Техника - молодёжи 1957-06, страница 22

эту-то величину и называют потенциалом сил тяготения — гравитационным потенциалом данной точки.

Следовательно, можно определить потенциал сил тяготения как отношение работы к массе. Это аналогично определению скорости как отношения пройденного пути ко времени. Облачая это, как видим, довольно простое соотношение в строгие физические формулировки, получаем, что гравитационный потенциал любой точки пространства численно равен работе, затрачиваемой на перенос тела с массой, принятой за единицу, из нулевой точки (точки начала отсчета) в данную точку.

Еще Галилеем было установлено, что работа сил земного тяготения зависит только от местоположения начальной и конечной точек пути, а не от длины и формы этого пути.

Потенциал — это величина, определяемая местоположением данной точки. Выражаясь математически, потенциал — это функция координат данной точки, функция точки.

Если начальная и конечная точки пути совпадают и если путь этот замкнутый, то работа сил тяготения равна нулю. Это свойство сил тяготения позволяет применить такой вычислительный прием: представлять работу не только в виде произведения «силы в направлении пути на путь», со сложным и трудоемким процессом вычисления всех изломов и возможных зигзагов этого пути, но также в виде произведения массы на некоторую величину, определяемую только местоположением начальной и конечной точек пути и называемую разностью потенциалов между этими двумя точками.

Но не для всяких сил работа по замкнутому пути равна нулю. Помешаем чай в, стакане. Работа определяется не только местоположением начальной и конечной точек пути ложечки, но и длиной ее пути. Работу сил трения невозможно представить при помощи понятия о потенциале.

ПОДРОБНЕЕ О ГРАВИТАЦИОННОМ ПОТЕНЦИАЛЕ ЗЕМЛИ

Потенциальные кривые атомного ядра легкого элемента (положительно заряженной элементарной частицы — протона). Верхняя кривая, показывающая значение электрического потенциала, и средняя кривая, показывающая значение потенциала специфических ядерных сил, суммируются в нижней кривой, которая изображена также внизу на цветной таблице.

Профессор, доктор технических наук Георгий Ильич БАБАТ—специалист в области промышленной электроники и применения токов высокой частоты, изобретатель поверхностной закалки металлов и высокочастотного транспорта — известен также как автор увлекательных популярных книг по электротехнике для молодежи: «Страна ПЭЭФ», «Рассказы о токах высокой частоты», «Электричество работает».

вой потенциала и наибольшая глубина — местоположение дна «чаши потенциала земного тяготения» — неизвестны.

При интенсивной физической работе человек развивает мощность до 10 кГм в секунду. Понадобилось бы не менее шести лет, чтобы человек смог за счет своих мышц выполнить «работу отрыва», преодолеть земное тяготение и выбраться из потенциальной чаши.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Электрические силы, действующие между электрическими зарядами, и магнитные силы между магнитными полюсами подчиняются тому же закону — закону обратных квадратов, что и силы всемирного тяготения. Все эти силы часто называют «центральными силами»: они направлены по прямой, соединяющей центры взаимодействующих масс. Если электрические заряды и магнитные полюса взаимно перемещаются с небольшой скоростью, то совершаемая при этом работа определяется только местоположением начальной и конечной точек пути и не зависит от формы пути. Для вычисления такой работы можно пользоваться понятием о потенциале. Пространство вокруг неподвижных (медленно движущихся) зарядов и полюсов называют потенциальным полем — электростатическим или магнитостатическим.

Быстро движущиеся электрические заряды и магниты создают в пространстве вихревые силы, вихревые поля. Для их исследования нужен другой «инструментарий». Для таких полей вводят понятие о «единичном вихре» — «роторе». Но очень большое количество электротехнических задач решается при помощи понятия о потенциале.

Работу электрических сил вычисляют как произведение электрической разности потенциалов на «электрическую массу» — заряд, а величину электрического потенциала, по аналогии с потенциалом всемирного тяготения, определяют как отношение работы, производимой при перемещении заряда, к величине заряда.

За нулевую точку — начало отсчета — обычно принимают точку, бесконечно удаленную. Численно электрический потенциал данной точки пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность. Или можно выразиться иначе: электрический потенциал численно равен работе, затрачиваемой на перенос тела с единичным зарядом из точки начала отсчета (бесконечности) в данную точку. Единицей для измерения электрического потенциала или электрической разности потенциалов обычно служит вольт.

При изучении электрических <и магнитных полей часто возникает необходимость изображать на чертеже семейство линий равного потенциала — эквипотенциальных линий. Эти линии направлены перпендикулярно к силовым линиям. Пересекаясь, они образуют сетку криволинейных прямоугольников.

Конструкторы ра/^иоламп изучают потенциальные поля, чтобы определить пути движения потоков электронов (см. цветную вкладку, рис. II), строители машин — чтобы найти наилучшие пропорции двигателей и генераторов. Нет почти ни одного подразделения электротехники, где бы не требовалось изучения потенциальных полей.

В одной и той же части пространства могут существовать одновременно несколько силовых полей. Каждая точка пространства может одновременно обладать и потенциалом сил тяготения, и электрическим, и магнитным потенциалами. Для вычисления полной работы , производимой телом, приходится складывать различные потенциалы.

ЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ

По современным воззрениям, ядра всех атомов складываются в основном из ядерных частиц — нуклонов —■ двух сортов. Одни частицы имеют массу, равную 1 836 электронным

(Окончание на 32-й стр.)

Часто принимают за точку нулевого потенциала бесконечно удаленную точку. Тогда для всех точек и под и над поверхностью Земли гравитационный потенциал будет величиной отрицательной. Потенциал любой точки будет определяться работой, которую должны совершать силы тяготения для удаления тела некоторой условной (единичной) массы из данной точки в бесконечность.

На поверхности Земли потенциал будет равен: минус 6,3 млн. кГм на один килограмм, то есть работа сил притяжения, все слабеющих по мере удаления от поверхности Земли до бесконечности, будет такая же, как и работа неизменной силы, равной силе тяжести у поверхности 2<емли, на пути, равном радиусу Земли (6 300 км).

При углублении в землю отрицательное значение потенциала продолжает постепенно возрастать. Кривая потенциала тяготения — гравитационного потенциала земного шара — напоминает собой очертания гигантской чаши. Все мы, обитатели Земли, находимся на скате этой чаши (см. цветную вкладку, рис. I).

Если бы плотность Земли была однородной, то значение потенциала в центре ее было бы в полтора раза больше, чем у ее поверхности (примерно минус 9,5 млн. кГм на килограмм). Так как в действительности плотность Земли увеличивается к центру, то кривая потенциала идет круче вниз. Действительный ход кри-

КРИВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПОТЕНЦИАЛА АТОМНОГО ЯДРА

РАССТОЯНИЕ ОТ ЦЕНТРА ЯДРА

ПОТЕНЦИАЛ ЯДЕРНЫХ СИЛ

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА

I

[..'ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ I УСТОЙЧИВОГО ЯДРА

КВАНТОВЫЕ /' ВОЗ Б УЖДЕН Н Ы Е УРОВНИ

РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ КРИВАЯ ^АТОМНОГО ЯДРА