ฟังชันตรีโกณมิติ
- รายละเอียด
- หมวดหลัก: หน้าแรก
- หมวด: Content physics
- เผยแพร่เมื่อ: วันอังคาร, 25 สิงหาคม 2563 15:21
- ฮิต: 474
Thermodynamics
- รายละเอียด
- หมวดหลัก: หน้าแรก
- หมวด: Content physics
- เผยแพร่เมื่อ: วันพฤหัสบดี, 14 พฤษภาคม 2563 14:36
- ฮิต: 448
อุณหพลศาสตร์
.jpg)
| อุณหพลศาสตร์ |
|---|
เครื่องยนต์ร้อน Carnotแบบคลาสสิก
|
อุณหพลศาสตร์เป็นสาขาของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและอุณหภูมิและความสัมพันธ์ของพวกเขาเพื่อพลังงาน , การทำงาน , การฉายรังสีและคุณสมบัติของเรื่อง พฤติกรรมของปริมาณเหล่านี้ถูกควบคุมโดยสี่กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ซึ่งถ่ายทอดคำอธิบายเชิงปริมาณโดยใช้วัดได้ด้วยตาเปล่าปริมาณทางกายภาพแต่อาจจะอธิบายได้ในแง่ของกล้องจุลทรรศน์คนละโดยกลศาสตร์สถิติ อุณหพลศาสตร์ใช้กับหัวข้อที่หลากหลายในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมโดยเฉพาะเคมีกายภาพ , วิศวกรรมเคมีและวิศวกรรมเครื่องกลแต่ยังอยู่ในเขตซับซ้อนเท่าอุตุนิยมวิทยา
อดีตอุณหพลศาสตร์การพัฒนามาจากความปรารถนาที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของต้นเครื่องยนต์ไอน้ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการทำงานของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสนิโคลัสLéonard Sadi Carnot (1824) ที่เชื่อว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เป็นกุญแจสำคัญที่จะช่วยให้ฝรั่งเศสชนะโปเลียน [1]ฟิสิกส์สก็อตไอริชลอร์ดเคลวินเป็นคนแรกที่จะกำหนดคำนิยามสั้นของอุณหพลศาสตร์ในปี 1854 [2]ซึ่งกล่าวว่า "เทอร์โม-การเปลี่ยนแปลงเป็นเรื่องของความสัมพันธ์ของความร้อนแรงทำหน้าที่ระหว่างส่วนที่ต่อเนื่องกันของร่างกายและ ความสัมพันธ์ของความร้อนกับหน่วยงานไฟฟ้า "
การประยุกต์เริ่มต้นของอุณหพลศาสตร์กับเครื่องยนต์ความร้อนเชิงกลได้รับการขยายอย่างรวดเร็วเพื่อการศึกษาสารประกอบทางเคมีและปฏิกิริยาทางเคมี อุณหพลศาสตร์ทางเคมีศึกษาธรรมชาติของบทบาทของเอนโทรปีในกระบวนการของปฏิกิริยาเคมีและทำให้เกิดการขยายตัวและความรู้เกี่ยวกับสนามจำนวนมาก [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]สูตรอื่น ๆ ของอุณหพลศาสตร์เกิดขึ้น อุณหพลศาสตร์เชิงสถิติหรือกลศาสตร์เชิงสถิติเกี่ยวข้องกับสถิติการทำนายการเคลื่อนที่แบบรวมของอนุภาคจากพฤติกรรมกล้องจุลทรรศน์ ในปี 1909, คอนสแตนติCarathéodoryนำเสนอวิธีการทางคณิตศาสตร์อย่างหมดจดในจริงสูตรคำอธิบายมักจะเรียกว่าอุณหพลศาสตร์ทางเรขาคณิต
การทดลองยิงแผ่นทองคำบางๆของ Rutherford
- รายละเอียด
- หมวดหลัก: หน้าแรก
- หมวด: Content physics
- เผยแพร่เมื่อ: วันอาทิตย์, 19 เมษายน 2563 13:45
- ฮิต: 1106
แบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ด หรือ แบบจำลองอะตอมแบบดาวเคราะห์
(lang-en|Rutherford model) คือแบบจำลอง[อะตอม]ที่คิดขึ้นโดย
[เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด] โดยแปลความจาก[การทดลองของไกเกอร์-มาร์สเดน]
