Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
1071) Fyzikální teorie
01. 04. 2003
Dotaz: Zajímalo by mne, jak fyzikové vidí svůj obor z hlediska jistoty tvrzení,
které podávají. Př.: fyzik vysloví zákon, a "dokáže" ho experimentem,
dostane za něj třeba nějakou cenu. A pak mu to někdo vyvrátí. Smůla.
Chyba je v tom, co to je "dokázat". V každé aparatuře může být zrnko prachu.
Je tedy ve fyzice nutný princip výstavby teorií, dle hesla: "Co není vyvráceno,
je pravdivé."? V matematice je všechno jinak: "Co není dokázáno, nesmí
být přijímáno jako pravdivé."
(Uhlík Jan)
Odpověď: Následující odpověď bude obsahovat mé chápání věci, jednotliví fyzikové
se budou určitě trochu lišit. Já si myslím, že fyzikové nevyslovují
zákony, které by posléze dokazovali. To dělají leda učitelé. Fyzikové se
dívají kolem sebe, často s pomocí více či méně rafinovaných
experimentálních zařízení, a snaží se výsledky svého pozorování vyjádřit v
co nejsrozumitelnější podobě, související s nějakou interpretací, nejlépe
s vnitřně konzistentní teorií, která popisuje co nejširší okruh jevů.
Podstatnou vlastností dobré teorie je, že nejen vysvětluje již pozorované
jevy, ale že také předpovídá nové. Hledání těchto předpovězených nových
jevů se chápe jako nástroj k možnému vyvrácení dané teorie, resp. zvýšení
její věrohodnosti. Fyzikální teorii totiž nelze dokázat, jen vyvrátit.
Teorie, které se osvědčily, mají statut toho nejlepšího, co v dané chvíli
máme a mohou být velmi užitečné, i když časem se může objevit hlubší
pohled.
Dotaz: Zajímalo by mě, jaké jsou metody měření rychlosti světla ve vakuu. (Robert Fiala)
Odpověď: Klasické jsou metody optické. Při koherentním světle vytvoříme
interferenční obrazce ze dvou paprsků, z nichž jeden proletí měřenou
vzdálenost (případně vícekrát po odrazu na zrcadle). Uvážíte-li vlnovou
délku světla, je zřejmé, že jde o měření velice citlivá a přesná.
Uvažujete-li o ověřování teorie relativity, pak uvažte, že můžete k měření
použít také světlo mimozemských zdrojů; světlem hvězd získáváte zdroj,
který se vůči Vám pohybuje s rychlostí v průběhu roku proměnnou o + - 30
km/s (oběžná rychlost Země kolem Slunce. Také můžete měřit rychlost
radiových vln (což je rovněž elektromagnetické vlnění).
Pro přesný popis interferometrů doporučuji speciální literaturu z
fyzikální optiky.
Dotaz: Co je to "renormalizace"? Má to souviset s rovnicemi kvantové mechaniky. (Jakub Benda)
Odpověď: Je to způsob, jak z rovnic, ze kterých chcete dostat neznámou proměnnou
veličinu, odstranit nekonečně velké výrazy, které ale jsou neproměnné. Tím,
že jsou neproměnné, nemohou mít vliv na chování proměnných - ale to, že
divergují do nekonečna, při výpočtech vadí.
Dotaz: Co to jsou, a na jakém principu fungují zimotvorné směsi? (např. led se solí) (Ivana Jankovská)
Odpověď: Na to, abyste roztavila kus ledu na vodu, potřebujete ledu dodat značné
množství tepla. Když stejný kus ledu převedete do kapalné formy jiným
trikem, tak mu toto teplo (vnitřní energie) prostě chybí. Protože se
energie nemůže ztratit ani vzniknout, tak si směs ledu a soli energii
potřebnou k přechodu z pevné látky na kapalinu obstará tím, že se ochladí.
