Темы лекций

Лабораторный практикум

Практические занятия

      Основная литература
 

  Избранные  лекции

Тепловое излучение

Корпускулярные свойства   электромагнитного излучения

      Рентгеновское  излучение

      Элементарные частицы
 

Сборник задач  

Теоретический материал

      Решения и указания
 

Краткие биографии

Немецкий физик. Родился в семье юриста. Учился в Мюнхенском (1874 - 77) и Берлинском (1877 - 78) университетах; слушал лекции Гельмгольца, Г. Кирхгофа. С 1880 года - доцент Мюнхенского университета. Профессор университетов в Киле (1885) и Берлине (1889). Под влиянием работ Р. Клаузиуса Планк еще студентом увлекся термодинамикой; его ранние исследования посвящены уточнению понятия энтропии и необратимости, обоснованию второго начала термодинамики (докторская диссертация 1879); применению термодинамики к физико - химическим процессам. Наибольшее значение имели работы Планка по теории теплового излучения, приведшие его к полуэмпирическому установлению формулы распределения энергии в спектре электромагнитного излучения абсолютно черного тела, которая  была  доложена им на заседании Берлинского физического общества 4 октября 1900 года. Через два месяца Планк продемонстрировал вывод этой формулы, основанный на предположении, что энергия осциллятора есть целое кратное величине hn, где n  - частота излучения, а h - универсальная постоянная (названная константой Планка). Введение этой величины было началом новой квантовой физики. Последующие работы посвящены разработке отдельных аспектов теории излучения, термодинамики, релятивистской механики и т. д. Нобелевская премия в 1918 году.

ГЕРЦ Генрих Рудольф (1857-1894)

Немецкий физик, член Берлинской АН (1889). Родился в Гамбурге. Окончил Берлинский университет (1880) и был ассистентом у Г. Гельмгольца. В 1885 -89 - профессор Высшей технической школы в Карлсруэ, с 1889 - Боннского университета.Основные работы относятся к электродинамике, одним из основоположников которой он является. Экспериментально доказал (1886 - 89) существование электро- магнитных волн (используя вибратор Герца), придал (1890) уравнениям Максвелла симметричную форму. Экспериментально подтвердил тождественность основных свойств электромагнитных и световых  волн.В 1887 наблюдал внешний фотоэлектрический эффект, заметив, что электрический разряд между двумя электродами происходит сильнее (или при меньшем напряжении), если искровой промежуток освещается светом, богатым ультрафиолетовыми лучами.  Исходя из гипотезы, что эфир полностью захватывается движущимися телами, построил в 1890 году общую теорию электромагнитных явлений в движущихся телах. Однако электродинамика  Герца противоречила некоторым опытам и со временем была заменена  электронной теорией Лоренца.

Русский физик. Автор классических исследований магнитных свойств железа (1872), трудов по внешнему фотоэлектрическому  эффекту  (1888 - 90). Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэлектрическом  эффекте, и применил его на практике, рассмотрел вопрос об инерциальности фототока и оценил его запаздывание по отношению к освещению в 0.001 с. Открыл прямую пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего света  (1- й закон внешнего фотоэлектрического эффекта) и явление фотоэлектрического  утомления - понижение чувствительности фотоэлемента со временем (1890). Является основоположником количественных методов фотоэлектрического контроля интенсивности света, также исследовал газовый разряд, критическое состояние и другое. Основал (1874) физическую лабораторию в Московском университете.

Физик, создатель теории относительности и один из создателей квантовой теории и статистической физики. С 14 лет вместе с семьей жил в Швейцарии. По окончании Цюрихского политехникума (1900) работал учителем. В 1902 году получил место эксперта в федеральном патентном бюро в Берне, где работал до 1909 года. В эти годы были созданы специальная теория относительности, выполнены исследования по статистической физике, броуновскому движению, теории излучения и др. Работы Эйнштейна получили известность, и в 1909 году он был избран профессором Цюрихского университета, затем Немецкого университета в Праге. В 1914 году переехал в Берлин, где был директором физического института и профессором Берлинского университета. В этот период завершил создание общей теории относительности, развил далее квантовую теорию излучения. За объяснение законов фотоэлектрического эффекта и работы в области теоретической физики Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия (1921). В 1933 вынужден покинуть германию, вышел из состава академии и переехал в Принстон (США). В этот период пытался разработать единую теорию поля и занимался вопросами космологии. Научные труды Эйнштейна сыграли большую роль в развитии физики. Идеи Эйнштейна изменили господствовавшие в физике со времен Ньютона взгляды на пространство и время и привели к новой, материалистической картине мира.

