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高能量密度物理學什麼

發布時間:2022-10-04 00:48:40

㈠ 物理學中的能量具體是什麼

能量是物質運動轉換的量度,簡稱「能」。世界萬物是不斷運動的,在物質的一切屬性中,運動是最基本的屬性,其他屬性都是運動的具體表現。能量是表徵物理系統做功的本領的量度。
對應於物質的各種運動形式,能量也有各種不同的形式,它們可以通過一定的方式互相轉換。
在機械運動中表現為物體或體系整體的機械能,如動能、勢能、聲能等。在熱現象中表現為系統的內能,它是系統內各分子無規則運動的動能、分子間相互作用的勢能、原子和原子核內的能量的總和,但不包括系統整體運動的機械能。對於熱運動能(熱能),人們是通過它與機械能的相互轉換而認識的(見熱力學第一定律) 。
空間屬性是物質運動的廣延性體現;時間屬性是物質運動的持續性體現;引力屬性是物質在運動過程由於質量分布不均所引起的相互作用的體現;電磁屬性是帶電粒子在運動和變化過程中的外部表現,等等。物質的運動形式多種多樣,每一個具體的物質運動形式存在相應的能量形式。
宏觀物體的機械運動對應的能量形式是動能;分子運動對應的能量形式是熱能;原子運動對應的能量形式是化學能;帶電粒子的定向運動對應的能量形式是電能;光子運動對應的能量形式是光能,等等。除了這些,還有風能、潮汐能等。當運動形式相同時,物體的運動特性可以採用某些物理量或化學量來描述。物體的機械運動可以用速度、加速度、動量等物理量來描述;電流可以用電流強度、電壓、功率等物理量來描述。但是,如果運動形式不相同,物質的運動特性唯一可以相互描述和比較的物理量就是能量,能量是一切運動著的物質的共同特性。
因此可以對能量作出定義:
能量在古希臘語中意指「活動、操作」,是一個間接觀察的物理量,被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。功被定義為力在物體沿力的方向發生位移的空間積累效應,並且等於力與在力的方向上通過的位移的乘積。
一個物體所含的總能量奠基於其總質量,能量同質量一樣既不會憑空產生,也不會憑空消滅。能量和質量一樣都是標量。在國際單位制中,能量的單位是焦耳,但有時使用其他單位如千瓦·時和千卡,這些也是功的單位。能量是用以衡量所有物質運動規模的統一量度。
A系統可以藉由簡單的物質轉移將能量傳遞到B系統中(因為物質的質量等價於能量)。如果能量不是藉由物質轉移而傳遞能量,而是由其他方式傳遞,會使B系統產生變化,因為A系統對B系統作功。功的效果如同一個力以一定的距離作用在接收能量的系統中。例如,A系統可以經過電磁輻射到B系統,使吸收輻射能量的B系統內部的粒子產生熱運動。一個系統也可以通過碰撞傳遞能量,在這種情況下被碰撞的物體會在一段距離內受力並獲得運動的能量,稱為動能。熱能的傳遞則可以由以上兩個方法產生:熱可以由輻射能轉移能量,或者直接由系統間粒子的碰撞而轉移動能。
能量可以不用表現為物質、動能或是電磁能的方式而儲存在一個系統中。當粒子在與其有相互作用的一個場中移動一段距離(需藉由一個外力來移動),此粒子移動到這個場的新的位置所需的能量便被儲存了。當然粒子必須藉由外力才能保持在新位置上,否則其所處在的場會藉由推或者是拉的方式讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能(勢能)。一個簡單的例子就是在重力場中往上提升一個物體到某一高度所需要做的功就是位能(勢能)。
任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來說,當物體在力場中自由移動到不同的位置時,位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時,它轉化成其他種類的能量的效率可以很高甚至是完美的轉換,包括電力或者新的物質粒子的產生。然而如果是熱能的話,則在轉換成另一種形態時,就如同熱力學第二定律所描述的,總會有轉換效率的限制。
在所有能量轉換的過程中,總能量保持不變,原因在於總系統的能量是在各系統間做能量的轉移,當從某個系統間損失能量,必定會有另一個系統得到這損失的能量,導致失去和獲得達成平衡,所以總能量不改變。這個能量守恆定律,是在19世紀初提出,並應用於任何一個孤立系統。根據諾特定理,能量守恆是由於物理定律不會隨時間而改變所得到的自然結果。
雖然一個系統的總能量,不會隨時間改變,但其能量的值,可能會因為參考系而有所不同。例如一個坐在飛機里的乘客,相對於飛機其動能為零;但是相對於地球來說,動能卻不為零,也不能以單獨動量去與地球相比較。

