⚛️⚡| Архив физинфо ⇌ Phys cf !

ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ПРИ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЯХ
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🦕: Наверное, каждый из вас хоть раз в жизни растягивал резину изамечал, что при этом действии она нагревалась. Ещё более интересным наблюдением является то, что если попробовать растянуть какой-нибудь другой твердый предмет (например, металлическую пружинку), то он остынет. Почему же так?
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Рассмотрим сначала процесс растяжения идеального упругого стержня и предположим, что действуем мы в адиабатических условиях, то есть процесс растяжения быстрый и тело не успевает обменяться энергией с окружающей средой. В этой ситуации изменение энтропии равно 0, а значит имеет место формула (1)

Если выразить из нее dT, ввести соотношение CL/T=(dS/dT)L, где CL – теплоемкость тела при постоянной длине ивоспользоваться тем, что изменение внутренней энергии тела dU=TdS + fdL, f –растягивающая сила, то можно прийти к соотношению: (2)

Углубимся. Уравнение состояния упругого стержня при малых деформациях имеет вид (вывод данной формулы здесь опустим, подробно Кириченко 2том 1.1.16) (3):
Где П – площадь поперечного сечения, Е – модуль Юнга*, α – коэффициент линейного температурного расширения.

Если подставить
значение растягивающей силы в выражение для изменения температуры и проинтегрировать его для заданных значений длины, тополучим следующее выражение (4):

Из этой формулы следует, что при растяжении наш стержень охладится.

*Модуль Юнга – величина, характеризующая способность материала сопротивляться внешнему механическому воздействию.

⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟Так что же происходит в случае резины? В отличие от рассмотренных нами ранее твёрдых тел, резина не является идеальным стержнем и её модуль Юнга будет линейно зависеть от температуры. Также сама по себе она является полимером – у нее отсутствует жесткая кристаллическая решетка. Вместо неё внутри у резины находятся макромолекулы – длинные и гибкие цепочки, содержащие много звеньев. Соответственно состояние будет задаваться другим соотношением (5):

Проделаем с данным соотношением аналогичные действия и получим (6):

Из формулы следует, что при
растяжении резина нагревается.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Отойдем от формул и дадим
логическое объяснение полученным выражениям. Как мы уже упомянули, строение резины сильно отличается от строения обычного твёрдого тела. При растяжении «нити», которые изначально были свернуты в клубки, вытягиваются, происходит упорядочивание и уменьшение количеств степеней свободы (т.е. то, как молекулы могут двигаться). По этой причине высвобождается энергия, которая и идёт на нагрев. В случае обычного твёрдого тела, мы совершаем работы против внутренних сил притяжения молекул, что и вызывает падание температуры тела.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

⚛️💜💜💜💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜
        Теорема Нётер. Часть 4
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Оказывается, что все законы сохранения соответствуют каким-то симметриям. Да, закон сохранения импульса и закон сохранения энергии можно проверить экспериментально — все эти величины вполне измеримы напрямую или косвенно с помощью измерительных приборов. Но, находясь в формализме Лагранжевой механики, мы можем чисто математически вывести следующую теорему:

Если действие S физической системы не меняется при применении преобразований некоторой непрерывной группы симметрий G на эту физическую систему, то существуют величины, которые с течением времени не изменяют свое значение. Более того, количество таких величин равно количеству параметров группы G.

Эта теорема называется теоремой Нётер, в честь женщины-математика Эмми Нётер, чей вклад в математику и теоретическую физику невозможно переоценить. Кстати, про действие (ссылка) есть отдельное физ инфо!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟Другими словами, эту теорему можно переформулировать так: каждой симметрии соответствует какой-то закон сохранения. А какие же примеры сохраняющихся величин можно привести? Со школы мы знаем про законы сохранения энергии, импульса, заряда. Возможно, в физических классах знают еще и про закон сохранения момента импульса. А я сейчас перечислю:

1) Симметрии действия относительно трансляций во времени соответствует некоторая сохраняющаяся величина. Эту величину мы называем энергией. Такая симметрия соответствует закону сохранения энергии.