Вильгельм  Конрад РЕНТГЕН (1845-1923)

Макс Теодор Феликс фон ЛАУЭ (1879-1960)

Немецкий физик Макс Теодор Феликс фон Лауэ родился в семье гражданского служащего ведомства военных судов Юлиуса Лауэ и урожденной Минны Церренер. Дворянскую приставку «фон» фамилия обрела в 1913 г., когда отец Лауэ получил потомственное дворянство. По роду деятельности отца семья часто переезжала с места на место, поэтому Лауэ пришлось учиться во многих школах, но главным образом среднее образование он получил в протестантской гимназии Страсбурга. В возрасте двенадцати лет Лауэ стал интересоваться физикой, и его мать предоставила ему возможность посещать «Уранию» – берлинское общество, занимавшееся популяризацией науки. В обществе устраивались выставки действующих моделей научных приборов, демонстрировались опыты, давались к ним пояснения. Проработав с 1906 по 1909 г. приват-доцентом (внештатным преподавателем) в Берлинском университете, Лауэ перешел на физический факультет Мюнхенского университета к Арнольду Зоммерфельду. В Мюнхене Лауэ читал лекции по оптике и термодинамике ив 1911 г. опубликовал первую обстоятельную монографию, посвященную бывшей тогда еще спорной теории относительности Альберта Эйнштейна. Лауэ предложил эксперимент, который позволил бы подтвердить или опровергнуть выдвинутую им гипотезу, а в ожидании, пока найдутся желающие и соответствующее оборудование, принялся за преодоление некоторых теоретических возражений. В апреле 1912 г. сотруднику Мюнхенского университета Вальтеру Фридриху (ассистенту Зоммерфельда) и аспиранту того же университета Паулю Книппингу удалось направить на кристалл медного купороса (сульфата меди) узкий пучок рентгеновского излучения и зафиксировать рассеянное на кристалле излучение на фотопластинке. Их первым успехом была дифракционная картина из темных точек, которую они увидели, когда проявили пластинку (темные пятна на негативе соответствуют большой засветке). Ныне такие дифракционные картины носят название лауэграмм. Вдохновленный подтверждением своей гипотезы, Лауэ справился со всеми математическими трудностями. Он обнаружил, что для описания дифракции на двухмерной решетке необходимо несколько раз повторить расчеты, проводимые в случае рассеяния на одномерной решетке. «За открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах» Лауэ был удостоен Нобелевской премии по физике 1914 г. Работа Лауэ способствовала дальнейшему развитию спектроскопии и физики твердого тела. Усовершенствуя свою теорию интерференции рентгеновского излучения, Лауэ исследовал взаимодействие между атомами в кристалле и падающим электромагнитным излучением. В конце жизни он подошел к теории дифракции с совершенно новой стороны, рассматривая вместо традиционных амплитуд волн поток энергии.

Русский физик, один из основателей экспериментальной физики в России, создатель первой русской научной школы физиков. Профессор Московского университета (1900 - 1911), покинул университет по политическим мотивам. Впервые получил и исследовал миллиметровые электромагнитные волны. В 1901 впервые обнаружил и измерил давление света на твердое тело, подтвердив количественно теорию Максвелла. К 1909 году Лебедеву удалось решить труднейшую экспериментальную задачу - установить и измерить давление света  на газы. Исследовал также вращение Земли и возникновение земного магнетизма.

Антуан Анри БЕККЕРЕЛЬ (1852-1908)

Французский физик Антуан Анри Беккерель родился в Париже. Его отец, Александр Эдмон, и его дед, Антуан Сезар, были известными учеными, профессорами физики в Музее естественной истории в Париже и членами Французской академии наук. Беккерель получил среднее образование в лицее Людовика Великого, а в 1872 г. поступил в Политехническую школу в Париже. Через два года он перевелся в Высшую школу мостов и дорог, где изучал инженерное дело, преподавал, а также проводил самостоятельные исследования. В 1875 г. он приступил к изучению воздействия магнетизма на линейно поляризованный свет, а в следующем году начал свою педагогическую карьеру в качестве лектора в Политехнической школе. Он получил ученую степень по техническим наукам в Высшей школе мостов и дорог в 1877 г. и стал работать в Национальном управлении мостов и дорог. Через год Беккерель стал ассистентом своего отца в Музее естественной истории, продолжая одновременно работать в Политехнической школе и в Управлении мостов и дорог. Закончив свои собственные исследования линейно поляризованного света в 1882 г., Анри Беккерель продолжил исследования своего отца в области люминесценции, нетеплового излучения света. В середине 1880-х гг. Беккерель также разработал новый метод анализа спектров, совокупностей волн различной длины, испускаемых источником света. В 1888 г. он получил докторскую степень, присужденную ему на факультете естественных наук Парижского университета за диссертацию о поглощении света в кристаллах.