能量是物理學的基本概念之一,從經典力學到相對論、量子力學和宇宙學,能量總是一個核心概念。
在一般常用語或科普讀物中能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當於做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量,是指假如將1千克的汽油中的化學能全部施放出來的話可以做12KWh的功。
能量是物理學中描寫一個系統或一個過程的物理量。一個系統的能量可以被定義為從一個零能量的狀態轉換為該系統現狀的功的總和。一個系統有多少能量在物理中並不是一個確定的值,它隨著對這個系統的描寫而變換。人體在生命活動過程中,一切生命活動都需要能量,如物質代謝的合成反應、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來源於食物。動、植物性食物中所含的營養素可分為五大類:碳水化合物、脂類、蛋白質、礦物質和維生素,加上水為六大類。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白質經體內氧化可釋放能量。三者統稱為「產能營養素」或「熱源物質」。
能量守恆定律表明能量不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一種形式轉化為另一種形式,而能的總量保持不變。能量是標量,不是矢量,沒有方向。至於正物質與反物質並不是說質量有正負,而是原子核的電性相反,相遇後質量轉化為能量。任何運動都需要能量。能量的形式有許多種,例如光能、聲能、熱能、電能,機械能、化學能、核能等。舉一個例子,觀察一個質量為1Kg的固體的能量:
在經典力學中,其能量就是從靜止加速到現有速度所作的功的總和。
在經典熱學中,其能量就是從絕對零度加熱現有溫度所作的功的總和。
物理化學中,其能量就是合成這個固體時對原料加入的功的總和。
在原子物理中,其能量就是從原子能為零的狀態對它做功達到現有狀態的功的總和。
還可以用相反的方法來定義這個固體所含的能量。舉兩個例子:
該固體的內能是將它冷卻到絕對零度所釋放出來的功的總和。
該固體的原子能是將其結合能在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能。
能量雖然是一個常用和基本的物理概念,同時也是一個抽象的物理概念。事實上,物理學家一直到19世紀中才真正理解能量概念,在此之前常常與力、動量等概念混淆。
能量有很多,比如:
化學能
物質發生化學變化(化學反應)時釋放或吸收的能量。如干電池和蓄電池的放電是化學能轉變成電能;給電池充電則是電能轉變成化學能 。其本質是原子的外層電子變動,導致電子結合能改變而放出的能量。正負電子對湮沒成光子,就是電子的靜能轉換成光子的能量 。
熱能
物質內部原子分子熱運動的動能,溫度愈高的物質所包含的熱能愈大。熱機是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機的動能。
電能
正負電荷之間由於電力作用所具有的(電)勢能,可以用電場強度表達出來。真空中的電能密度(單位體積內的電能)即電場能量密度w=E2/2;介質中的電能密度w=E·D/2,式中D是電位移矢量,E是電場強度。電能的提取就是將電勢能變成帶電粒子的動能,如導體中的電流或加速器中的荷電粒子束。磁能是指磁場能,磁能密度w=H·B/2,式中H是磁場強度,B是磁感應強度。電能密度與磁能密度之和為電磁能密度(電磁場能量密度)w=(E·D+H·B)/2 。
輻射能
指光和電磁波的能量(光子的能量)。
核能
原子核內核子的結合能,它可以在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能 。根據狹義相對論,物體的質量m和能量E之間存在著質能關系E=mс2(с為真空中的光速)。因此,當物體靜止時也具有能量。物質的能量、質量這二者是密切相關的。原子核的質量比組成它的核子的總質量小,即自由核子結合成原子核時有能量釋放出來,這能量稱為原子核的結合能。比結合能(原子核中平均每核子的結合能)低的重核裂變成比結合能高的較輕核,或幾個比結合能低的輕核聚合成一個比結合能高的較重核,所釋放的能量就是原子能。

