ek + Ep)|B = 0.

مجموع دو عدد غیر صفر تنها در صورتی برابر با صفر است که یکی از آنها منفی و دیگری مثبت باشد. قبلاً اشاره کردیم که انرژی جنبشی نمی تواند منفی باشد. بنابراین، از برابری (Ek + Ep)|B = 0 نتیجه می شود که انرژی پتانسیل برهمکنش سنگ در حال سقوط با زمین یک کمیت منفی است. این به دلیل انتخاب سطح انرژی پتانسیل صفر است. لبه سنگ را نقطه مرجع صفر مختصات h سنگ در نظر گرفتیم. تمام نقاطی که سنگ از طریق آنها پرواز می کند در زیر لبه صخره قرار دارد و مقادیر مختصات h این نقاط زیر صفر قرار دارد، یعنی. آنها منفی هستند. در نتیجه، طبق فرمول En = mgh، انرژی En حاصل از برهمکنش سنگ در حال سقوط با زمین نیز باید منفی باشد.

از معادله قانون بقای انرژی Ek + En = 0 به دست می آید که در هر ارتفاع h از لبه سنگ، انرژی جنبشی سنگ برابر با انرژی پتانسیل آن است که با علامت مخالف گرفته شده است:

Ek = –En = –mgh

(باید به خاطر داشت که h یک مقدار منفی است). نمودارهای وابستگی انرژی پتانسیل Ep و انرژی جنبشی Ek به مختصات h در شکل نشان داده شده است. 3.

همچنین بررسی فورا موردی مفید است که یک سنگ در نقطه A با سرعت عمودی مشخص v0 به سمت بالا پرتاب می شود. در لحظه اولیه، انرژی جنبشی سنگ Ek = mv02/2 است و انرژی پتانسیل، بر اساس قرارداد، صفر است. در یک نقطه دلخواه در مسیر، انرژی کل برابر است با مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل mv2/2 + mgh. قانون بقای انرژی به صورت زیر نوشته می شود:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

در اینجا h می تواند هر دو مقدار مثبت و منفی داشته باشد، که مربوط به حرکت سنگ از نقطه پرتاب به سمت بالا یا سقوط به زیر نقطه A است. بنابراین، برای مقادیر خاصی از h انرژی پتانسیل مثبت و برای برخی دیگر منفی است. این مثال باید قرارداد تخصیص انرژی پتانسیل یک علامت خاص را به دانش آموز نشان دهد.

پس از آشنایی دانش‌آموزان با مطالب فوق، بهتر است سوالات زیر را با آنها در میان بگذارید:

1. انرژی جنبشی جسم در چه شرایطی برابر با صفر است؟ انرژی بالقوه بدن؟

2. توضیح دهید که آیا نمودار شکل 1 با قانون بقای انرژی سیستم اجسام زمین + سنگ مطابقت دارد یا خیر. 3.

3. انرژی جنبشی توپ پرتاب شده چگونه تغییر می کند؟ چه زمانی کاهش می یابد؟ آیا افزایش می یابد؟

4. چرا وقتی سنگ می افتد انرژی پتانسیل آن منفی می شود اما وقتی پسری از تپه غلت می زند مثبت تلقی می شود؟

انرژی بالقوه جسم در میدان گرانشی

مرحله بعدی شامل آشنا کردن دانش آموزان با انرژی پتانسیل یک جسم در میدان گرانشی است. انرژی برهمکنش یک جسم با میدان گرانشی زمین تنها در صورتی با فرمول En = mgh توصیف می شود که میدان گرانشی زمین را بتوان یکنواخت و مستقل از مختصات در نظر گرفت. میدان گرانشی توسط قانون گرانش جهانی تعیین می شود:

که در آن R بردار شعاع کشیده شده از مرکز جرم زمین (به عنوان مبدا) به یک نقطه معین است (به یاد بیاورید که در قانون گرانش، اجسام نقطه مانند و بی حرکت در نظر گرفته می شوند). بر اساس قیاس با الکترواستاتیک، این فرمول را می توان به صورت زیر نوشت:

و آن را بردار شدت میدان گرانشی در یک نقطه معین بنامیم. واضح است که این میدان با فاصله از بدن ایجاد میدان تغییر می کند. چه زمانی می توان میدان گرانشی را با دقت کافی همگن در نظر گرفت؟ بدیهی است که این امر در منطقه ای از فضا که ابعاد آن h بسیار کوچکتر از فاصله مرکز میدان R است امکان پذیر است. به عبارت دیگر، اگر سنگی را در نظر دارید که از طبقه بالای خانه می افتد، می توانید با خیال راحت از آن چشم پوشی کنید. تفاوت در مقدار میدان گرانشی در طبقات بالا و پایین. با این حال، هنگام مطالعه حرکت سیارات به دور خورشید، نمی توان فرض کرد که سیاره در یک میدان یکنواخت حرکت می کند و باید از قانون کلی گرانش استفاده کرد.

شما می توانید یک فرمول کلی برای انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی بین اجسام استخراج کنید (اما از دانش آموزان نخواهید که این نتیجه را بازتولید کنند، اگرچه آنها، البته، باید فرمول نهایی را بدانند). به عنوان مثال، اجازه دهید دو جسم نقطه ای ثابت با جرم های m1 و m2 را در نظر بگیریم که در فاصله R0 از یکدیگر قرار دارند (شکل 4). اجازه دهید انرژی برهمکنش گرانشی این اجسام را با En0 نشان دهیم. اجازه دهید فرض کنیم که اجسام کمی به فاصله R1 نزدیکتر شده اند. انرژی برهمکنش این اجسام به En1 تبدیل شد. طبق قانون بقای انرژی:

Ep = Ep1 – Ep0 = Fthrust. میانگین s،

جایی که Fthrust cр – مقدار نیروی گرانشی متوسط ​​در بخش s = R1 – R0 جسمی که در جهت نیرو حرکت می کند. بر اساس قانون گرانش جهانی، مقدار نیرو برابر است با:

اگر فاصله های R1 و R0 کمی با یکدیگر تفاوت داشته باشند، فاصله Rav2 را می توان با محصول R1R0 جایگزین کرد. سپس:

در این برابری En1 مطابقت دارد مطابقت دارد . بدین ترتیب:

ما فرمولی به دست آورده‌ایم که دو ویژگی انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی را نشان می‌دهد (به آن انرژی گرانشی نیز می‌گویند):

1. خود فرمول قبلاً شامل انتخاب سطح صفر انرژی گرانشی بالقوه است، یعنی: انرژی برهمکنش گرانشی اجسام زمانی صفر می شود که فاصله بین اجسام مورد نظر بی نهایت زیاد باشد. لطفاً توجه داشته باشید که این انتخاب مقدار صفر انرژی برهمکنش گرانشی اجسام دارای یک تفسیر فیزیکی واضح است: وقتی اجسام بی نهایت از یکدیگر دور می شوند، عملاً تعامل گرانشی را متوقف می کنند.

2. از آنجایی که هر فاصله واقعی، به عنوان مثال بین زمین و یک موشک، البته، انرژی برهمکنش گرانشی با چنین انتخاب نقطه مرجع همیشه منفی است.

در شکل شکل 5 نموداری از وابستگی انرژی برهمکنش گرانشی موشک با زمین به فاصله مرکز زمین و موشک را نشان می دهد. این هر دو ویژگی انرژی گرانشی را که در مورد آن صحبت کردیم منعکس می کند: نشان می دهد که این انرژی منفی است و با افزایش فاصله بین زمین و موشک به سمت صفر افزایش می یابد.

