Эта статья требует внимания эксперта по данной теме . Декабрь 2016 г. ) ( |
Связь в науке |
---|
Классическая муфта |
Квантовая связь |
В физике , два объекта , как говорят , чтобы быть соединены , когда они взаимодействуют друг с другом. В классической механике сцепление - это соединение между двумя колебательными системами, такими как маятники, соединенные пружиной. Связь влияет на колебательный паттерн обоих объектов. В физике элементарных частиц , две частицы связаны , если они связаны с одним из четырех основных сил .
Волновая механика [ править ]
Связанный гармонический осциллятор [ править ]
Если две волны могут передавать энергию друг другу, то говорят, что эти волны «связаны». Обычно это происходит, когда волны имеют общий компонент. Примером могут служить два маятника, соединенных пружиной . Если маятники идентичны, то их уравнения движения имеют вид
Эти уравнения представляют собой простое гармоническое движение маятника с добавленным коэффициентом связи пружины. [1] Это поведение также наблюдается в некоторых молекулах (таких как CO 2 и H 2 O), в которых два атома будут колебаться вокруг центрального атома аналогичным образом. [1]
Связанные LC-схемы [ править ]
В LC-цепях заряд колеблется между конденсатором и катушкой индуктивности и поэтому может быть смоделирован как простой гармонический осциллятор. Когда магнитный поток от одного индуктора может влиять на индуктивность индуктора в неподключенной LC-цепи, эти цепи считаются связанными. [1] Коэффициент связи k определяет, насколько тесно связаны две цепи, и задается уравнением
Где M - взаимная индуктивность цепей, а L p и L s - индуктивности первичной и вторичной цепей соответственно. Если магнитные линии первичного индуктора пронизывают каждую линию вторичного, то коэффициент связи равен 1, а на практике, однако, существует десять утечек , поэтому большинство систем не идеально соединены. [1]
Химия [ править ]
Спин-спиновая связь [ править ]
Спин-спиновое взаимодействие происходит тогда , когда магнитное поле из одного атома влияет на магнитное поле другого соседнего атома. Это очень часто встречается при ЯМР-визуализации . Если атомы не связаны, то будут два отдельных пика , известные как дублет, представляющие отдельные атомы. Если связь присутствует, то будет триплет, один больший пик с двумя меньшими по бокам. Это происходит из-за тандемных колебаний спинов отдельных атомов. [2]
Астрофизика [ править ]
Объекты в космосе, которые связаны друг с другом, находятся под взаимным влиянием силы тяжести друг друга . Например, Земля связана как с Солнцем, так и с Луной, поскольку находится под их гравитационным влиянием. Обычными в космосе являются двойные системы , два объекта, гравитационно связанные друг с другом. Примерами этого являются двойные звезды, которые вращаются друг вокруг друга. Несколько объектов также могут быть связаны друг с другом одновременно, например, с шаровыми скоплениями и группами галактик . Когда более мелкие частицы, такие как пыль, которые со временем соединяются вместе, накапливаются в гораздо более крупные объекты, происходит аккреция . Это основной процесс образования звезд и планет.[3]
Плазма [ править ]
Константа связи плазмы определяется отношением ее средней энергии кулоновского взаимодействия к ее средней кинетической энергии - или тем, насколько сильно электрическая сила каждого атома удерживает плазму вместе. [4] Таким образом, плазму можно разделить на слабосвязанную и сильно связанную плазму в зависимости от значения этого отношения. Многие типичные классические плазмы, такие как плазма в солнечной короне , слабо связаны, в то время как плазма в белом карлике является примером сильно связанной плазмы. [4]
Квантовая механика [ править ]
Две связанные квантовые системы можно моделировать гамильтонианом вида
который представляет собой сложение двух гамильтонианов изолированно с добавленным фактором взаимодействия. В большинстве простых систем и может быть решено точно, в то время как может быть решено с помощью теории возмущений . [5] Если две системы имеют одинаковую полную энергию, то система может испытывать колебания Раби . [5]
Связь по угловому моменту [ править ]
Когда угловые моменты от двух отдельных источников взаимодействуют друг с другом, они считаются связанными. [6] Например, два электрона, вращающиеся вокруг одного ядра, могут иметь связанные угловые моменты. Из-за сохранения углового момента и природы оператора углового момента полный угловой момент всегда является суммой отдельных угловых моментов электронов, или
[6]
Спин-орбитальное взаимодействие (также известное как спин-орбитальная связь) является частным случаем связи углового момента. В частности, это взаимодействие между внутренним спином частицы, S , и ее орбитального углового момента, L . Поскольку они обе являются формами углового момента, их необходимо сохранить. Даже если энергия передается между ними, полный угловой момент, J , системы должна быть постоянной, . [6]
Физика элементарных частиц и квантовая теория поля [ править ]
Говорят, что взаимодействующие друг с другом частицы связаны. Это взаимодействие вызывается одной из фундаментальных сил, сила которой обычно определяется безразмерной константой связи . В квантовой электродинамике это значение известно как постоянная тонкой структуры α, приблизительно равная 1/137. Для квантовой хромодинамики постоянная изменяется в зависимости от расстояния между частицами. Это явление известно как асимптотическая свобода . Силы, у которых константа связи больше 1, называются «сильно связанными», а силы с константами меньше 1 называются «слабо связанными». [7]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d Пейн, HJ (1993). Физика колебаний и волн, четвертое издание . Западный Сассекс, Англия: Wiley. ISBN 0 471 93742 8.
- ^ "5.5 Spin-Spin Coupling" . Химия Libretexts . 2015-07-21 . Дата обращения 13 апр 2017 .
- ^ Кауфманн, Уильям (1988). Вселенная, второе издание . WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-1927-4.
- ^ а б Ичимару, Сэцуо (1986). Физика плазмы . Менло-Парк, Калифорния: Издательство Бенджамин / Камминг. ISBN 978-0-8053-8754-4.
- ^ a b Хагельштейн, Питер; Сентурия, Стивен; Орландо, Терри (2004). Введение в прикладную квантовую и статистическую механику . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-0-471-20276-9.
- ^ a b c Мерцбахер, Евгений (1998). Квантовая механика, третье издание . Вайли. ISBN 978-0-471-88702-7.
- ^ Гриффитс, Дэвид (2010). Элементарная частица-вторая, исправленное издание . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40601-2.