2) Симметрии действия относительно трансляций в пространстве соответствует некоторый набор сохраняющихся величин. Эти величины называются компонентами импульса, и количество компонент зависит от размерности пространства и числа частиц в системе. Например, если в системе есть симметрия лишь для трансляций вдоль оси OX, а частица только одна, то сохраняются одна компонента импульса p_x. Закон сохранения импульса!

3) Симметрии действия относительно поворотов пространства соответствует несколько сохраняющихся величин. Эти величины называются компонентами момента импульса, бла бла бла все то же самое, что в прошлом пункте, закон сохранения момента импульса

4) Симметрии действия относительно бустов (переход от одной системы отсчета к другой) соответствует закон сохранения центра масс

5) Симметрии относительно некоторого вида преобразований электромагнитного поля соответствует закон сохранения электрического заряда. Вообще, эта симметрия и этот закон сохранения являются самыми интересными — на этом принципе строится вся физика элементарных частиц, но об этом уже когда-нибудь не в этот раз.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ Спасибо!! #физ_инфо

⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

⚛️💜💜💜💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜💜
        Теорема Нётер. Часть 3
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🍐: Всем привет, я Никита, и сегодня мы наконец поговорим об одном из самых фундаментальных значений симметрии в физике. Настоятельно рекомендую перед началом ознакомиться с предыдущим постом (ссылка), тем более что там обновились картинки — в прошлый раз по ошибке они были не совсем верные и не соответствовали тексту поста!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Весь мой прошлый пост был целиком посвящен формализации нашего интуитивного понятия симметрии, в итоге мы получили такой математический объект, как группа. Чем же группы и симметрии так важны для физики, а точнее, в чем же их фундаментальное значение?

Перед тем, как поговорить про это, надо сказать, что группы тоже бывают разные. Одним из отличий групп между собой является их дискретность или непрерывность. Например, группа симметрий треугольника, про которую мы говорили в прошлый раз, имеет конечное число элементов — его можно представить в виде списка. А теперь представьте круг на плоскости и его группу симметрии. Вращений там бесконечное множество, ведь круг переходит в себя при повороте на любой угол относительно его центра! То есть, какие бы мы два угла не взяли, всегда найдется третий угол между этими двумя. Даже если выбранные нами два угла являются мизерными по величине, между ними всегда будет лежать какой-то третий угол. А каждому углу соответствует элемент группы, который вращает круг на этот угол. Поэтому, группа симметрий круга является непрерывной вот в этом смысле. А еще группа симметрий круга имеет 1 параметр — т.е. заданием одного угла мы полностью задаем элемент этой группы. А вот группа симметрий шара уже имеет 3 параметра — два параметра нужны, чтобы задать ось вращения в пространстве, и ещё один, третий, для того, чтобы задать сам угол поворота. Про непрерывные группы можно мыслить так: их элементы являются непрерывными функциями от параметров группы.

Для теоретической физики нам важны именно непрерывные группы, хотя и обычные группы с конечным числом элементов имеют значение в физике — например, в кристаллографии.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ Прода ниже!! #физ_инфо

⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

💜💜💜💜💜💜💜💜
⚛️💜💜💜💜💜💜
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🪞: физ инфо про облака никогда не кончатся!! сегодня поговорим про утреннюю глорию🌅
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Утренняя Глория — это очень редкое метеорологическое явление, которое представляет собой очень длинный грозовой воротник, похожий на плотную трубу. Оно может достигать до 1000 километров в длину, 1-2 километра в высоту, находится обычно на высоте 100-200 метров над Землёй и перемещается со скоростью до 60 км/ч. Примечательная черта этого явления — в основном его можно увидеть только в районе залива Карпентария из городка Бёрктаун в Австралии. Чтобы вы понимали масштабы фразы "в основном" — в Австралии его наблюдают регулярно рано утром, обычно с сентября по ноябрь, а замечено оно было ещё в древности местнымм племенами. В других же странах (США, Канада, Россия, Бразилия, Ливан) оно было замечено всего пару раз. Вот настолько оно локальное!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟И как же такое чудо образовывается? Очень непросто. Точные условия образования неизвестны, однако приблизительная картина есть. Со слов местных жителей, облака можно наблюдать тогда, когда в регионе очень высокая влажность (когда буквально все поверхности покрываются капельками воды) и очень низкое давление. Если вам очень интересно почитать о предположительном механизме образования более подробно, можете почитать статью на английской Википедии. Что касательно уже образовавшегося облака — впереди него воздух очень быстро полнимается вверх, "закручивая" облако, а в середине и задней части облака воздух наоборот опускается вниз, таким образом сзади облако "рассеивается", а спереди имеет чёткие очертания. Сопровождается облако обычно резким усилением ветра и его сдвигом, а иногда даже грозой.
Увидеть утреннюю глорию можно как в количестве одной штуки, так и до 10 штук вряд!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Хотя Утрення Глория и встречается в основном только в Австралии, есть также и другое явление, похожее на неё, и вот его уже можно встретить в любой части света. О нём мы тоже непременно напишем физ инфо в будущем!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ Спасибо большое за прочтение! Очень надеюсь, что вам было интересно!!! #физ_инфо

⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

💜💜💜💜💜💜
⚛️⚛️⚛️💜💜💜💜💜💜
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🪞: рано или поздно наша Вселенная умрёт, и это неизбежно. думаете, что это случится через миллиарды лет? а я вам отвечу, что это может произойти в любой момент, согласно идее о ложном вакууме 🦅
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Ложный вакуум — это гипотетическое состояние вакуума с локальным минимумом энергии, которое локально стабильно. Однако это состояние не является самым стабильным возможным состоянием, оттого считается метастабильным. В таком состоянии вакуум может находиться очень долго, но рано или поздно он может перейти в более стабильное состояние с глобальным минимум энергии — истинный вакуум. Этот процесс называется распадом ложного вакуума.
А говоря без формальностей и понятным языком, нашу Вселенную пронизывают различные излучения, поля и прочее, в общем и целом энергия, а там, где, казалось бы, нет ничего, как минимум есть поле Хиггса. А раз Вселенную что-то да пронизывает абсолютно в каждой её точке — она нигде не пуста. Есть места, где эта энергия достигает своего локального минимума, однако полного её отсутствия нет нигде. Это то, что мы называем ложным вакуумом. Без него Вселенная просто не может существовать.
Истинным же вакуумом мы называем то, где минимум энергии глобален. Где нет практически ничего.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟С ненулевой вероятностью ложный вакуум может перейти в состояние истинного. Но как же?
На картинке, где V(φ) — потенциальная энергия поля, а φ — поле, мы видим, что у ложного вакуума есть энергетический барьер, который не позволяет ему перейти в состояние истинного. И казалось бы, ложный вакуум находится будто в энергетической яме, через стены которой не перескочить, однако такой "скачок" всё же возможен засчёт квантового туннелирования. Как говорилось выше, там, где "ничего нет", есть как минимум поле Хиггса (тот самый локальный минимум энергии), и если поле Хиггса, на котором держится ложный вакуум в этой точке, внезапно "туннелирует" таким образом в состояние истинного вакуума — вся вселенная "упадёт за ним словно в яму" как по цепной реакции, образуется всепоглощающий пузырь, который будет со скоростью света распространяться по всей Вселенной. Таким образом, вакуум перейдёт из состояния ложного в состояние истинного, и от Вселенной не останется ничего.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️И правда в том, что если гипотеза верна и мы действительно живём во Вселенной с ложным вакуумом вместо истинного, распад ложного вакуума может случиться когда угодно. Через миллиард лет, через миллион, через тысячу... а может и прямо сейчас, пока вы читаете этот пост. Всем спокойной ночи и сладких снов, друзья.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ Огромное спасибо за прочтение! Очень надеюсь, что было понятно, интересно и... жутко!🎃 #физ_инфо

⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

💜💜💜💜💜💜💜💜💜
или undulatus asperatus, или
бугристо-волнистые облака!
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🪞: пока вы ждёте основное физ инфо, немного разбавлю вечер мини физ инфо о достаточно жутком явлении — облаках asperitas!🦅
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Asperitas (ранее undulatus asperatus, или же на русском волнистно-бугристые облака) — это облачное образование, которое выглядит как волны — многие люди описывают это явление как "вид на поверхность воды так, будто смотришь из-под неё".
Впервые облака были замечены в 50-х годах прошлого века, затем их стали замечать всё чаще и чаще. Задокументированы они были в 2006 году, а уже в 2017 их официально включили в Международный атлас облаков, пока что лишь как часть облака, а не отдельный тип облаков.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟Эти облака достаточно новые, а встречаются очень-очень редко, за сим причины их появления до сих пор не выявлены. Однако метеорологи подметили, что до второй половины 20 века облака асперитас никто никогда не видел, а потом они стали возникать чаще и чаще. Это указывает на то, что в атмосфере произошли серьёзные изменения, которые и поспособствовали появлению этих облаков. Также было замечено, что облака содержат в себе большое количество водяного пара, и образуются в районе гор и холмов.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Пускай эти облака и выглядят достаточно страшно, никакой опасности в себе они не несут — разве что может начаться дождик🌟
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ Очень надеюсь, что вам было интересно! Большое спасибо за прочтение! #физ_инфо

⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️

💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜
💜💜💜💜💜💜💜
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🦕: Представьте себе термодинамическую систему: некоторый реальный газ адиабатически расширяется через пористую перегородку в вакуум. Интуитивно кажется, что при расширение газ будет охлаждаться, однако, согласно эффекту Джоуля-Томсона, это далеко не всегда так. #физ_инфо
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Рассмотрим систему более подробно: нам дан некий реальный газ, то есть мы учитываем размер частиц и их взаимодействие между собой. Газ находится в сосуде, разделённом пористой перегородкой, давление с обеих сторон поддерживается постоянное и ввиду P₁>P₂ газ постепенно проходит через перегородку. Этот процесс называется дросселированием
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
🌟Вспомним первое начало термодинамики:

ΔU=Q-A

Q= 0, тк процесс адиабатичен

A = P₁V₁ - P₂V₂

P₁V₁ — работа совершаемая над газом, отвечающая за его проталкивание через перегородку
P₂V₂ — работа совершаемая газом при его расширении после прохождения перегородки
Тогда:

U₂+P₂V₂ = U₁+P₁V₁

А это ни что иное, как энтальпия, а значит, что при эффекте Джоуля-Томсона энтальпия системы постоянна, или же H=const
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Рассмотрим теперь изменение температуры газа

μ=(δΤ/δΡ)H, (H=const)

μ определяет эффект — если оно положительно, то газ охлаждается, если отрицательно — нагревается
От чего зависит μ?
Запишем энтальпию в дифференциальном виде:

dH = (δH/δΤ)p•dT + (δH/δP)t•dP = 0

Откуда:

μ = -(δH/δP)t/(δH/δΤ)p

Однако (δH/δΤ)p=Cp (теплоёмкость изобраного процесса)
И

(δH/δP)t = V - T(δV/δΤ)p

μ = - 1/Cp•(V - T(δV/δΤ)p)

Ср всегда положительно, а значит знак эффекта определяется значением выражения в скобках.
Слагаемое T(δV/δΤ)p связано с взаимодействием молекул. При расширении газ совершает работу против сил взаимодействия молекул, из-за чего происходит охлаждение
V — это "объёмный" вклад, который связан с работой против давление, которая так же ведёт к охлаждению.
Охлаждение газа при дросселировании происходит, если μ>0, то есть, если
V < T(δV/δΤ)p
Это случай, когда силы взаимодействия между молекулами велики.
Нагревание происходит, когда доминируют силы отталкивания (как правило случай высоких температур/давлений).
Температура инверсии, это частный случай, когда μ=0, то есть температура газа остаётся постоянной при прохождении перегородки.

Тинв = V/(δV/δT)p

Или же

Тинв = (2а/Rb)•(1 - b/V)²,

если воспользоваться уравнением Ван-дер-Ваальса для реального газа.
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️Где используется данный эффект?
Эффект Джоуля-Томсона широко применяется в промышленности, зачастую для сжижения газов или систем охлаждения
⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️
⚛️ АРХИВ ФИЗ ИНФО ⚛️