انرژی ارتباطی

دانش به دست آمده توسط دانش آموزان مبنی بر اینکه انرژی می تواند هم مقادیر مثبت و هم منفی باشد باید در مطالعه انرژی اتصال ذرات یک ماده در حالت های مختلف تجمع آن کاربرد پیدا کند. به عنوان مثال، به دانش آموزان می توان استدلال کیفی زیر را ارائه داد.

قبلاً دیده‌ایم که ذرات ماده همیشه به‌طور آشفته حرکت می‌کنند. با اعطای توانایی حرکت به این طریق به ذرات بود که توانستیم تعدادی از پدیده های طبیعی را توضیح دهیم. اما پس چرا میزها و مدادها، دیوارهای خانه ها و خودمان به صورت ذرات جداگانه پراکنده نمی شوند؟

ما باید فرض کنیم که ذرات ماده بر یکدیگر اثر متقابل دارند و جذب یکدیگر می شوند. فقط یک جاذبه متقابل به اندازه کافی قوی از ذرات می تواند آنها را در مایعات و جامدات نزدیک یکدیگر نگه دارد و از پراکندگی سریع آنها در جهات مختلف جلوگیری کند. اما چرا ذرات موجود در گازها نزدیک به هم نمی مانند، چرا از هم دور می شوند؟ ظاهراً در گازها به هم پیوستگی ذرات برای حفظ آنها کافی نیست.

در مکانیک، برای ارزیابی برهمکنش (اتصال) اجسام، از کمیت فیزیکی مانند انرژی پتانسیل برهمکنش استفاده کردیم. در نظریه جنبشی ماده، ارتباط بین ذرات ماده با انرژی برهمکنش آنها Ec مشخص می شود (این انرژی همیشه بالقوه نیست). این واقعیت که ذرات در مایعات و جامدات یکدیگر را نگه می دارند، اما در گازها نه، نشان می دهد که انرژی پیوند ذرات با یکدیگر در این محیط ها متفاوت است.

گاز. در گاز، فاصله بین ذرات زیاد و اتصال آنها ضعیف است. ذرات گهگاه با یکدیگر و با دیواره رگ برخورد می کنند. برخوردها ماهیت کشسانی دارند، یعنی. انرژی کل و تکانه کل حفظ می شوند. در فواصل بین برخوردها، ذرات آزادانه حرکت می کنند، یعنی. تعامل نکنید منطقی است که فرض کنیم انرژی برهمکنش (پیوند) ذرات در یک گاز تقریباً صفر است.

مایع. در یک مایع، ذرات به هم نزدیکتر شده و تا حدی لمس می شوند. جاذبه متقابل آنها قوی است و با انرژی اتصال Ecw (آب) مشخص می شود. برای جدا کردن یک مولکول از قسمت عمده مایع، لازم است کار A> 0 انجام شود. در نتیجه، مولکول آزاد می شود، مانند یک گاز، به عنوان مثال. انرژی اتصال آن را می توان برابر با صفر در نظر گرفت. طبق قانون بقای انرژی، Ecw (آب) + A = 0 که از آن Ecw (آب) = –A< 0.

برای تعیین مقدار عددی انرژی Eb(آب) ذرات در آب، اجازه دهید به آزمایش روی آوریم. مشاهدات روزمره نشان می دهد: برای تبخیر آب در حال جوش در یک کتری، باید مقدار معینی چوب یا گاز بسوزانید. به عبارت دیگر، کار باید انجام شود. با استفاده از دماسنج می توانید از یکسان بودن دمای آب جوش و بخار بالای آن اطمینان حاصل کنید. در نتیجه، میانگین انرژی حرکت ذرات در آب جوش و بخار یکسان است. انرژی حرارتی که از سوخت به آب در حال جوش منتقل می شود به انرژی برهمکنش ذرات آب در حال تبخیر تبدیل می شود. این بدان معناست که انرژی Eb ذرات در آب جوش کمتر از بخار آب است. اما در یک جفت Ec(pair) = 0، بنابراین، انرژی برهمکنش ذرات در مایع کمتر از صفر است، یعنی. منفی.

اندازه گیری با استفاده از کالریمتر نشان می دهد که برای تبخیر 1 کیلوگرم آب جوش در فشار معمولی اتمسفر، باید حدود 2.3  106 ژول انرژی به آن منتقل شود. بخشی از این انرژی (تقریباً 0.2  106 J) صرف می شود تا بخار آب حاصل بتواند ذرات هوا را از یک لایه نازک بالای سطح مایع جابجا کند. بقیه انرژی (2.1  106 J) برای افزایش انرژی اتصال ذرات آب در طول انتقال آنها از مایع به بخار می رود (شکل 6). محاسبات نشان می دهد که 1 کیلوگرم آب دارای 3.2  1025 ذره است. با تقسیم انرژی 2.1  106 ژول بر 3.2  1025، به دست می‌آید: انرژی اتصال Eb هر ذره آب با ذرات دیگر در طول انتقال آن از مایع به بخار، 6.6  10-20 ژول افزایش می‌یابد.

جامد. برای ذوب و تبدیل یخ به آب، باید کار انجام دهید یا مقدار مشخصی گرما را به یخ منتقل کنید. انرژی اتصال مولکول های آب در فاز جامد Eb< 0, причем эта энергия по модулю больше, чем энергия связи молекул воды в жидкой فاز. هنگامی که یخ ذوب می شود، دمای آن 0 درجه سانتیگراد باقی می ماند. آب تشکیل شده در حین ذوب دارای دمای یکسانی است. بنابراین برای انتقال یک ماده از حالت جامد به مایع، باید انرژی برهمکنش ذرات آن را افزایش داد. برای ذوب 1 کیلوگرم یخ که قبلاً شروع به ذوب شدن کرده است، باید 3.3  105 ژول انرژی مصرف کنید (شکل 7). تقریباً تمام این انرژی برای افزایش انرژی اتصال ذرات در طول انتقال آنها از یخ به آب استفاده می شود. به اشتراک گذاری انرژی

3.3  105 ژول به ازای هر تعداد 3.2  1025 ذره موجود در 1 کیلوگرم یخ، دریافتیم که انرژی برهمکنش Eb ذرات یخ 10 تا 20 ژول کمتر از آب است.

بنابراین، انرژی برهمکنش ذرات بخار صفر است. در آب، انرژی پیوند هر یک از ذرات آن با ذرات دیگر تقریباً 6.6  10-20 ژول کمتر از بخار است، یعنی. Eb(آب) = -6.6  10-20 J. در یخ، انرژی اتصال هر ذره با سایر ذرات یخ 1.0  10-20 J کمتر از آب است (و بر این اساس 6.6  10-20 J + 1.0  10-20 J = 7.6  10-20 J کمتر از بخار آب). این بدان معنی است که در یخ Ec(ice) = -7.6  10-20 J.

در نظر گرفتن ویژگی های انرژی برهمکنش ذرات یک ماده در حالت های مختلف تجمع برای درک تبدیل انرژی در طول انتقال یک ماده از یک حالت تجمع به حالت دیگر مهم است.

اجازه دهید به طور خاص نمونه‌هایی از سوالاتی را که دانش‌آموزان می‌توانند بدون مشکل پاسخ دهند، ارائه کنیم.

1. آب در دمای ثابت می جوشد و انرژی را از شعله یک مشعل گاز جذب می کند. وقتی این اتفاق می افتد چه اتفاقی می افتد؟

الف) انرژی حرکت مولکول های آب افزایش می یابد.

ب) انرژی برهمکنش مولکول های آب افزایش می یابد.

ج) انرژی حرکت مولکول های آب کاهش می یابد.

د) انرژی برهمکنش مولکول های آب کاهش می یابد.

(پاسخ: ب.)

2. هنگام ذوب یخ:

الف) انرژی جنبشی یک قطعه یخ افزایش می یابد.

