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高能量密度物理学什么

发布时间:2022-10-04 00:48:40

㈠ 物理学中的能量具体是什么

能量是物质运动转换的量度,简称“能”。世界万物是不断运动的,在物质的一切属性中,运动是最基本的属性,其他属性都是运动的具体表现。能量是表征物理系统做功的本领的量度。
对应于物质的各种运动形式,能量也有各种不同的形式,它们可以通过一定的方式互相转换。
在机械运动中表现为物体或体系整体的机械能,如动能、势能、声能等。在热现象中表现为系统的内能,它是系统内各分子无规则运动的动能、分子间相互作用的势能、原子和原子核内的能量的总和,但不包括系统整体运动的机械能。对于热运动能(热能),人们是通过它与机械能的相互转换而认识的(见热力学第一定律) 。
空间属性是物质运动的广延性体现;时间属性是物质运动的持续性体现;引力属性是物质在运动过程由于质量分布不均所引起的相互作用的体现;电磁属性是带电粒子在运动和变化过程中的外部表现,等等。物质的运动形式多种多样,每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式。
宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能;分子运动对应的能量形式是热能;原子运动对应的能量形式是化学能;带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能;光子运动对应的能量形式是光能,等等。除了这些,还有风能、潮汐能等。当运动形式相同时,物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述。物体的机械运动可以用速度、加速度、动量等物理量来描述;电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述。但是,如果运动形式不相同,物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量,能量是一切运动着的物质的共同特性。
因此可以对能量作出定义:
能量在古希腊语中意指“活动、操作”,是一个间接观察的物理量,被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。功被定义为力在物体沿力的方向发生位移的空间积累效应,并且等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。
一个物体所含的总能量奠基于其总质量,能量同质量一样既不会凭空产生,也不会凭空消灭。能量和质量一样都是标量。在国际单位制中,能量的单位是焦耳,但有时使用其他单位如千瓦·时和千卡,这些也是功的单位。能量是用以衡量所有物质运动规模的统一量度。
A系统可以借由简单的物质转移将能量传递到B系统中(因为物质的质量等价于能量)。如果能量不是借由物质转移而传递能量,而是由其他方式传递,会使B系统产生变化,因为A系统对B系统作功。功的效果如同一个力以一定的距离作用在接收能量的系统中。例如,A系统可以经过电磁辐射到B系统,使吸收辐射能量的B系统内部的粒子产生热运动。一个系统也可以通过碰撞传递能量,在这种情况下被碰撞的物体会在一段距离内受力并获得运动的能量,称为动能。热能的传递则可以由以上两个方法产生:热可以由辐射能转移能量,或者直接由系统间粒子的碰撞而转移动能。
能量可以不用表现为物质、动能或是电磁能的方式而储存在一个系统中。当粒子在与其有相互作用的一个场中移动一段距离(需借由一个外力来移动),此粒子移动到这个场的新的位置所需的能量便被储存了。当然粒子必须借由外力才能保持在新位置上,否则其所处在的场会借由推或者是拉的方式让粒子回到原来的状态。这种借由粒子在力场中改变位置而储存的能量就称为位能(势能)。一个简单的例子就是在重力场中往上提升一个物体到某一高度所需要做的功就是位能(势能)。
任何形式的能量可以转换成另一种形式。举例来说,当物体在力场中自由移动到不同的位置时,位能可以转化成动能。当能量是属于非热能的形式时,它转化成其他种类的能量的效率可以很高甚至是完美的转换,包括电力或者新的物质粒子的产生。然而如果是热能的话,则在转换成另一种形态时,就如同热力学第二定律所描述的,总会有转换效率的限制。
在所有能量转换的过程中,总能量保持不变,原因在于总系统的能量是在各系统间做能量的转移,当从某个系统间损失能量,必定会有另一个系统得到这损失的能量,导致失去和获得达成平衡,所以总能量不改变。这个能量守恒定律,是在19世纪初提出,并应用于任何一个孤立系统。根据诺特定理,能量守恒是由于物理定律不会随时间而改变所得到的自然结果。
虽然一个系统的总能量,不会随时间改变,但其能量的值,可能会因为参考系而有所不同。例如一个坐在飞机里的乘客,相对于飞机其动能为零;但是相对于地球来说,动能却不为零,也不能以单独动量去与地球相比较。