㈡ 什麼是鋰電池能量密度

回答:

能量密度,指的是單位質量或單位體積的電池所放出的能量,即體積比能量或質量比能量。

鋰電池的能量密度值反映了電池能量大小和尺寸的關系:能量密度ρ=E/V

㈢ 能量密度和能流密度有什麼區別

1、特點不同

能量密度是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。

能流密度是在一定空間范圍內,單位面積(如平方米)所能取得的或單位重量(如公斤)能源所能產生的某種能源的能量或功率。

2、作用不同

用來衡量電池最合適,比較單位體積的電池所儲存的電量。氣體燃燒熱(以體積衡量的)實質上就是能量密度。

能流密度是評價能源的主要指標之一。

3、分類不同

在食品營養學的角度上,能量密度是指每克食物所含的能量,這與食品的水分和脂肪含量密切有關。食品的水分含量高則能量密度低、脂肪含量高則能量密度高。

在電磁學中,能流密度指一定單位時間內通過與傳播方向垂直的單位面積的能量。

㈣ -什麼是能量密度--其單位是什麼--物理意義是什麼

單位體積內的包含的能量,單位:焦耳/立方米,千焦/立方米,兆焦/立方米,量綱KG/(MS2)。
用來衡量電池最合適,比較單位體積的電池所儲存的電量。
氣體燃燒熱(以體積衡量的)實質上就是能量密度。

㈤ 高能物理學和理論物理學的區別是什麼

高能物理學一般就是指粒子物理學,包含實驗和理論兩個方面,就像物理大家楊振寧是粒子物理學的理論方向,而王貽芳院士就是實驗物理方向,王貽芳院士是丁肇中的學生,都是實驗物理,而理論物理學包含粒子物理的理論方向,還包含很多,比如凝聚態理論,例如BCS超導理論,還有原子分子物理學的理論方向。總結一下,兩者既有相交的部分,又各自有不同的地方,理論物理學的方面更多一些。

大學物理。最大能量密度和平均能量密度的關系是怎樣的

最大能量密度是空間中各點附近體積元所佔的能量並對體積元的極限值中最大的哪點,平均能量密度是指能量密度函數對整個研究的空間的積分後得總能量再除以整個研究的空間體積所得的平均值。顯然,它們的關系是量綱一致的,但前者要大於或等於後者。

㈦ 物理學密度是什麼意思介紹得簡單一點

密度是對特定體積的質量的度量。密度的定義是物體的質量除以體積。

計算公式:容ρ=m/V

單位:g/cm³或kg/m³

符號:ρ

(7)高能量密度物理學什麼擴展閱讀:

密度與生活:

1、人體的密度只有1.02g/cm,只比水的密度大一點。

2、汽油的密度比水小,所以你在路上看到的任何油漬都會浮到水面上。

3、海水比水密度大,所以身體更容易漂浮。

(死海的水密度是1.3克/厘米,比人類的密度高,所以人可以漂浮在海中。)

㈧ 什麼是能量密度

能密是對能量密度的簡稱。它是指單位體積的某種物質由絕對零度轉變成現在狀態所吸收的能量。例如:某狀態下的12噸水從絕對零度轉變成該狀態共吸收了7.8636X10(+9)J的能量,則這些水的能密約為6.553X10(+8)J每立方米。能密包括動能密和靜能密。動能密包括宏觀動能密和微觀動能密。微觀動能密是指單位體積的物質分子熱運動所具有的能量總和;宏觀動能密是指相對一個運動的物體所具有的能量密度,例如聲音具有能量,隨著聲波的向外傳播,體積會變大,而能量總和不變,所以能密就會減小;靜能密是指單位體積的物質所有分子所具有的分子勢能總和。