ب) انرژی داخلی یخ افزایش می یابد.

ج) انرژی پتانسیل یک قطعه یخ کاهش می یابد.

د) انرژی درونی یخ کاهش می یابد.

(پاسخ: ب.)

تا به حال، انرژی تعامل بین اجسام را در نظر گرفته ایم که یکدیگر را جذب می کنند. هنگام مطالعه الکترواستاتیک، مفید است که با دانش آموزان در مورد این سؤال که آیا انرژی برهمکنش ذرات هنگام دفع یکدیگر مثبت یا منفی است، بحث کنید. وقتی ذرات یکدیگر را دفع می کنند، نیازی به انتقال انرژی به آنها برای دور شدن از یکدیگر نیست. انرژی برهمکنش به انرژی حرکت ذرات در حال پرواز تبدیل می شود و با افزایش فاصله بین ذرات به صفر می رسد. در این مورد، انرژی تعامل یک مقدار مثبت است. هنگام بحث در مورد مسائل زیر می توان ویژگی های شناسایی شده انرژی تعامل را تجمیع کرد:

1. انرژی برهمکنش بین دو توپ با بار مخالف مثبت است یا منفی؟ پاسخت رو توجیه کن.

2. آیا انرژی برهمکنش بین دو توپ با بار مشابه مثبت است یا منفی؟ پاسخت رو توجیه کن.

3. دو آهنربا با قطب های مشابه به یکدیگر نزدیک می شوند. آیا انرژی تعامل آنها افزایش می یابد یا کاهش می یابد؟

انرژی ارتباطی در عالم صغیر

طبق مفاهیم مکانیک کوانتومی، یک اتم از هسته ای تشکیل شده است که توسط الکترون احاطه شده است. در چارچوب مرجع مرتبط با هسته، انرژی کل اتم مجموع انرژی حرکت الکترون به دور هسته، انرژی برهمکنش کولنی الکترون ها با یک هسته با بار مثبت و انرژی برهمکنش کولنی است. الکترون ها با یکدیگر بیایید ساده ترین اتم ها را در نظر بگیریم - اتم هیدروژن.

اعتقاد بر این است که انرژی کل یک الکترون برابر است با مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل برهمکنش کولن با هسته. طبق مدل بور، انرژی کل یک الکترون در اتم هیدروژن فقط می تواند مجموعه ای از مقادیر را به خود بگیرد:

که در آن E0 بر حسب ثابت های جهان و جرم الکترون بیان می شود. اندازه گیری مقادیر عددی E(n) نه در ژول بلکه در الکترون ولت راحت تر است. اولین مقادیر مجاز عبارتند از:

E(1) = -13.6 eV (انرژی زمین، پایدارترین حالت الکترون).

E(2) = -3.4 eV;

E(3) = -1.52 eV.

علامت گذاری کل سری مقادیر مجاز انرژی کل اتم هیدروژن با خط تیره روی محور انرژی عمودی راحت است (شکل 8). فرمول های محاسبه مقادیر ممکن انرژی الکترون برای اتم های سایر عناصر شیمیایی پیچیده هستند، زیرا اتم ها الکترون های زیادی دارند که نه تنها با هسته، بلکه با یکدیگر نیز برهم کنش دارند.

اتم ها با هم ترکیب می شوند و مولکول ها را تشکیل می دهند. در مولکول ها، تصویر حرکت و برهمکنش الکترون ها و هسته های اتمی بسیار پیچیده تر از اتم ها است. بر این اساس، مجموعه مقادیر ممکن انرژی داخلی تغییر می کند و پیچیده تر می شود. مقادیر ممکن انرژی داخلی هر اتم و مولکول دارای برخی ویژگی‌ها هستند.

ما قبلاً اولین ویژگی را روشن کرده ایم: انرژی یک اتم کوانتیزه می شود، یعنی. فقط می تواند مجموعه ای مجزا از مقادیر را بگیرد. اتم های هر ماده مجموعه ای از مقادیر انرژی خاص خود را دارند.

ویژگی دوم این است که تمام مقادیر ممکن E(n) انرژی کل الکترون ها در اتم ها و مولکول ها منفی است. این ویژگی با انتخاب سطح صفر انرژی برهمکنش بین الکترون های یک اتم و هسته آن مرتبط است. به طور کلی پذیرفته شده است که انرژی برهمکنش یک الکترون با یک هسته زمانی که الکترون در فاصله زیادی حذف شود صفر است و جاذبه کولنی الکترون به هسته ناچیز است. اما برای جدا کردن کامل یک الکترون از هسته، باید کمی کار کنید و آن را به سیستم هسته + الکترون منتقل کنید. به عبارت دیگر، برای اینکه انرژی برهمکنش الکترون و هسته صفر شود، باید آن را افزایش داد. و این بدان معنی است که انرژی اولیه برهمکنش بین الکترون و هسته کمتر از صفر است، یعنی. منفی.

ویژگی سوم این است که آنهایی که در شکل 1 ساخته شده اند. 8، علائم مقادیر ممکن انرژی داخلی یک اتم در E = 0 خاتمه می یابد. این بدان معنا نیست که انرژی سیستم الکترون + هسته در اصل نمی تواند مثبت باشد. اما وقتی به صفر می رسد، سیستم دیگر اتم نیست. در واقع، در مقدار E = 0، الکترون از هسته حذف می شود و به جای یک اتم هیدروژن، یک الکترون و یک هسته وجود دارد که به یکدیگر متصل نیستند.

اگر الکترون جدا شده با انرژی جنبشی Ek به حرکت خود ادامه دهد، آنگاه انرژی کل سیستم ذرات غیر متقابل دیگر یون + الکترون می تواند هر مقدار مثبت E = 0 + Ek را بگیرد.

مسائل مورد بحث

1. انرژی درونی اتم از چه اجزایی تشکیل شده است؟

2. چرا انرژی یک اتم را فقط با استفاده از مثال اتم هیدروژن در نظر گرفتیم؟

3. از مدل مکانیکی کوانتومی آن چه نتیجه ای در مورد ویژگی های انرژی داخلی اتم حاصل می شود؟

4. چرا انرژی درونی اتم یا مولکول را منفی می دانیم؟

5. آیا انرژی یک گروه یون + الکترون می تواند مثبت باشد؟

آشنایی با انرژی درونی یک اتم نه تنها دانش در مورد امکان مقادیر منفی انرژی پتانسیل را تثبیت می کند، بلکه تعدادی از پدیده ها را توضیح می دهد، به عنوان مثال، پدیده اثر فوتوالکتریک یا انتشار نور توسط اتم ها. در نهایت، دانش به‌دست‌آمده به دانش‌آموزان این امکان را می‌دهد تا درباره یک سوال بسیار جالب درباره برهمکنش نوکلئون‌ها در هسته بحث کنند.

ثابت شده است که هسته اتم از نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) تشکیل شده است. پروتون ذره ای با جرم 2000 برابر بیشتر از جرم الکترون است که حامل بار الکتریکی مثبت (1+) است. همانطور که از الکترودینامیک مشخص است، بارهای یک علامت یکدیگر را دفع می کنند. بنابراین، برهمکنش الکترومغناطیسی پروتون ها را از هم جدا می کند. چرا هسته به اجزای سازنده خود تجزیه نمی شود؟ در سال 1919، ای. رادرفورد هنگام بمباران هسته‌ها با ذرات α متوجه شد که برای بیرون راندن یک پروتون از هسته، انرژی ذره α باید حدود 7 مگا ولت باشد. این انرژی چند صد هزار برابر بیشتر از انرژی لازم برای حذف یک الکترون از اتم است!