能量是物理学的基本概念之一,从经典力学到相对论、量子力学和宇宙学,能量总是一个核心概念。
在一般常用语或科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量,是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12KWh的功。
能量是物理学中描写一个系统或一个过程的物理量。一个系统的能量可以被定义为从一个零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。人体在生命活动过程中,一切生命活动都需要能量,如物质代谢的合成反应、肌肉收缩、腺体分泌等等。而这些能量主要来源于食物。动、植物性食物中所含的营养素可分为五大类:碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素,加上水为六大类。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白质经体内氧化可释放能量。三者统称为“产能营养素”或“热源物质”。
能量守恒定律表明能量不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式,而能的总量保持不变。能量是标量,不是矢量,没有方向。至于正物质与反物质并不是说质量有正负,而是原子核的电性相反,相遇后质量转化为能量。任何运动都需要能量。能量的形式有许多种,例如光能、声能、热能、电能,机械能、化学能、核能等。举一个例子,观察一个质量为1Kg的固体的能量:
在经典力学中,其能量就是从静止加速到现有速度所作的功的总和。
在经典热学中,其能量就是从绝对零度加热现有温度所作的功的总和。
物理化学中,其能量就是合成这个固体时对原料加入的功的总和。
在原子物理中,其能量就是从原子能为零的状态对它做功达到现有状态的功的总和。
还可以用相反的方法来定义这个固体所含的能量。举两个例子:
该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。
该固体的原子能是将其结合能在原子核裂变或聚变反应中释放出来变成反应产物的动能。
能量虽然是一个常用和基本的物理概念,同时也是一个抽象的物理概念。事实上,物理学家一直到19世纪中才真正理解能量概念,在此之前常常与力、动量等概念混淆。
能量有很多,比如:
化学能
物质发生化学变化(化学反应)时释放或吸收的能量。如干电池和蓄电池的放电是化学能转变成电能;给电池充电则是电能转变成化学能 。其本质是原子的外层电子变动,导致电子结合能改变而放出的能量。正负电子对湮没成光子,就是电子的静能转换成光子的能量 。
热能
物质内部原子分子热运动的动能,温度愈高的物质所包含的热能愈大。热机是膨胀的水蒸气把它的热能变成了热机的动能。
电能
正负电荷之间由于电力作用所具有的(电)势能,可以用电场强度表达出来。真空中的电能密度(单位体积内的电能)即电场能量密度w=E2/2;介质中的电能密度w=E·D/2,式中D是电位移矢量,E是电场强度。电能的提取就是将电势能变成带电粒子的动能,如导体中的电流或加速器中的荷电粒子束。磁能是指磁场能,磁能密度w=H·B/2,式中H是磁场强度,B是磁感应强度。电能密度与磁能密度之和为电磁能密度(电磁场能量密度)w=(E·D+H·B)/2 。
辐射能
指光和电磁波的能量(光子的能量)。
核能
原子核内核子的结合能,它可以在原子核裂变或聚变反应中释放出来变成反应产物的动能 。根据狭义相对论,物体的质量m和能量E之间存在着质能关系E=mс2(с为真空中的光速)。因此,当物体静止时也具有能量。物质的能量、质量这二者是密切相关的。原子核的质量比组成它的核子的总质量小,即自由核子结合成原子核时有能量释放出来,这能量称为原子核的结合能。比结合能(原子核中平均每核子的结合能)低的重核裂变成比结合能高的较轻核,或几个比结合能低的轻核聚合成一个比结合能高的较重核,所释放的能量就是原子能。

㈡ 什么是锂电池能量密度

回答:

能量密度,指的是单位质量或单位体积的电池所放出的能量,即体积比能量或质量比能量。

锂电池的能量密度值反映了电池能量大小和尺寸的关系:能量密度ρ=E/V

㈢ 能量密度和能流密度有什么区别

1、特点不同

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。

能流密度是在一定空间范围内,单位面积(如平方米)所能取得的或单位重量(如公斤)能源所能产生的某种能源的能量或功率。

2、作用不同

用来衡量电池最合适,比较单位体积的电池所储存的电量。气体燃烧热(以体积衡量的)实质上就是能量密度。

能流密度是评价能源的主要指标之一。

3、分类不同

在食品营养学的角度上,能量密度是指每克食物所含的能量,这与食品的水分和脂肪含量密切有关。食品的水分含量高则能量密度低、脂肪含量高则能量密度高。

在电磁学中,能流密度指一定单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的能量。

㈣ -什么是能量密度--其单位是什么--物理意义是什么

单位体积内的包含的能量,单位:焦耳/立方米,千焦/立方米,兆焦/立方米,量纲KG/(MS2)。
用来衡量电池最合适,比较单位体积的电池所储存的电量。
气体燃烧热(以体积衡量的)实质上就是能量密度。