㈨ 高能物理學是什麼意思

高能物理學又稱粒子物理學或基本粒子物理學,它是物理學的一個分支學科,研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質,和在很高的能量下,這些物質相互轉化的現象,以及產生這些現象的原因和規律。它是一門基礎學科,是當代物理學發展的前沿之一。粒子物理學是以實驗為基礎,而又基於實驗和理論密切結合發展的。
原子論是元素派學說中最簡明、最具科學性的一種理論形態。英國自然科學史家丹皮爾認為,原子論在科學上「要比它以前或以後的任何學說都更接近於現代觀點」。原子論的創始人是愛利亞人(一說阿布德拉人)留基波,他是德謨克利特的老師。古代學者在論及原子論時,通常是把他們倆人的學說混在一起的。由於留基波生平不詳,且其學說也為德謨克利特發展和完善,因此德謨克利特被公認為原子論的主要代表。
德謨克利特認為,萬物的本原或根本元素是「原子」和「虛空」。「原子」在希臘文中是「不可分」的意思。德謨克利特用這一概念來指稱構成具體事物的最基本的物質微粒。原子的根本特性是「充滿和堅實」,即原子內部沒有空隙,是堅固的、不可入的,因而是不可分的。德謨克利特認為,原子是永恆的、不生不滅的;原子在數量上是無限的;原子處在不斷的運動狀態中,它的惟一的運動形式是「振動」;原子的體積微小,是眼睛看不見的,即不能為感官所知覺,只能通過理性才能認識。
1897年,湯姆遜在實驗中發現了電子,1911年盧瑟福由α粒子大角度彈性散射實驗,又證實了帶正電的原子核的存在。這樣,就從實驗上證明了原子的存在,以及原子是由電子和原子核構成的理論。
1932年,查德威克在用α粒子轟擊核的實驗中發現了中子。隨即人們認識到原子核是由質子和中子構成的,從而得到了一個所有的物質都是由基本的結構單元——質子、中子和電子構成的統一的世界圖像。
就在這個時候開始形成了現代的基本粒子概念。1905年,愛因斯坦提出電磁場的基本結構單元是光子,1922年被康普頓等人的實驗所證實,因而光子被認為是一種「基本粒子」。1931年,泡利又從理論上假設存在一種沒有靜止質量的粒子——中微子(嚴格地講是反中微子,中微子的存在是1956年由萊因斯和科恩在實驗上證實的)。
相對論量子力學預言,電子、質子、中子、中微子都有質量和它們相同的反粒子。第一個反粒子——正電子是1932年,安德森利用放在強磁場中的雲室記錄宇宙線粒子時發現的,50年代中期以後陸續發現了其他粒子的反粒子。
隨著原子核物理學的發展,發現除了已知的引力相互作用和電磁相互作用之外,還存在兩種新的相互作用——強相互作用和弱相互作用。
1934年,湯川秀樹為解釋核子之間的強作用短程力,基於同電磁作用的對比,提出這種力是由質子和(或)中子之間交換一種具有質量的基本粒子——介子引起的。1936年,安德森和尼德邁耶在實驗上確認了一種新粒子,其質量是電子質量的207倍,這就是後來被稱為μ子的粒子。μ子是不穩定的粒子,它衰變成電子、一個中微子和一個反中微子,平均壽命為百萬分之二秒。
湯川最初提出的介子的電荷是正的或負的。1938年,凱默基於實驗上發現的核力的電荷無關性的事實,發展了稍早些時候出現的同位旋的概念,建立了核力的對稱性理論。
1947年,孔韋爾西等人用計數器統計方法發現μ子並沒有強作用。1947年鮑威爾等人在宇宙線中利用核乳膠的方法發現了真正具有強相互作用的介子,其後,在加速器上也證實了這種介子的存在。