در نتیجه آزمایش‌های متعدد، مشخص شد که ذرات درون هسته با نوع جدیدی از برهمکنش به هم متصل می‌شوند. شدت آن صدها برابر بیشتر از شدت برهمکنش الکترومغناطیسی است و به همین دلیل به آن برهمکنش قوی می گویند. این برهمکنش یک ویژگی مهم دارد: برد کوتاهی دارد و تنها زمانی روشن می‌شود که فاصله بین نوکلئون‌ها از 10 تا 15 متر بیشتر نشود.

مدل پروتون-نوترون هسته به فرد اجازه می دهد تا انرژی اتصال نوکلئون ها را در هسته محاسبه کند. به یاد بیاوریم که طبق اندازه گیری ها تقریباً برابر با -7 مگا ولت است. بیایید تصور کنیم که 4 پروتون و 4 نوترون با هم ترکیب شده و هسته بریلیوم را تشکیل می دهند. جرم هر نوترون mn = 939.57 MeV و جرم هر پروتون mp = 938.28 MeV است (در اینجا ما از سیستم واحدهای پذیرفته شده در فیزیک هسته ای استفاده می کنیم که در آن جرم نه بر حسب کیلوگرم، بلکه در واحدهای انرژی معادل اندازه گیری می شود. با استفاده از رابطه انیشتین E0 = mc2 دوباره محاسبه شد. در نتیجه، کل انرژی سکون 4 پروتون و 4 نوترون قبل از ترکیب شدن در یک هسته 7511.4 مگا ولت است. انرژی باقی مانده هسته Be 7454.7 مگا ولت است. می توان آن را به عنوان مجموع انرژی استراحت خود نوکلئون ها (7511.4 مگا الکترون ولت) و انرژی اتصال نوکلئون ها به یکدیگر Eb نشان داد. از همین رو:

7454.7 MeV = 7511.4 MeV + Ev.

از اینجا دریافت می کنیم:

Ep = 7454.7 MeV -7511.4 MeV = -56.7 MeV.

این انرژی در تمام 8 نوکلئون هسته بریلیم توزیع می شود. در نتیجه، هر یک از آنها تقریباً 7 مگا الکترون ولت را به خود اختصاص می دهند، همانطور که از آزمایش ها به شرح زیر است. ما دوباره دریافتیم که انرژی اتصال ذرات متقابل جذب شده یک کمیت منفی است.

اغلب اعتقاد بر این است که دو انرژی زندگی متضاد وجود دارد که می توانند یکدیگر را نابود کنند. اعتقاد بر این است که فرد معمولاً با انرژی حیاتی مثبت شارژ می شود و هنگامی که بار انرژی حیاتی منفی دریافت می کند بیمار می شود، ممکن است بیمار شود یا حتی به طور کلی به دنیای دیگری از دنیا برود.

آیا اینطور است؟

این رویکرد، از دیدگاه فیزیکی، حاوی تناقضاتی است. مثلاً فردی که حامل انرژی حیاتی منفی است باید به نحوی آن را از انرژی مثبت جدا کند، در غیر این صورت این دو انرژی با یکدیگر تعامل خواهند داشت و فردی که حامل انرژی حیاتی منفی است ابتدا باید آسیب ببیند.

به طور کلی، اگر انرژی منفی و مثبت زندگی در فضای اطراف ما توزیع می شود، باید متقابلاً یکدیگر را تخریب کنند و فضاهای بی جان را تشکیل دهند.

اگر انرژی حیاتی منفی از چیزی تولید شود، همان ماهیت انرژی حیاتی مثبت است که از همان چیز ایجاد می شود، اما به گونه ای عمل می کند که باعث از دست دادن انرژی حیاتی بدن می شود.

ما به طور کلی باید به این سوال به طور گسترده تر نگاه کنیم.

هر گونه از دست دادن انرژی حیاتی توسط بدن بر سلامتی و به طور کلی سلامت تأثیر منفی می گذارد. ضرر و زیان می تواند به دلایل مختلفی رخ دهد.

1. اضافه بار فیزیکی.
2. اضافه بار استرس.
3. اضافه بار ذهنی.
4. بیماری ها.
5. خون آشام انرژی.
6. برنامه ریزی ذهنی باز.
7. برنامه ریزی ذهنی پنهان.

در مورد اضافه بار فیزیکی، استرس زا و ذهنی، همه چیز روشن است - این استفاده مستقیم از انرژی حیاتی برای هدف مورد نظر است و مصرف منجر به کاهش ذخایر می شود. بیماری ها همچنین منجر به از دست دادن انرژی حیاتی می شوند.

بیماری ها می توانند نتیجه ترکیبی از شرایط (آسیب ها، عفونت ها و پیامدهای آنها، استعداد ژنتیکی) یا تظاهر کمبود انرژی حیاتی، یعنی نتیجه هر یک از شش نقطه باقی مانده یا ترکیب آنها باشند.

در مورد خون آشام انرژی، بخشی از انرژی حیاتی به نفع خون آشام انرژی برداشته می شود. در نتیجه انرژی حیاتی کمتری در بدن انسان وجود دارد. بر این اساس، سلامت شما بدتر می شود و خطر ابتلا به بیماری افزایش می یابد.

روش های برنامه ریزی ذهنی آشکار و پنهان بسیار خطرناک هستند.

اگر روش‌های برنامه‌ریزی ذهنی باز را در نظر بگیریم، معمولاً از آنها در فرآیند ارتباطات انسانی استفاده می‌شود. اینها روشهای روانشناختی معمولی برای تأثیرگذاری بر حوزه ذهنی یک فرد هستند.

هر گونه ارتباط بین دو نفر برنامه ریزی ذهنی متقابل است. این برنامه ریزی ذهنی بسته به نگرش هایی که افراد هنگام برقراری ارتباط دارند، می تواند اثرات مثبت و منفی داشته باشد. اگر مورد ستایش قرار بگیرید و صمیمانه ابراز همدردی و حمایت کنید، طبیعی است که تأثیر آن بر حوزه ذهنی شما مثبت خواهد بود.

اگر مورد سرزنش، انتقاد، تحقیر، ناتوانی شما ثابت شود، این امر عناصر منفی برنامه نویسی را وارد حوزه ذهنی شما می کند که تأثیر مخربی روی آن می گذارد و منجر به از دست دادن انرژی حیاتی می شود.

برنامه‌ریزی ذهنی باز که از طریق تماس مستقیم بین افراد انجام می‌شود، هرگز خالص نیست و فقط بر اساس فرمول‌های کلامی است. کلمات کلید تعامل طنین انداز ناخودآگاه هستند.

کلام گفتاری، هم در ناخودآگاه گوینده و هم در ناخودآگاه شنونده، تصاویر مشابهی را تداعی می کند که در سطح ناخودآگاه با هم تعامل دارند و تماس ذهنی ناخودآگاه برقرار می کند و منجر به تبادل انرژی حیاتی می شود. هرچه چنین تصاویری بیشتر و روشن تر تولید شوند، تماس در سطح ناخودآگاه قوی تر، تبادل انرژی شدیدتر رخ می دهد.

اگر حمله روانی با بیان قوی عاطفی و کلامی انجام شود، این امر منجر به وارد شدن برنامه های مخرب به آگاهی و ناخودآگاه قربانی حمله می شود که با مواجهه منظم، آسیب جدی به روان وارد می کند و منجر به فاجعه می شود. تلفات انرژی ساده ترین مثال از چنین برنامه مخربی ضرب المثل است - "اگر صد بار به کسی بگویید خوک است، صد و اولین بار او غرغر می کند."

حمله مشابهی را می توان بدون تماس مستقیم روانی انجام داد. ایجاد یک برنامه ذهنی مخرب و معرفی آن به حوزه ذهنی قربانی با استفاده از تکنیک های آیینی، هیپنوتیزمی و غیره انجام می شود. در نتیجه این اجرا، هم از دست دادن کلی انرژی حیاتی و هم بلوک های آن که مسئول بخش های خاصی از هوشیاری یا اندام های داخلی بدن هستند رخ می دهد.