Sůl zde hraje tu roli, že roztok soli ve vodě při ochlazování tuhne při
nižší teplotě, než čistá voda. Za teploty dejme tomu -4°C je už čistá voda
ve formě ledu, ale slaná voda zůstává kapalná. Když tedy led "ztekutíte"
solí, musí teplota směsi hodně poklesnout, aby se celková energie směsi
nezměnila.
Dotaz: Mám dvě otázky. První se týká elektrolýzy, která probíhá v rozříznutém
citrónu za pomoci Cu a Zn elektrody (pokus ZŠ). Zajímalo by mě, jaké
reakce probíhají uvnitř citrónu.
Dál bych ráda věděla něco bližšího o působení rezistorů v el. obvodu.
Pokud předpokládám, že el.proud je proud elektronů, jakým způsobem rezistor
proud zmenší? Domnívám se, že nějakým (mě neznámým) způsobem "pohlcuje"
volné elektrony. Mohli byste napsat něco bližšího? (M.Vaněčková)
Odpověď: 1. Funkce galvanického článku je založena na přechodu iontů kovu elektrod do
elektrolytu. V daném případě se vytvářejí zřejmě soli kyseliny citrónové,
případně další i složitější organické soli. Článek by pracoval i s vodním
roztokem NaCl, jak to předváděl Alessandro Volta v roce 1800. Sestavil řadu
kovů podle rostoucího kontaktního potenciálu a podle této rady lze vybrat
materiály pro galvanické články. Napětí naprázdno by mělo tedy záviset jen
na materiálu elektrod, kontaktní potenciál je obrazem elektronové struktury
atomu. Kvalita článku, tedy jeho vnitřní odpor a tím i svorkové napětí při
odběru proudu, závisí pak na elektrolytu. Jak lze článek krátkodobě zatížit,
jak je odolný proti samovybíjení je zase další technologický problém. Dnešní
články jsou výsledkem intenzívních snah fyzikálních chemiků a mají stále
menší rozměry a dávájí stále větší výkony. Hodně v této oblasti, myslím,
pracuje Ústav fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského AV ČR.
2. Proud ve vodiči je výsledkem vzájemného působení mezi elektrony a zejména
mezi elektrony a atomy materiálu. Ohmův zákon ve svém prostém tvaru skrývá v
sobě složité mechanismy těchto interakcí. Elektrony jako částice s
elektrickým nábojem by se v elektrickém poli měly pohybovat se stále
rostoucí rychostí, tedy rovnoměrně zrychleně. Skutečnost, že proud se za
velmi krátký čas (řádově 10-14 s) ustálí na stacionární (časově
neproměnné) hodnotě, je důsledek právě těchto interakcí. V kovech v
pokojových teplotách převládá rozptyl elektronů na atomech (nebo iontech)
kmitajících kolem rovnovážných poloh. Čím větší je teplota, tím více atomy
kmitají a tím je odpor kovů větší. V nízkých teplotách se uplatní rozptyl
elektronů na nepravidelnostech mřížky (různé atomy ve slitinách), poruchách
mřížky (vakance, dislokace, hranice zrn) a je proto teplotně nezávislý.
Odpor kovů tedy v nízkých teplotách neklesne k nule ale k nějaké teplotně
nezávislé hodnotě. Výjimku tvoří supravodiče, v nichž proud vedou spárované
elektrony - kuperony, které efektivně s mřížkou neinteragují a odpor tedy
klesne na čistou nulu. V polovodičích závisí odpor především na množství
nositelů náboje - elektronů nebo děr, které mají dostatečnou tepelnou
energii k překonání energetické bariéry zakázaného pásu energií. Odpor
polovodičů s rostoucí teplotou klesá.
Elektrony tedy v rezistoru ztrácejí energii, kterou předávají mřížce atomu,
která se tím zahřívá. Říká se tomu Jouleův jev a Jouleovo teplo. Takhle topí
přímotopy a hřeje i žárovka, kromě svícení, což je jiná forma přemeny
energie elektronů. Elektrické náboje se nemohou nikde ztrácet, platí zákon
zachování náboje.