從此以後人類認識到的基本粒子的數目越來越多。就在1947年,羅徹斯特和巴特勒在宇宙線實驗中發現v粒子(即K介子),這就是後來被稱為奇異粒子的一系列新粒子發現的開始。由於它們獨特的性質,一種新的量子數——奇異數的概念被引進到粒子物理中。在這些奇異粒子中,有質量比質子輕的奇異介子,有質量比質子重的各種超子。在地球上的通常條件下,它們並不存在,在當時的情況下,只有藉助從太空飛來的高能量宇宙線才能產生。
這些發現了的基本粒子,加上理論上預言其存在,但尚未得到實驗證實的引力場量子——引力子,按相互作用的性質,可分成引力子、光子、輕子和強子四類。為了克服宇宙線流太弱這個限制,從50年代初開始建造能量越來越高、流強越來越大的粒子加速器。實驗上也相繼出現了新的強有力的探測手段,如大型氣泡室、火花室、多絲正比室等,開始了新粒子的大發現時期。
到了60年代頭幾年,實驗上觀察到的基本粒子的數目已經增加到比當年元素周期表出現時發現的化學元素的數目還要多,而且發現的勢頭也越來越強。1961年,由蓋耳-曼及奈曼類比化學元素周期表提出了,用強相互作用的對稱性來對強子進行分類的。
八重法分類不但給出了當時已經發現的強子在其中的位置,還准確地預言了一些新的粒子,如1964年用氣泡室實驗發現的Ω粒子。八重法很好地說明粒子的自旋、宇稱、電荷、奇異數以及質量等靜態性質的規律性。
在此階段中,證實了不單電子,所有的粒子,都有它的反粒子(有的粒子的反粒子就是它自身)。其中第一個帶電的反超子是由中國的王淦昌等在1959年發現的。此外,還發現了為數眾多的壽命極短經強作用衰變的粒子——共振態。
建立體系
基本粒子大量發現,使人們懷疑這些基本粒子的基本性。基本粒子的概念,面臨一個突變。
20世紀40年代到60年代,對微觀世界理性認識的最大進展是量子力學的建立。經過一代物理學家的努力,量子力學能很好地解釋原子結構、原子光譜的規律性、化學元素的性質、光的吸收及輻射等等現象,特別是當它同狹義相對論結合而建立相對論性量子力學以後,它已經成為微觀世界在原子、分子層次上的一個基本理論。
但是,量子力學還有幾個方面的不足:它不能反映場的粒子性;不能描述粒子的產生和湮沒的過程;它有負能量的解,這導致物理概念上的困難。量子場論是由狄喇克、約旦、維格納、海森伯和泡利等人在相對論量子力學的基礎上,通過場的量子化的途徑發展出來的,它很好地解決了這三個問題。
庫什和福里1947年發現的電子反常磁矩,和由蘭姆等發現的氫原子能級的分裂,只有通過量子電動力學的重正化理論才能得到正確的解釋。今天,量子電動力學已經經受了許多實驗上的驗證,成為電磁相互作用的基本理論。
並非所有的基本粒子都是「基本」的想法,最早是在1949年由費密和楊振寧提出的。他們認為,介子不是基本的,基本的是核子,而介子只是由核子和反核子構成的結合態。1955年,坂田昌一擴充了費密和楊振寧的模型提出了強子是由核子、超子和它們的反粒子構成的模型。
1961年,在實驗上發現了不少共振態。1964年,已發現的基本粒子(包括共振態)的種類增加到上百種,因而使得蓋耳-曼和茲韋克提出,產生對稱性的基礎就是構成所有強子的構造單元,它們一共有三種,並命名為誇克。
20世紀60年代以來,在宇宙線中、加速器上以及在岩石中,都進行了對誇克的實驗找尋,但迄今還沒有被確證為成功的報道。在60年代和70年代,有更多的能量更高、性能更好的加速器建成。雖然在這些加速器上沒有找到誇克。但卻得到了間接的,但是更有力地說明誇克存在的證據。