معمولاً به چنین بلوک های برنامه مخرب انرژی منفی می گویند. طبیعتاً چنین نامی از نظر منطقی نادرست است. این برنامه های مخرب را به همین راحتی می توان برنامه نویسی منفی نامید.

چنین برنامه‌نویسی برای شخصی که چنین برنامه‌هایی را می‌سازد بسیار خطرناک است، زیرا اگر اشتباه کند، خودش می‌تواند قربانی چنین برنامه‌هایی شود. این برنامه ها می توانند عملکرد خود را بر اساس این اصل بر روی برنامه نویس قرار دهند: "برای شخص دیگری چاله حفر نکن، خودت در آن می افتی."

N.K. گلادیشوا، IOSO RAO، مدرسه شماره 548، مسکو

این موضوع هرگز به طور خاص در کتاب های درسی به اصطلاح پایدار به تفصیل مطرح نشده است. برای دانش آموزان دبیرستانی خیلی سخت تلقی می شد. در همان زمان، دانش آموزان "به طور پیش فرض" (و اغلب معلمان) معتقدند که انرژی فقط می تواند یک کمیت مثبت باشد. این منجر به سوء تفاهم در هنگام تجزیه و تحلیل تبدیل انرژی در فرآیندهای مختلف می شود. به عنوان مثال، چگونه می توان توضیح داد که وقتی آب می جوشد، تمام انرژی داده شده به ماده به تبخیر می رود، در حالی که میانگین انرژی جنبشی حرکت ذرات تغییر نمی کند و انرژی برهمکنش ذرات برابر با صفر می شود؟ انرژی حاصل از بخاری کجا ناپدید می شود؟ مثال های زیادی از این دست می توان زد. اما بهتر است که سکوت نکنیم که انرژی تعامل بین اجسام می تواند مثبت و منفی باشد. مشکلات در درک این ماده بسیار دور از ذهن است. از این گذشته ، حتی دانش آموزان دبستانی هم می دانند که دمای محیط می تواند مثبت و منفی باشد! علاوه بر این، دانش‌آموزان به راحتی وجود سایر مقیاس‌های دما (سانتیگراد، فارنهایت، رئومور) را در کنار مقیاس کلوین درک می‌کنند. بنابراین، این ایده که مقدار عددی برخی از کمیت‌های فیزیکی به یک مبدأ مرسوم انتخاب شده برای مرجع آن بستگی دارد، برای یک دانش‌آموز دبیرستانی غیرقابل درک نیست.

انتخاب نقطه مرجع انرژی پتانسیل

ما نشان خواهیم داد که چگونه به دانش آموزان توضیح دهیم که هنگام مطالعه پدیده های مکانیکی، در بسیاری از موارد انتخاب سطح مرجع برای انرژی پتانسیل راحت است تا مقدار منفی داشته باشد.

تجزیه و تحلیل تبدیل انرژی مستلزم آشنایی دقیق تر دانش آموزان با اشکال آن است. هر کتاب درسی گزارش می دهد که جسمی به جرم m که نسبت به یک چارچوب مرجع انتخابی با مقداری سرعت v حرکت می کند، دارای انرژی جنبشی Ekin = mv2/2 در این قاب است. اگر در یک چارچوب مرجع جسم بی حرکت باشد، انرژی جنبشی آن برابر با صفر است. بنابراین انرژی جنبشی جسم را انرژی حرکت می نامند. برخلاف سایر ویژگی های حرکت، مانند سرعت v یا تکانه p = mv، انرژی جنبشی با جهت حرکت ارتباطی ندارد. این یک کمیت اسکالر است. توصیه می شود از دانش آموزان دعوت شود تا به طور مستقل نشان دهند که انرژی جنبشی یک جسم و یک سیستم اجسام نمی تواند کمیت منفی باشد.

ماهیت انرژی پتانسیل می تواند کاملاً متفاوت باشد. در مورد یک آونگ ریاضی (نقطه مادی به جرم m معلق بر روی یک رشته غیر قابل امتداد بی وزن به طول l)، با جاذبه بار آونگ توسط زمین مرتبط است. این فعل و انفعال گرانشی است که سرعت بار را در حین حرکت به سمت بالا کاهش می دهد. در مورد برخورد توپ تنیس به دیوار، انرژی پتانسیل با تغییر شکل توپ مرتبط است. وجه مشترک انرژی برهمکنش بار با زمین و انرژی تغییر شکل این است که چنین انرژی می تواند به انرژی جنبشی تبدیل شود و بالعکس.

با این حال، همه فرآیندها برگشت پذیر نیستند. به عنوان مثال، هنگامی که یک چکش به یک تکه سرب برخورد می کند، به نظر می رسد انرژی جنبشی چکش بدون اثری ناپدید می شود - چکش تقریباً پس از برخورد به عقب برنمی گردد. در این حالت انرژی جنبشی چکش به گرما و متعاقب آن اتلاف غیرقابل برگشت آن تبدیل می شود.

بیایید نگاهی دقیق تر به مفهوم انرژی پتانسیل بیندازیم. ماهیت انرژی پتانسیل متفاوت است، بنابراین فرمول واحدی برای محاسبه آن وجود ندارد. از بین انواع برهمکنش ها، ما اغلب با برهمکنش گرانشی زمین و اجسامی که در نزدیکی سطح آن قرار دارند مواجه می شویم، بنابراین قبل از هر چیز باید به بحث در مورد ویژگی های برهمکنش گرانشی بپردازیم.

فرمول محاسبه انرژی پتانسیل برهمکنش زمین با اجرام نزدیک به سطح آن چیست؟ پاسخ توسط نوسانات آونگ پیشنهاد می شود. لطفاً توجه داشته باشید (شکل 1): نقاط B، که در آن انرژی جنبشی کاملاً به شکل نهفته (بالقوه) تبدیل می شود و نقطه A،

جایی که انرژی جنبشی آونگ به طور کامل بازیابی می شود، در ارتفاعات مختلف از سطح زمین قرار می گیرند. هویگنس همچنین دریافت که ارتفاع h صعود آونگ به نقطه B با مجذور سرعت آن v2max در نقطه پایین A متناسب است. بار و ارتفاع h افزایش آن در طول نوسانات. اندازه گیری دقیق حداکثر سرعت vmax و ارتفاع h نشان می دهد که برابری همیشه برآورده می شود:

که در آن g  10 N/kg = 10 m/s2. اگر طبق قانون بقای انرژی فرض کنیم که تمام انرژی جنبشی آونگ در نقاط B به انرژی برهمکنش گرانشی بار آن با زمین تبدیل شود، انرژی این برهمکنش باید با استفاده از آن محاسبه شود. فرمول:

این فرمول یک توافق شرطی را پنهان می کند: موقعیت اجسام برهم کنش، که در آن انرژی برهمکنش آنها En به طور معمول برابر با صفر (سطح صفر) در نظر گرفته می شود، به گونه ای انتخاب می شود که در این موقعیت ارتفاع h = 0 باشد. اما هنگام انتخاب سطح صفر، فیزیکدانان تنها با تمایل به ساده کردن راه حل برای وظایف محدود هدایت می شوند. اگر به دلایلی فرض کنیم که انرژی پتانسیل برابر با صفر در یک نقطه در ارتفاع h0  0 است، فرمول انرژی پتانسیل به شکل زیر است:

Ep = mg (h - h0).