㈤ 高能物理学和理论物理学的区别是什么

高能物理学一般就是指粒子物理学,包含实验和理论两个方面,就像物理大家杨振宁是粒子物理学的理论方向,而王贻芳院士就是实验物理方向,王贻芳院士是丁肇中的学生,都是实验物理,而理论物理学包含粒子物理的理论方向,还包含很多,比如凝聚态理论,例如BCS超导理论,还有原子分子物理学的理论方向。总结一下,两者既有相交的部分,又各自有不同的地方,理论物理学的方面更多一些。

大学物理。最大能量密度和平均能量密度的关系是怎样的

最大能量密度是空间中各点附近体积元所占的能量并对体积元的极限值中最大的哪点,平均能量密度是指能量密度函数对整个研究的空间的积分后得总能量再除以整个研究的空间体积所得的平均值。显然,它们的关系是量纲一致的,但前者要大于或等于后者。

㈦ 物理学密度是什么意思介绍得简单一点

密度是对特定体积的质量的度量。密度的定义是物体的质量除以体积。

计算公式:容ρ=m/V

单位:g/cm³或kg/m³

符号:ρ

(7)高能量密度物理学什么扩展阅读:

密度与生活:

1、人体的密度只有1.02g/cm,只比水的密度大一点。

2、汽油的密度比水小,所以你在路上看到的任何油渍都会浮到水面上。

3、海水比水密度大,所以身体更容易漂浮。

(死海的水密度是1.3克/厘米,比人类的密度高,所以人可以漂浮在海中。)

㈧ 什么是能量密度

能密是对能量密度的简称。它是指单位体积的某种物质由绝对零度转变成现在状态所吸收的能量。例如:某状态下的12吨水从绝对零度转变成该状态共吸收了7.8636X10(+9)J的能量,则这些水的能密约为6.553X10(+8)J每立方米。能密包括动能密和静能密。动能密包括宏观动能密和微观动能密。微观动能密是指单位体积的物质分子热运动所具有的能量总和;宏观动能密是指相对一个运动的物体所具有的能量密度,例如声音具有能量,随着声波的向外传播,体积会变大,而能量总和不变,所以能密就会减小;静能密是指单位体积的物质所有分子所具有的分子势能总和。