ในปี ค.ศ. 1909 ซึ่งนำไปสู่การวิเคราะห์ปี 1911 ของรัทเทอร์ฟอร์ด ว่า
[แบบจำลองอะตอมของทอมสัน|แบบจำลองอะตอมแบบขนมปังลูกเกด]ของ
[เจ. เจ. ทอมสัน] นั้นไม่ถูกต้อง แบบจำลองใหม่ของรัทเทอร์ฟอร์ดสร้างขึ้นจาก
ผลลัพธ์จากการทดลอง มีคุณลักษณะใหม่คือมีประจุที่เกาะกลุ่มกันอย่างหนาแน่น
ตรงใจกลางภายในพื้นที่ขนาดเล็กมาก ๆ เมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือของอะตอม
ซึ่งเป็นจุดที่รวมของ[มวลอะตอม]เกือบทั้งหมดเอาไว้ (นั่นคือบริเวณ[นิวเคลียสอะตอม)
 |
 |
 |
|
รูปแสดงการทดลองยิงแผ่นทองคำบางๆด้วยรังสีแอลฟาเพื่ออธิบายโครงสร้างอะตอมพบว่าอนุภาคแอลฟาจะเบนออกได้บ้างถ้าเป็น Thonso's atomic model แต่การที่อนุภาคแอลฟากระดอนออกเป็นมุมโต ๆ ได้รัทเทอร์ฟอร์ดจึงสรุปโครงสร้างอะตอมตามรูปด้านซ้าย |
โครงสร้างอิเล็กตรอนของอะตอม เขาแทบไม่ได้พูดถึงแบบจำลองอะตอม
ก่อนหน้านี้ที่บอกถึงอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียสในลักษณะเหมือนดาวเคราะห์โคจร
รอบดวงอาทิตย์ หรือวงแหวนรอบดาวเคราะห์ (เช่นดาวเสาร์) ความสนใจหลักของ
รัทเทอร์ฟอร์ดมุ่งไปที่มวลส่วนใหญ่ของอะตอมซึ่งอยู่ในแกนกลางที่เล็กมาก ๆ ทำให้
มองเห็นภาพแบบจำลองแบบดาวเคราะห์ได้ชัดเจนกว่าที่เคยเป็นมา เช่น แกนกลาง
เป็นพื้นที่บรรจุมวลส่วนใหญ่ของอะตอม ในลักษณะเดียวกับที่[ดวงอาทิตย์]เป็นมวล
ส่วนใหญ่ของ[ระบบสุริยะ] ในภายหลังแบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ดได้รับการ[แบบจำลอง
ของบอร์|ปรับแก้ให้ถูกต้องยิ่งขึ้น]โดย[นีลส์ บอร์]
การสลายให้กัมมันตภาพรังสี
- รายละเอียด
- หมวดหลัก: หน้าแรก
- หมวด: Content physics
- เผยแพร่เมื่อ: วันเสาร์, 02 พฤษภาคม 2563 06:52
- ฮิต: 510
การสลายให้กัมันตภาพรังสี
การสลายให้กัมมันตรังสี (อังกฤษ: radioactive decay) หรือ การสลายของนิวเคลียส หรือ กัมมันตภาพรังสี (อังกฤษ: nuclear decay หรือ radioactivity) เป็นกระบวนการที่ นิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร สูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยรังสี วัตถุใดที่ปลดปล่อยรังสีด้วยตัวเอง-เช่นอนุภาคแอลฟา, อนุภาคบีตา, รังสีแกมมา และ อิเล็กตรอนจากกระบวนการการแปลงภายใน วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามี "กัมมันตรังสี"
การสลายให้กัมมันตรังสีเป็นกระบวนการแบบสุ่ม(random) ที่ระดับอะตอมเดียว ในกระบวนการนั้น ตาม "ทฤษฎีควอนตัม" มันไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเมื่อไรที่อะตอมหนึ่ง ๆ จะสลายตัว โอกาสที่อะตอมใดอะตอมหนึ่งจะสลายตัวไม่เคยเปลี่ยนแปลง คือว่า มันไม่สำคัญว่าอะตอมได้มีอยู่นานมาแล้วแค่ไหน อย่างไรก็ตาม สำหรับแหล่งสะสมขนาดใหญ่ของอะตอม อัตราการสลายตัวสำหรับแหล่งสะสมนั้นสามารถคำนวณได้จาก "ค่าคงที่การสลายตัว(λ)" ของมันที่ถูกวัดได้ในหน่วย ครั้ง/วินาที หรือคำนวณจากครึ่งชีวิต(t1/2)ของมัน นี่คือพื้นฐานของเทคนิคการระบุวันที่ที่เรียกว่า radiometric dating หรือ radioactive dating