سقوط سنگ از صخره را در نظر بگیرید (شکل 2). تعیین اینکه چگونه انرژی جنبشی Ek سنگ و انرژی پتانسیل En تعامل آن با زمین با سقوط آن تغییر می کند، ضروری است. فرض کنید در لبه صخره (نقطه A) سرعت سنگ صفر باشد.

هنگامی که یک سنگ سقوط می کند، اصطکاک آن با هوا کم است، بنابراین می توانیم فرض کنیم که انرژی اتلاف نشده و تبدیل آن به گرما وجود ندارد. در نتیجه، طبق قانون بقای انرژی، هنگام سقوط یک سنگ، مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل سیستم اجسام زمین + سنگ تغییر نمی کند، یعنی.

(Ek + Ep)|B = (Ek+E0)|A.

اجازه دهید به موارد زیر توجه کنیم.

1. با توجه به شرایط مسئله در نقطه A سرعت سنگ صفر است بنابراین Ek| A = 0.

2. انتخاب سطح صفر انرژی پتانسیل تعامل بین سنگ و زمین به گونه ای راحت است که حل مسئله را تا حد امکان ساده کند. از آنجایی که فقط یک نقطه ثابت نشان داده شده است - لبه سنگ A - منطقی است که آن را به عنوان مبدا در نظر بگیرید و Ep| A = 0. سپس انرژی کل (Ek + Ep)|A = 0. در نتیجه، به موجب قانون بقای انرژی، مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل سنگ و زمین اصلاً برابر صفر می‌ماند. نقاط مسیر:

(Ek + Ep)|B = 0.

مجموع دو عدد غیر صفر تنها در صورتی برابر با صفر است که یکی از آنها منفی و دیگری مثبت باشد. قبلاً اشاره کردیم که انرژی جنبشی نمی تواند منفی باشد. بنابراین، از برابری (Ek + Ep)|B = 0 نتیجه می شود که انرژی پتانسیل برهمکنش سنگ در حال سقوط با زمین یک کمیت منفی است. این به دلیل انتخاب سطح انرژی پتانسیل صفر است. لبه سنگ را نقطه مرجع صفر مختصات h سنگ در نظر گرفتیم. تمام نقاطی که سنگ از طریق آنها پرواز می کند در زیر لبه صخره قرار دارد و مقادیر مختصات h این نقاط زیر صفر قرار دارد، یعنی. آنها منفی هستند. در نتیجه، طبق فرمول En = mgh، انرژی En حاصل از برهمکنش سنگ در حال سقوط با زمین نیز باید منفی باشد.

از معادله قانون بقای انرژی Ek + En = 0 به دست می آید که در هر ارتفاع h از لبه سنگ، انرژی جنبشی سنگ برابر با انرژی پتانسیل آن است که با علامت مخالف گرفته شده است:

Ek = –En = –mgh

(باید به خاطر داشت که h یک مقدار منفی است). نمودارهای وابستگی انرژی پتانسیل Ep و انرژی جنبشی Ek به مختصات h در شکل نشان داده شده است. 3.

همچنین بررسی فورا موردی مفید است که یک سنگ در نقطه A با سرعت عمودی مشخص v0 به سمت بالا پرتاب می شود. در لحظه اولیه، انرژی جنبشی سنگ Ek = mv02/2 است و انرژی پتانسیل، بر اساس قرارداد، صفر است. در یک نقطه دلخواه در مسیر، انرژی کل برابر است با مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل mv2/2 + mgh. قانون بقای انرژی به صورت زیر نوشته می شود:

mv02/2 = mv2/2 + mgh.

در اینجا h می تواند هر دو مقدار مثبت و منفی داشته باشد، که مربوط به حرکت سنگ از نقطه پرتاب به سمت بالا یا سقوط به زیر نقطه A است. بنابراین، برای مقادیر خاصی از h انرژی پتانسیل مثبت و برای برخی دیگر منفی است. این مثال باید قرارداد تخصیص انرژی پتانسیل یک علامت خاص را به دانش آموز نشان دهد.

پس از آشنایی دانش‌آموزان با مطالب فوق، بهتر است سوالات زیر را با آنها در میان بگذارید:

1. انرژی جنبشی جسم در چه شرایطی برابر با صفر است؟ انرژی بالقوه بدن؟

2. توضیح دهید که آیا نمودار شکل 1 با قانون بقای انرژی سیستم اجسام زمین + سنگ مطابقت دارد یا خیر. 3.

3. انرژی جنبشی توپ پرتاب شده چگونه تغییر می کند؟ چه زمانی کاهش می یابد؟ آیا افزایش می یابد؟

4. چرا وقتی سنگ می افتد انرژی پتانسیل آن منفی می شود اما وقتی پسری از تپه غلت می زند مثبت تلقی می شود؟

انرژی بالقوه جسم در میدان گرانشی

مرحله بعدی شامل آشنا کردن دانش آموزان با انرژی پتانسیل یک جسم در میدان گرانشی است. انرژی برهمکنش یک جسم با میدان گرانشی زمین تنها در صورتی با فرمول En = mgh توصیف می شود که میدان گرانشی زمین را بتوان یکنواخت و مستقل از مختصات در نظر گرفت. میدان گرانشی توسط قانون گرانش جهانی تعیین می شود.

V.Yu. میشین

تشخیص سل- یک آزمایش تشخیصی برای تعیین وجود حساسیت خاص بدن انسان به MBT، ناشی از عفونت یا مصنوعی - واکسیناسیون با سویه واکسن BCG.

توبرکولین کخ قدیمی(Alt Tuberculin Koch - ATK) یک عصاره آب-گلیسرول از کشت سل MBT انسان و گاو است که در آب گوشت-پپتون با افزودن محلول گلیسرول 4 درصد رشد می کند.

با این حال، توبرکولین به دست آمده از این طریق حاوی مشتقات پروتئینی گوشت و پپتون است که بخشی از محیط هستند، که منجر به واکنش های غیر اختصاصی می شود که تشخیص را پیچیده می کند. بنابراین، ATK در سال های اخیر کاربرد محدودی پیدا کرده است. موجود در آمپول های 1 میلی لیتری حاوی 100000 TE.

خاص تر و عاری از مواد بالاست است مشتق پروتئین خالص شده(مشتق پروتئین خالص - PPD) توسط دانشمندان آمریکایی F. Seibert و S. Glenn (F. Seibert, S. Glenn) در سال 1934 به دست آمد. این آماده سازی نشان دهنده فیلتر یک ماده کشته شده در اثر حرارت است که توسط اولترافیلتراسیون خالص شده، با اسید تری کلرواستیک رسوب داده شده، با الکل و اتر شسته شده است. کشت های مایکوباکتریوم توبرکلوزیس از انواع انسانی و گاوی در خلاء از حالت یخ زده خشک شد.

در کشور ما داخلی توبرکولین خشک خالص شدهدر سال 1939 تحت رهبری MA Linnikova در موسسه تحقیقات واکسن و سرم لنینگراد تولید شد، به همین دلیل است که این توبرکولین نامیده می شود. PPD-L.

PPD-L به دو صورت موجود است:

• توبرکولین خالص در رقت استاندارد- مایع شفاف بی رنگ آماده مصرف در آمپول های 3 میلی لیتری با فعالیت 2 TE در 0.1 میلی لیتر. محلول توبرکولین در محلول 0.85% کلرید سدیم با افزودن Tween-80 که یک ماده شوینده است و پایداری فعالیت بیولوژیکی دارو را تضمین می کند و 0.01% کینوسول به عنوان نگهدارنده است. محلول های استاندارد توبرکولین نیز تهیه می شود که حاوی 5 TE، YUTE، 100 TE در 0.1 میلی لیتر محلول است.
• توبرکولین خشک خالص شدهبه صورت پودر سفید در آمپول های 50000 TE در یک بسته با محلول نمکی حلال - کربولیزه.