與強子的數目急劇增加的情況相反,自從1962年利用大型火花室,在實驗上證實了兩類中微子之後,長時間內已知的輕子就只有四種,但是到了1975年情況有了改變,這一年佩爾等在正負電子對撞實驗中發現了一個新的輕子,它帶正電或帶負電,達質子的兩倍,所以又叫重輕子。與它相應,普遍相信應有另一種中微子存在,但是尚未得到實驗上的證實。
誇克理論提出不久,就有人認識到強子的強相互作用和弱相互作用的研究應建立在誇克的基礎上,同時還要充分考慮強子的結構特性和各種過程中的運動學特點,才能正確地解釋強子的壽命、寬度、形狀因子、截面等動態性質。1965年,中國發展的強子結構的層子模型,就是這個方向的首批研究之一。層子的命名,是為了強調物質結構的無限層次而作出的。在比強子更深一層次上的層子,就是誇克。近20年來,粒子物理實驗和理論發展的主流,一直沿著這個方向,在弱作用方面,已有了突破性的進展,在強作用方面,也有重大的進展。
最早的弱相互作用理論,是費密為了解釋中子衰變現象在1934年提出來的。弱作用宇稱不守恆的發現,給弱作用理論的研究帶來很大的動力。隨後不久便確立了描述弱作用的流在洛倫茲變換下應當具有的形式,而且適用於所有的弱作用過程,被稱為普適費密型弱相互作用理論。
1961年,格拉肖提出電磁相互作用和弱相互作用的統一理論。這個理論的基礎,是楊振寧和密耳斯在1954年提出的非阿貝耳規范場論。但是在這個理論里,這些粒子是否具有靜止質量、理論上如何重正化等問題,沒有得到解答。
1967~1968年,溫伯格、薩拉姆闡明了作為規范場粒子是可以有靜止質量的,還算出這些靜止質量同弱作用耦合常數以及電磁作用耦合常數的關系。這個理論中很重要的一點是預言弱中性流的存在,而當時實驗上並沒有觀察到弱中性流的現象。由於沒有實驗的支持,所以當時這個模型並末引起人們的重視。
1973年,美國費密實驗室和歐洲核子中心在實驗上相繼發現了弱中性流,之後,人們才開始對此模型重視起來。在1983年,魯比亞實驗組等在高能質子—反質子對撞的實驗中發現的特性同理論上期待的完全相符規范粒子,這給予電弱統一理論以極大的支持,從而使它有可能成為弱相互作用的基本理論。
目前,粒子物理已經深入到比強子更深一層次的物質的性質的研究。更高能量加速器的建造,無疑將為粒子物理實驗研究提供更有力的手段,有利於產生更多的新粒子,以弄清誇克的種類和輕子的種類,它們的性質,以及它們的可能的內部結構。
弱電相互作用統一理論日前取得的成功,特別是弱規范粒子的發現,加強了人們對定域規范場理論作為相互作用的基本理論的信念,也為今後以高能輕子作為探針探討強子的內部結構、誇克及膠子的性質以及強作用的性質提供了可靠的分析手段。在今後一個時期,強相互作用將是粒子物理研究的一個重點。
把電磁作用、弱作用和強作用統一起來的大統一理論,近年來引起相當大的注意。但即使在最簡單的模型中,也包含近20個無量綱的參數。這表明這種理論還包含著大量的現象性的成分,只是一個十分初步的嘗試。它還要走相當長的一段路,才能成為一個有效的理論。
另外從發展趨勢來看,粒子物理學的進展肯定會在宇宙演化的研究中起推進作用,這個方面的研究也將會是一個十分活躍的領域。

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