การสลายให้กัมมันตรังสีมีหลายประเภท การสลายหรือการสูญเสียพลังงานจากนิวเคลียส เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีนิวเคลียสประเภทหนึ่งที่เรียกว่า นิวไคลด์รังสีพ่อแม่ (parent nuclide) (หรือไอโซโทปรังสีพ่อแม่) แปลงเป็นอะตอมตัวหนึ่งที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่อยู่ในสถานะที่แตกต่างกัน หรือที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์นี้เรียกว่า "นิวไคลด์ลูก" (daughter nuclide) ในการสูญสลายบางครั้ง นิวไคลด์ของพ่อแม่และของลูกมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน จึงเป็นผลให้กระบวนการสลายตัวทำการผลิตอะตอมของธาตุที่แตกต่างกัน กระบวนการนี้เรียกว่า การแปรนิวเคลียส (nuclear transmutation)
กระบวนการสลายตัวครั้งแรกที่ถูกค้นพบเป็นการสลายให้อนุภาคแอลฟา, การสลายให้อนุภาคบีตาและการสลายตัวให้รังสีแกมมา
- การสลายให้อนุภาคแอลฟาจะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา (นิวเคลียสของฮีเลียม) นี้เป็นกระบวนการที่พบมากที่สุดของการปลดปล่อยนิวคลีออน แต่ในรูปแบบที่หายากของการสลายตัวเช่นนิวเคลียสสามารถปลดปล่อยโปรตอน หรือในกรณีของการสลายตัวแบบของกลุ่มเช่นนิวเคลียสที่เฉพาะเจาะจงขององค์ประกอบอื่น ๆ
- การสลายให้อนุภาคบีตาเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปล่อยอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนและนิวตริโน ในกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงโปรตอนให้เป็นนิวตรอนหรือในทางตรงกันข้าม นิวเคลียสอาจจับยึดอิเล็กตรอนที่กำลังโคจรในวงรอบ ทำให้โปรตอนแปลงเป็นนิวตรอนในกระบวนการที่เรียกว่าการจับยึดอิเล็กตรอน ทั้งหมดของกระบวนการเหล่านี้ส่งผลในสิ่งที่รู้กันดีว่าเป็นการแปลงพันธ์นิวเคลียส
- การสลายให้รังสีแกมมาเป็นการสลายของนิวเคลียสของอะตอมในขณะที่มีการเปลี่ยนสถานะจากสถานะพลังงานสูงไปเป็นสถานะที่ต่ำกว่า แต่ก็อาจเกิดจากกระบวนการอื่น รังสีแกมมาเป็นการแผ่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงมาก ดังนั้นมันจึงประกอบด้วยโปรตอนพลังงานสูงหลายตัว รังสีแกมมาเป็นการแผ่รังสีแบบ ionization มันจึงมีอันตรายต่อชีวภาพ
การสลายตัวหรือการสูญเสียพลังงานนี้ส่งผลให้อะตอมที่เป็น parent nuclide เปลี่ยนรูปไป กลายเป็นอะตอมอีกชนิดหนึ่งที่ต่างออกไป(ที่เรียกว่า daughter nuclide) ตัวอย่างเช่น อะตอมของ คาร์บอน-14 (C-14) (parent, ตัวตั้งต้น") แผ่รังสี และเปลี่ยนรูปกลายเป็น อะตอมของ ไนโตรเจน-14 (N-14) (daughter, ผลลัพธ์) กระบวนการนี้เกิดขึ้นแบบสุ่มในระดับของอะตอม จึงทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่า อะตอมที่สังเกตจะสลายตัวเมื่อใด แต่ถ้าเป็นการสังเกตการณ์อะตอมในปริมาณมากแล้ว เราสามารถคาดการณ์อัตราการสลายตัวโดยเฉลี่ยได้(dN/dt)
เนื้อหา
หน่วยวัดรังสี