فعالیتهر توبرکولینبیان شده در واحدهای توبرکولین (آنهایی که). استاندارد ملی توبرکولین PPD-L در سال 1963 تصویب شد. 1 TU توبرکولین خانگی حاوی 0.00006 میلی گرم آماده سازی خشک است. این واحد توبرکولین است که اساس تنظیم قدرت تست توبرکولین است.

از نظر ترکیب بیوشیمیایی، توبرکولین یک ترکیب پیچیده است که شامل پروتئین ها (توبرکولوپروتئین ها)، پلی ساکاریدها، فراکسیون های لیپیدی و اسید نوکلئیک می باشد. اصل فعال توبرکولین توبرکولوپروتئین است.

از دیدگاه ایمونولوژیک، توبرکولین یک هاپتن (آنتی ژن ناقص) است، یعنی باعث تولید آنتی بادی های خاصی نمی شود، اما در ارگانیسم آلوده، پاسخ آنتی ژن-آنتی بادی را آغاز می کند، مشابه واکنش به یک MBT زنده یا کشته شده. فرهنگ.

اکنون مشخص شده است که واکنش های بدن به توبرکولین تظاهرات کلاسیک پدیده ایمونولوژیک HRT است که در نتیجه تعامل یک آنتی ژن ایجاد می شود.
(توبرکولین) با لنفوسیت های موثر که گیرنده های خاصی روی سطح خود دارند.

در این حالت، برخی از لنفوسیت‌ها می‌میرند و آنزیم‌های پروتئولیتیک آزاد می‌کنند که اثر مخربی روی بافت ایجاد می‌کند. یک واکنش التهابی نه تنها در محل تزریق، بلکه در اطراف کانون های سل نیز رخ می دهد. هنگامی که سلول های حساس از بین می روند، مواد فعال با خواص تب زا آزاد می شوند.

در پاسخ به ورود توبرکولین به بدن، افراد مبتلا و بیماران مبتلا به سل توسعه می یابند. تزریق، عمومی و واکنش های کانونی. پاسخ بدن به توبرکولین بستگی به دوز و محل تجویز دارد. بنابراین، با تجویز پوستی (تست پیرکت)، داخل جلدی (تست مانتو) دارو، واکنش موضعی (پریک) و با تجویز زیر جلدی (تست کوخ) یک واکنش موضعی، عمومی و کانونی ظاهر می‌شود.

واکنش پنچریبا ظاهر شدن پاپول ها (نفوذ) و پرخونی در محل تزریق توبرکولین مشخص می شود. با واکنش های هیپررژیک، تشکیل وزیکول، تاول، لنفانژیت و نکروز امکان پذیر است. اندازه گیری قطر نفوذ به شما امکان می دهد واکنش را به دقت ارزیابی کنید و میزان حساسیت بدن به مقدار توبرکولین مورد استفاده را منعکس کنید.

پاتومورفولوژی واکنش توبرکولیندر مرحله اولیه (24 ساعت اول) با ادم و ترشح، در دوره های بعدی (72 ساعت) - یک واکنش تک هسته ای ظاهر می شود. در واکنش های هایپررژیک با نکروز مشخص، عناصر خاصی با سلول های اپیتلیوئید و غول پیکر در محل تزریق یافت می شوند.

واکنش عمومی ارگانیسم آلودهتجویز توبرکولین با بدتر شدن وضعیت عمومی، سردرد، آرترالژی، افزایش دمای بدن، تغییر در هموگرام، پارامترهای بیوشیمیایی، ایمنی آشکار می شود.

واکنش کانونیبا افزایش التهاب پری فوکال در اطراف کانون سل مشخص می شود. در فرآیند ریوی، واکنش کانونی با افزایش سرفه، درد قفسه سینه، افزایش مقدار خلط، هموپتیزی و رادیوگرافی - افزایش تغییرات التهابی در ناحیه ضایعه خاص ظاهر می شود. با سل کلیه - ظهور لکوسیت ها و MBT در ادرار. در اشکال فیستولوز لنفادنیت محیطی - افزایش چرک و غیره.

حساسیت بدن انسان به توبرکولینمی تواند متفاوت باشد: منفی ( انرژي) هنگامی که بدن به معرفی توبرکولین پاسخ نمی دهد. ضعیف ( هیپوورژی)، در حد متوسط ​​( نرمرژی) و تلفظ می شود ( هایپررژی).

شدت واکنش‌ها به توبرکولین به شدت و حدت عفونت (وجود تماس با بیمار مبتلا به سل، عفونت با سویه‌های بسیار بدخیم MBT از بیمار در حال مرگ و غیره)، مقاومت بدن، دوز، روش و دفعات عفونت بستگی دارد. مدیریت.

اگر توبرکولین در دوزهای زیاد و در فواصل زمانی کوتاه استفاده شود، حساسیت بدن به آن افزایش می یابد (اثر تقویت کننده).

فقدان پاسخ بدن به توبرکولین (آنرژی) به اولیه - در افراد مبتلا به سل، و ثانویه - یک وضعیت همراه با از دست دادن حساسیت به سل در افراد مبتلا و بیمار به سل تقسیم می شود.

آنرژی ثانویه با لنفوگرانولوماتوز، سارکوئیدوز، بسیاری از بیماری‌های عفونی حاد (سرخک، سرخجه، مخملک، سیاه سرفه و غیره)، کمبود ویتامین، کاشکسی، سل پیشرونده، شرایط تب، درمان با هورمون‌ها، سیتواستاتیک و بارداری ایجاد می‌شود.

برعکس، در شرایط سوپر عفونت اگزوژن، در صورت وجود آلودگی کرمی، کانون های مزمن عفونت، پوسیدگی های متعدد، کلسیفیکاسیون در ریه ها و غدد لنفاوی داخل قفسه سینه و پرکاری تیروئید، تست های توبرکولین افزایش می یابد.

تشخیص توبرکولین به دسته جمعی و فردی تقسیم می شود. زیر تشخیص توبرکولین انبوهشامل بررسی گروه های سالم کودکان و نوجوانان با استفاده از تست مانتو داخل پوستی با 2 TE PPD-L است. زیر شخصی- انجام تشخیص افتراقی سل و بیماری های غیر اختصاصی، تعیین ماهیت حساسیت به توبرکولین، تعیین فعالیت تغییرات خاص.

اهداف تشخیص توبرکولین توده ایهستند:

1. شناسایی افراد تازه آلوده به MTB ("نوبت" تست های توبرکولین)؛
2. شناسایی افراد با واکنش هایپرارژیک و فزاینده به توبرکولین.
3. انتخاب مواد لازم برای واکسیناسیون ضد سل با واکسن BCG کودکان 2 ماهه و بزرگتر که واکسیناسیون را در بیمارستان زایمان دریافت نکرده اند و برای واکسیناسیون مجدد با BCG.
4. تشخیص زودهنگام سل در کودکان و نوجوانان؛
5. تعیین شاخص های اپیدمیولوژیک برای سل (عفونت جمعیت با MTB، خطر سالانه عفونت با MTB).

برای تشخیص توبرکولین انبوه، تنها از یک تست توبرکولین داخل جلدی Mantoux با 2 TE PPD-L استفاده می شود.

تکنیک تست مانتو. برای انجام تست مانتو از سرنگ های توبرکولین یک گرمی یکبار مصرف استفاده می شود. 0.2 میلی لیتر توبرکولین از آمپول به داخل سرنگ کشیده می شود، سپس محلول تا علامت 0.1 میلی لیتر رها می شود.