㈨ 高能物理学是什么意思

高能物理学又称粒子物理学或基本粒子物理学,它是物理学的一个分支学科,研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质,和在很高的能量下,这些物质相互转化的现象,以及产生这些现象的原因和规律。它是一门基础学科,是当代物理学发展的前沿之一。粒子物理学是以实验为基础,而又基于实验和理论密切结合发展的。
原子论是元素派学说中最简明、最具科学性的一种理论形态。英国自然科学史家丹皮尔认为,原子论在科学上“要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点”。原子论的创始人是爱利亚人(一说阿布德拉人)留基波,他是德谟克利特的老师。古代学者在论及原子论时,通常是把他们俩人的学说混在一起的。由于留基波生平不详,且其学说也为德谟克利特发展和完善,因此德谟克利特被公认为原子论的主要代表。
德谟克利特认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的。德谟克利特认为,原子是永恒的、不生不灭的;原子在数量上是无限的;原子处在不断的运动状态中,它的惟一的运动形式是“振动”;原子的体积微小,是眼睛看不见的,即不能为感官所知觉,只能通过理性才能认识。
1897年,汤姆逊在实验中发现了电子,1911年卢瑟福由α粒子大角度弹性散射实验,又证实了带正电的原子核的存在。这样,就从实验上证明了原子的存在,以及原子是由电子和原子核构成的理论。
1932年,乍得威克在用α粒子轰击核的实验中发现了中子。随即人们认识到原子核是由质子和中子构成的,从而得到了一个所有的物质都是由基本的结构单元——质子、中子和电子构成的统一的世界图像。
就在这个时候开始形成了现代的基本粒子概念。1905年,爱因斯坦提出电磁场的基本结构单元是光子,1922年被康普顿等人的实验所证实,因而光子被认为是一种“基本粒子”。1931年,泡利又从理论上假设存在一种没有静止质量的粒子——中微子(严格地讲是反中微子,中微子的存在是1956年由莱因斯和科恩在实验上证实的)。
相对论量子力学预言,电子、质子、中子、中微子都有质量和它们相同的反粒子。第一个反粒子——正电子是1932年,安德森利用放在强磁场中的云室记录宇宙线粒子时发现的,50年代中期以后陆续发现了其他粒子的反粒子。
随着原子核物理学的发展,发现除了已知的引力相互作用和电磁相互作用之外,还存在两种新的相互作用——强相互作用和弱相互作用。
1934年,汤川秀树为解释核子之间的强作用短程力,基于同电磁作用的对比,提出这种力是由质子和(或)中子之间交换一种具有质量的基本粒子——介子引起的。1936年,安德森和尼德迈耶在实验上确认了一种新粒子,其质量是电子质量的207倍,这就是后来被称为μ子的粒子。μ子是不稳定的粒子,它衰变成电子、一个中微子和一个反中微子,平均寿命为百万分之二秒。
汤川最初提出的介子的电荷是正的或负的。1938年,凯默基于实验上发现的核力的电荷无关性的事实,发展了稍早些时候出现的同位旋的概念,建立了核力的对称性理论。
1947年,孔韦尔西等人用计数器统计方法发现μ子并没有强作用。1947年鲍威尔等人在宇宙线中利用核乳胶的方法发现了真正具有强相互作用的介子,其后,在加速器上也证实了这种介子的存在。
从此以后人类认识到的基本粒子的数目越来越多。就在1947年,罗彻斯特和巴特勒在宇宙线实验中发现v粒子(即K介子),这就是后来被称为奇异粒子的一系列新粒子发现的开始。由于它们独特的性质,一种新的量子数——奇异数的概念被引进到粒子物理中。在这些奇异粒子中,有质量比质子轻的奇异介子,有质量比质子重的各种超子。在地球上的通常条件下,它们并不存在,在当时的情况下,只有借助从太空飞来的高能量宇宙线才能产生。
这些发现了的基本粒子,加上理论上预言其存在,但尚未得到实验证实的引力场量子——引力子,按相互作用的性质,可分成引力子、光子、轻子和强子四类。为了克服宇宙线流太弱这个限制,从50年代初开始建造能量越来越高、流强越来越大的粒子加速器。实验上也相继出现了新的强有力的探测手段,如大型气泡室、火花室、多丝正比室等,开始了新粒子的大发现时期。
到了60年代头几年,实验上观察到的基本粒子的数目已经增加到比当年元素周期表出现时发现的化学元素的数目还要多,而且发现的势头也越来越强。1961年,由盖耳-曼及奈曼类比化学元素周期表提出了,用强相互作用的对称性来对强子进行分类的。
八重法分类不但给出了当时已经发现的强子在其中的位置,还准确地预言了一些新的粒子,如1964年用气泡室实验发现的Ω粒子。八重法很好地说明粒子的自旋、宇称、电荷、奇异数以及质量等静态性质的规律性。
在此阶段中,证实了不单电子,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)。其中第一个带电的反超子是由中国的王淦昌等在1959年发现的。此外,还发现了为数众多的寿命极短经强作用衰变的粒子——共振态。
建立体系
基本粒子大量发现,使人们怀疑这些基本粒子的基本性。基本粒子的概念,面临一个突变。