หน่วยในระบบสากลหรือหน่วยเอสไอ (อังกฤษ:SI unit) ถูกใช้ในการวัดการแผ่รังสี มีหน่วยเป็น เบ็กเคอเรล (ฝรั่งเศส: becquerel (Bq)) ที่ตั้งชื่อให้เป็นเกียรติกับนักวิทยาศาสตร์นายอองตวน อองรี แบกแรล หนึ่งหน่วยเบ็กเคอเรลถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งการแปลงร่าง (หรือการสลายตัวหรือการแตกตัว) ต่อวินาที
การแผ่รังสีมีหน่วยเก่าเป็น คูรี (ฝรั่งเศส: curie (Ci)) ซึ่งถูกกำหนดแต่เดิมว่าเป็น "ปริมาณหรือมวลของสิ่งที่กระจายออกมาจากเรเดียมที่สมดุลกับหนึ่งกรัมของเรเดียม (ธาตุ)" วันนี้ หน่วยคูรีถูกกำหนดให้เป็นการแตกตัว 3.7×1010 ครั้งต่อวินาที เพื่อที่ว่า 1 คูรี (Ci) = 3.7×1010 Bq. เพื่อจุดประสงค์ด้านการป้องกันรังสี แม้ว่าคณะกรรมการกำกับดูแลด้านนิวเคลียร์ของสหรัฐจะอนุญาตให้มีการใช้หน่วยคูรีควบคู่ไปกับหน่วย SI ก็ตาม ฝ่ายอำนวยการหน่วยของการวัดแห่งสหภาพยุโรปกำหนดว่าการใช้หน่วยหน่วยคูรีสำหรับ "จุดประสงค์ด้านสุขภาพของประชาชน"
-----------------------------
ฟิสิกส์เชิงทดลอง
- รายละเอียด
- หมวดหลัก: หน้าแรก
- หมวด: Content physics
- เผยแพร่เมื่อ: วันอาทิตย์, 19 เมษายน 2563 06:57
- ฮิต: 962
ฟิสิกส์เชิงทดลอง (experimental physics)
คือการสังเกต, การทดลอง และเก็บรวบรวมข้อมูล มาวิเคราะห์เพื่อทดสอบกฎของฟิสิกส์ที่มีอยู่ ว่า
ถูกต้องหรือไม่ในปัจจุบันโฉมหน้าของการทดลองทางฟิสิกส์แตกต่างจากการทดลองของนักฟิสิกส์ในอดีต
เมื่อร้อยกว่าปีที่แล้วมากในสมัยก่อนนับตั้งแต่กาลิเลโอเป็นต้นมา การทดลองเพื่อแสวงความรู้ใหม่ ๆ ที่
สามารถพลิกโฉมความรู้เดิมที่มีอยู่อาจทำได้โดยการทดลองที่ไม่ซับซ้อนมากอาจดำเนินการทดลองได้
โดยคนเพียงคนเดียว แม้กระทั่งช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1840 - 1900 ซึ่งเป็นช่วงบุกเบิกเรื่องแรงแม่เหล็ก
ไฟฟ้าอุปกรณ์ของไมเคิล ฟาราเดย์ก็สามารถสร้างได้อย่างง่าย ๆ ด้วยตนเอง แม้กระทั่งอุปกรณ์ที่นำไป
สู่การค้นพบอิเล็กตรอนซึ่งก็คือหลอดรังสีแคโทดก็ไม่ได้ซับซ้อนเมื่อเทียบกับหลอดภาพของจอคอมพิว-
เตอร์ในปัจจุบันในยุคปัจจุบันการสร้างเครื่องมือเพื่อบุกเบิกพรมแดนใหม่ในฟิสิกส์ โดยเฉพาะในส่วนของ
วิชาฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาเป็นเรื่องที่ สลับซับซ้อนมาก บางโครงการอย่าง Gravity Probe B
ซึ่งเป็นดาวเทียมทำหน้าที่ ตรวจสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ก็ต้องใช้เวลาในการดำเนิน
โครงการถึง 40 กว่าปี (ตั้งแต่เสนอโครงการโดย Leonard Schiff เมื่อปี ค.ศ. 1961 ซึ่งเพิ่งจะได้ปล่อย
ดาวเทียมสู่วงโคจรเมื่อปี ค.ศ. 2004 ซึ่งตัวSchiff เองก็ถึงแก่กรรมไปก่อนหน้านั้นแล้ว) โครงการบาง
โครงการก็ต้องอาศัยการร่วมมือกันในระดับนานาชาติที่ต้องสนับสนุนทั้งกำลังคนและงบประมาณ เช่น
โครงการเครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ที่ CERN (เป็นศูนย์วิจัยที่ปรากฏในตอนต้น
ของนิยาย เทวากับซาตาน ของ แดน บราวน์) ก็ต้องใช้อุโมงค์ใต้ดินเป็นวงแหวนที่มีเส้นรอบวงถึง 27
กิโลเมตร ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่แพงเกินกว่าที่จะเป็นโครงการที่สร้างโดยประเทศเดียว ในการที่จะเสนอ