سطح داخلی یک سوم میانی ساعد با الکل 70 درجه درمان شده و با پشم پنبه استریل خشک می شود. سوزن با برش به سمت بالا وارد لایه های بالایی پوست کشیده شده (داخل پوستی) موازی با سطح آن می شود. پس از وارد کردن سوراخ سوزن در پوست، 0.1 میلی لیتر محلول (2 TE PPD-L) از یک سرنگ تزریق می شود، یعنی 1 دوز. با تکنیک صحیح، یک پاپول به شکل "پوست لیمو" در پوست ایجاد می شود که حداقل قطر آن 7-9 میلی متر و به رنگ سفید است.

تکنیک ضبط تست مانتو. تست Mantoux بعد از 72 ساعت با اندازه گیری (mm) قطر نفوذ عرضی به محور ساعد ارزیابی می شود.

هنگام انجام تست مانتو، واکنش در نظر گرفته می شود:

• منفی - عدم وجود کامل نفوذ و پرخونی یا وجود تنها علامت تزریق (نفوذ با قطر 0-1 میلی متر).
• مشکوک - وجود نفوذ 2-4 میلی متر یا فقط پرخونی با هر اندازه.
• مثبت - وجود نفوذ با قطر 5 میلی متر یا بیشتر.
• هایپررژیک - وجود نفوذ با قطر 17 میلی متر یا بیشتر در کودکان و نوجوانان، در بزرگسالان - 21 میلی متر یا بیشتر. در صورت وجود وزیکول، نکروز، لنفانژیت، صرف نظر از اندازه ارتشاح، واکنش هیپرارژیک در نظر گرفته می شود.

تست Mantoux با 2 TE PPD-L به کودکان و نوجوانان سالانه و بدون توجه به نتیجه قبلی از 12 ماهگی شروع می شود. نمونه توسط یک پرستار آموزش دیده خاص انجام می شود. تمام نتایج آزمایش در پرونده پزشکی ثبت می شود.

با تشخیص سیستماتیک توبرکولین، پزشک می تواند پویایی تست های توبرکولین را تجزیه و تحلیل کند و لحظه عفونت MBT را شناسایی کند - انتقال آزمایش قبلی منفی به مثبت (با واکسیناسیون BCG مرتبط نیست)، به اصطلاح. "نوبت" تست های توبرکولین; افزایش حساسیت به توبرکولین و ایجاد هایپررژی به توبرکولین.

همه کودکان و نوجوانان از گروه های خطر ذکر شده در بالا، که با نتایج تشخیص توبرکولین انبوه مشخص می شوند، به مدت 1-2 سال نزد یک متخصص فتزیاتر ثبت نام می شوند. آنها تحت معاینه قرار می گیرند که شامل عکسبرداری با اشعه ایکس از سیستم تنفسی (توموگرام های طولی در صورت لزوم)، آزمایش های کلینیکی خون و ادرار و محیط اطراف آنها برای تشخیص زودهنگام بیماری و یافتن منبع عفونت آنها بررسی می شود. به منظور جلوگیری از پیشرفت این بیماری، کودکان و نوجوانان مبتلا درمان پیشگیرانه (پیشگیرانه) انجام می شود.

در سنین 7 و 14 سالگی، کودکانی که نتیجه آزمایش مانتو با 2 TU PPD-L منفی است و هیچ گونه منع مصرفی برای واکسن ندارند، لزوماً با واکسن BCG مجدداً واکسینه می شوند تا مصونیت ضد سل فعال مصنوعی در آنها ایجاد شود.

اهداف تشخیص توبرکولین توده ای:

• تشخیص افتراقی پس از واکسیناسیون و آلرژی عفونی به توبرکولین.
• تشخیص افتراقی سل و سایر بیماری ها؛
• تعیین آستانه حساسیت فردی به توبرکولین؛
• تعیین فعالیت فرآیند سل؛
• ارزیابی اثربخشی درمان ضد سل

برای تشخیص انفرادی توبرکولین، علاوه بر تست مانتو با 2 TU PPD-L، از تست مانتو با دوزهای مختلف توبرکولین، تست کوخ و ... استفاده می شود.

ایمنی پس از واکسیناسیون (حساسیت پس از واکسیناسیون). در زمینه پیشگیری اجباری واکسن انبوه سل، بسیاری از کودکان و نوجوانان به دلیل معرفی واکسن، مصونیت ضد سل دارند و همچنین به آنها پاسخ مثبت می دهند.
توبرکولین (حساسیت پس از واکسیناسیون).

هنگام تصمیم گیری اینکه دقیقاً چه چیزی با حساسیت مثبت به توبرکولین مرتبط است، باید ماهیت خود آزمایش، دوره زمانی که از تجویز واکسن BCG گذشته است، تعداد و اندازه اسکارهای BCG و وجود تماس در نظر گرفت. با یک بیمار مبتلا به سل

برای حساسیت به توبرکولین پس از واکسیناسیونبا کاهش تدریجی اندازه نفوذ در هر سال و انتقال 2-3-4 سال پس از واکسیناسیون به نتایج مشکوک و منفی مشخص می شود. پاپول اغلب مسطح، نامشخص، به طور متوسط ​​7-10 میلی متر قطر دارد و رنگدانه های طولانی مدت را پشت سر نمی گذارد.

هنگامی که به MBT آلوده می شودحفظ مداوم یا حتی افزایش حساسیت به توبرکولین مشاهده می شود. پاپول بلند، روشن، به وضوح مشخص است، لکه رنگدانه برای مدت طولانی باقی می ماند. قطر متوسط ​​نفوذ 12 میلی متر است. وجود یک واکنش هایپررژیک نشان دهنده عفونت MBT است.

تست کخدر هنگام انجام تشخیص های توبرکولین فردی، اغلب به منظور تشخیص افتراقی سل با سایر بیماری ها و تعیین فعالیت آن استفاده می شود. توبرکولین در طی تست کوخ به صورت زیر جلدی تجویز می شود که اغلب با 20 TU شروع می شود. اگر نتیجه منفی بود، دوز را به 50 TE و سپس به 100 TE افزایش دهید. اگر به تزریق زیر جلدی 100 TE واکنشی وجود نداشته باشد، تشخیص سل حذف می شود.

هنگام انجام تست کخ، واکنش موضعی (در ناحیه تزریق توبرکولین)، کانونی (در ناحیه ضایعه خاص) و عمومی بدن و همچنین تغییرات خونی (آزمایشات هموتوبرکولین و پروتئینوتوبرکولین) انجام می شود. در نظر گرفته شده است. پارامترهای اولیه خون و پلاسما قبل از تجویز توبرکولین و 48 ساعت پس از آن تعیین می شود.

• واکنش عمومی با افزایش دمای بدن 0.5 درجه سانتیگراد، علائم مسمومیت مشخص می شود.
• کانونی - تشدید تغییرات سل؛
• موضعی - تشکیل یک نفوذ در محل تزریق توبرکولین با قطر 10-20 میلی متر.

آزمایش هموتوبرکولیناگر افزایش ESR به میزان 6 میلی متر در ساعت یا بیشتر، افزایش تعداد لکوسیت ها به میزان 1000 یا بیشتر، تغییر فرمول لکوسیت به سمت چپ، کاهش لنفوسیت ها به میزان 10٪ یا بیشتر، مثبت در نظر گرفته می شود.

تست توبرکولین پروتئیندر صورت کاهش آلبومین و افزایش گلوبولین های a و y به میزان 10 درصد از داده های اولیه مثبت ارزیابی می شود. تست کوخ همچنین با تست های ایمونولوژیک تبدیل بلاست، مهاجرت ماکروفاژها و غیره ترکیب می شود.

در صورت تغییر هر سه شاخص یا بیشتر، تست کوخ مثبت در نظر گرفته می شود. لازم به یادآوری است که واکنش کانونی بیشترین اهمیت را در ارزیابی این آزمون دارد.