20世纪40年代到60年代,对微观世界理性认识的最大进展是量子力学的建立。经过一代物理学家的努力,量子力学能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收及辐射等等现象,特别是当它同狭义相对论结合而建立相对论性量子力学以后,它已经成为微观世界在原子、分子层次上的一个基本理论。
但是,量子力学还有几个方面的不足:它不能反映场的粒子性;不能描述粒子的产生和湮没的过程;它有负能量的解,这导致物理概念上的困难。量子场论是由狄喇克、约旦、维格纳、海森伯和泡利等人在相对论量子力学的基础上,通过场的量子化的途径发展出来的,它很好地解决了这三个问题。
库什和福里1947年发现的电子反常磁矩,和由兰姆等发现的氢原子能级的分裂,只有通过量子电动力学的重正化理论才能得到正确的解释。今天,量子电动力学已经经受了许多实验上的验证,成为电磁相互作用的基本理论。
并非所有的基本粒子都是“基本”的想法,最早是在1949年由费密和杨振宁提出的。他们认为,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构成的结合态。1955年,坂田昌一扩充了费密和杨振宁的模型提出了强子是由核子、超子和它们的反粒子构成的模型。
1961年,在实验上发现了不少共振态。1964年,已发现的基本粒子(包括共振态)的种类增加到上百种,因而使得盖耳-曼和兹韦克提出,产生对称性的基础就是构成所有强子的构造单元,它们一共有三种,并命名为夸克。
20世纪60年代以来,在宇宙线中、加速器上以及在岩石中,都进行了对夸克的实验找寻,但迄今还没有被确证为成功的报道。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。虽然在这些加速器上没有找到夸克。但却得到了间接的,但是更有力地说明夸克存在的证据。
与强子的数目急剧增加的情况相反,自从1962年利用大型火花室,在实验上证实了两类中微子之后,长时间内已知的轻子就只有四种,但是到了1975年情况有了改变,这一年佩尔等在正负电子对撞实验中发现了一个新的轻子,它带正电或带负电,达质子的两倍,所以又叫重轻子。与它相应,普遍相信应有另一种中微子存在,但是尚未得到实验上的证实。
夸克理论提出不久,就有人认识到强子的强相互作用和弱相互作用的研究应建立在夸克的基础上,同时还要充分考虑强子的结构特性和各种过程中的运动学特点,才能正确地解释强子的寿命、宽度、形状因子、截面等动态性质。1965年,中国发展的强子结构的层子模型,就是这个方向的首批研究之一。层子的命名,是为了强调物质结构的无限层次而作出的。在比强子更深一层次上的层子,就是夸克。近20年来,粒子物理实验和理论发展的主流,一直沿着这个方向,在弱作用方面,已有了突破性的进展,在强作用方面,也有重大的进展。
最早的弱相互作用理论,是费密为了解释中子衰变现象在1934年提出来的。弱作用宇称不守恒的发现,给弱作用理论的研究带来很大的动力。随后不久便确立了描述弱作用的流在洛伦兹变换下应当具有的形式,而且适用于所有的弱作用过程,被称为普适费密型弱相互作用理论。
1961年,格拉肖提出电磁相互作用和弱相互作用的统一理论。这个理论的基础,是杨振宁和密耳斯在1954年提出的非阿贝耳规范场论。但是在这个理论里,这些粒子是否具有静止质量、理论上如何重正化等问题,没有得到解答。
1967~1968年,温伯格、萨拉姆阐明了作为规范场粒子是可以有静止质量的,还算出这些静止质量同弱作用耦合常数以及电磁作用耦合常数的关系。这个理论中很重要的一点是预言弱中性流的存在,而当时实验上并没有观察到弱中性流的现象。由于没有实验的支持,所以当时这个模型并末引起人们的重视。
1973年,美国费密实验室和欧洲核子中心在实验上相继发现了弱中性流,之后,人们才开始对此模型重视起来。在1983年,鲁比亚实验组等在高能质子—反质子对撞的实验中发现的特性同理论上期待的完全相符规范粒子,这给予电弱统一理论以极大的支持,从而使它有可能成为弱相互作用的基本理论。
目前,粒子物理已经深入到比强子更深一层次的物质的性质的研究。更高能量加速器的建造,无疑将为粒子物理实验研究提供更有力的手段,有利于产生更多的新粒子,以弄清夸克的种类和轻子的种类,它们的性质,以及它们的可能的内部结构。
弱电相互作用统一理论日前取得的成功,特别是弱规范粒子的发现,加强了人们对定域规范场理论作为相互作用的基本理论的信念,也为今后以高能轻子作为探针探讨强子的内部结构、夸克及胶子的性质以及强作用的性质提供了可靠的分析手段。在今后一个时期,强相互作用将是粒子物理研究的一个重点。
把电磁作用、弱作用和强作用统一起来的大统一理论,近年来引起相当大的注意。但即使在最简单的模型中,也包含近20个无量纲的参数。这表明这种理论还包含着大量的现象性的成分,只是一个十分初步的尝试。它还要走相当长的一段路,才能成为一个有效的理论。
另外从发展趋势来看,粒子物理学的进展肯定会在宇宙演化的研究中起推进作用,这个方面的研究也将会是一个十分活跃的领域。

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