ขออนุมัติโครงการเพื่อสร้างการทดลองใหญ่โตที่แสนแพงเช่นนี้ต้องอาศัยความรู้ทางด้าน
ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีช่วยเป็นอย่างมาก หลายครั้งก่อนที่จะเสนอโครงการจะต้องมีการสร้างแบบจำลอง
ที่ละเอียดและซับซ้อนเพื่อที่จะทำนายล่วงหน้าว่าเครื่องมือที่สร้างขึ้นจะวัดอะไรได้บ้างและผลการทดลองจะ
ออกมาในลักษณะใด ตัวอย่างเช่น เครื่องเร่งอนุภาค LHC ก็ต้องมีการคำนวณมาก่อนว่ามวลของอนุภาคฮิกส์
ทำนายจากแบบจำลองSuper Symmetryจะอยู่ในระดับพลังงานใด จะตรวจวัดได้ไหมเป็นต้น ซึ่งแน่นอนว่า
มวลของอนุภาคฮิกส์ จากแบบจำลองต่าง ๆ ก็เป็นเพียงหนึ่งในอีกหลาย ๆ ปรากฏการณ์ที่ฟิสิกส์ทฤษฎีทำทาย
ไว้ล่วงหน้าให้ได้ก่อนสร้างเครื่องเร่งอนุภาคอย่าง LHC นั่นคือ นักฟิสิกส์ในปัจจุบันต้องมั่นใจถึงระดับหนึ่ง
ว่าผลการทดลองจากโครงการต่าง ๆ จะต้องคุ้มค่ากับเงินที่ลงทุนไป จากขนาดของข้อมูลที่ได้ในแต่ละการ
ทดลองใหญ่ ๆ ในปัจจุบัน ทำให้นักฟิสิกส์ไม่สามารถทำอย่างสมัยก่อน เช่น Heinrich R. Hertz (ผู้ค้นพบ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ซึ่งสามารถทำการทดลอง นำผลการทดลองไปวิเคราะห์และสร้างทฤษฎีที่อธิบายได้ด้วย
ตนเองเพียงคนเดียว ในปัจจุบันการวิเคราะห์ข้อมูลที่มาจากการทดลองขนาดใหญ่ ๆ เช่น เครื่องเร่งอนุภาค
หรือดาวเทียมสำรวจอวกาศต่าง ๆ ต้องอาศัยความร่วมมือกัน ของสถาบันวิจัยหลาย ๆ แห่งทั่วโลก ดังนั้นจึง
ไม่ใช่เรื่องแปลกในปัจจุบันที่นักฟิสิกส์บางคนอาจอุทิศเวลาทั้งหมดให้กับการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์
เพียงอย่างเดียว ซึ่งนับเป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก
ก่อนที่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (ซึ่งโดยมากจะไม่ทราบรายละเอียดของวิธีการทดลอง) จะนำข้อมูลที่ย่อย
แล้วไปตรวจสอบแบบจำลองที่ได้จากทฤษฎีเดิมที่มีอยู่ว่าสอดคล้องหรือแตกต่างอย่างไร ซึ่งจะนำไปสู่การ
ปรับปรุงหรือค้นพบทฤษฎีฟิสิกส์ใหม่ในที่สุดอย่างไรก็ดีกระแสหลักฟิสิกส์เชิงทดลองในปัจจุบันได้เปลี่ยนแนว
ทางจากการแสวงหาสุดเขตุแดนของทฤษฎีพื้นฐาน มาเป็นการนำเอาทฤษฎีพื้นฐานมาประยุกต์เป็นเทคโนโลยี
ที่สัมผัสได้ในชีวิตประจำวันมากกว่า ดังจะเห็นได้จากหัวข้อวิจัย Carbon nanotubes เป็นหัวข้อที่ได้รับการวิจัย
อย่างกว้างขวาง และมีคนให้ความสนใจมากที่สุด เมื่อประเมินจาก h index [3] ในการทดลองที่มีขนาดย่อม
ลงมา เช่นในสาขาสสารควบแน่น หรือ นาโนเทคโนโลยี นักทดลองส่วนใหญ่สามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้เองว่า
เป็นไปตามทฤษฎีหรือไม่ และในบางครั้งก็อาจเสนอแบบจำลองใหม่ได้เองด้วย หน้าที่ของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี
จะเป็นผู้เชื่อมโยงข้อเท็จจริงที่ได้จากในแต่ละการทดลองที่หลากหลายเข้าด้วยกัน และหาแบบจำลองหลักที่
สามารถอธิบายการทดลองได้ครอบคลุมกว้างขวางที่สุด ซึ่งรวมถึงการทดลองใหม่ ๆ ที่จะตามมาในอนาคต