Пьер Кюри родился в Париже 15 мая 1859 года. Отец Пьера, Эжен Кюри, был врачем. Мать Пьера Кюри звали Софи-Клер Кюри (Депулли). В 1876 году Пьер Кюри получил ученую степень бакалавра Парижского университета (Сорбонны), а через два года - степень лиценциата (эквивалентную степени магистра) физических наук.     В 1878 году Кюри стал демонстратором в физической лаборатории Сорбонны. Он занялся исследованием природы кристаллов вместе со своим старшим братом Жаком, работавшим в минералогической лаборатории университета. Кюри занимался экспериментальными работами в этой области в течение четырех лет.    Братья Кюри открыли пьезоэлектричество (появление электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов под действием приложенной силы) и обратный эффект (те же кристаллы под действием электрического поля сжимаются). В 1882 году Пьер Кюри (по рекомендации Уильяма Томсона) был назначен руководителем лаборатории новой Муниципальной школы промышленной физики и химии, на этой должности ученый оставался в течение двадцати двух лет. Через год после назначения Пьера Кюри руководителем лаборатории сотрудничество братьев прекратилось, поскольку Жак Кюри покинул Париж (чтобы стать профессором минералогии университета Монпелье).  В период с 1883 по 1895 годы Пьер Кюри выполнил большую серию работ, в основном по физике кристаллов. Также ученый опубликовал множество статей по геометрической симметрии кристаллов.     В октябре 1904 года Пьер Кюри стал профессором физики Сорбонны.  В 1905 году Пьер Кюри был избран во Французскую академию наук. 19 апреля 1906 года Пьер Кюри умер, попав под колеса проезжавшего конного экипажа.

Мария Склодовская – КЮРИ (1867-1934)

Мария Склодовская родилась 7 ноября 1867 г. в Варшаве. Она происходила из польского мелкопоместного дворянства - шляхты. Родители Марии были образованными людьми. Отец окончил Петербурский университет и преподавал физику и математику, а мать руководила женской школой. Склодовские хорошо понимали важность образования и стремились привить детям любовь к знаниям. Отец пробудил в девочке интерес к искусствам и поэзии, а также к немецкой, французской, русской, английской и польской  литературе. Особым почетом в доме пользовались точные науки. Все пятеро детей Склодовских приобрели прочные знания по физике и       математике под руководством своего первого учителя-отца. Юная Мария поступила сначала в частную школу, затем - в гимназию, которую окончила лучшей ученицей. Красивую, образованную девушку приглашают в богатое имение в качестве домашней учительницы. Поскольку большая семья Склодовских  очень нуждалась, Мария принимает это предложение. Управляющий имением, известный агроном, относится с большим уважением к умной учительнице. Она не только дает уроки его детям, но и бесплатно учит грамоте местных жителей.  В возрасте 24 лет она блестяще выдерживает приемные экзамены. В 1897 г.  в конце года  она приступила к непосредственной подготовке диссертации по изучению природы испускаемых ураном лучей.  В июле 1898 г супруги делают сообщение об открытом ими новом элементе - полонии, названным так в честь родины Марии-Польши, а в декабре этого же года - о радии. В 1902 г.  исследователи получают препарат радия в количестве 0,1 г. и посылают его пробы многим ученым, в том числе  и Беккерелю. Для получения этой доли ценного вещества  исследователям потребовалось провести более десяти тысяч химических операций по осаждению и кристаллизации. В 1903 г. Марии Кюри вместе с Пьером Кюри и Беккерелем была присуждена Нобелевская премия по физике за открытие в области радиоактивности. Через 8 лет Мария снова становится Нобелевским лауреатом  на этот раз по химии –за открытие элементов радия и полония и за выявление природы радия  и выделения его в металлическом виде.  Мария Кюри была первым ученным, удостоенным этой престижной премии дважды и первой в истории женщиной - Нобелевским лауреатом.В 1906 г. в результате несчастного случая погибает Пьер. Страшная беда, обрушившаяся Марию,  не сломила эту сильную женщину. Она сменяет супруга на посту заведующего университетской кафедрой, а в 1914 г. становится во главе физико-математического отдела Института Радия, созданного при ее участии. Преподавательскую работу Мария сочетает с исследовательской и воспитывает двух дочерей.

Вернер Карл ГЕЙЗЕНБЕРГ (1901-1976)

Вернер Карл Гейзенберг (Heisenberg) родился 5 декабря 1901 года в городе Вюрцбург, расположенном в северной Баварии. Вернеру было девять лет, когда его отец занял пост профессора греческого языка в Мюнхенском университете и семья переехала в Мюнхен. Блестяще закончив среднюю школу, Вернер Гейзенберг осенью 1920 года поступает в Мюнхенский университет, где в 1922 году начинает свою научную карьеру под руководством Арнольда Зоммерфельда. Еще до окончания Мюнхенского университета, Гейзенберг провел шесть месяцев в институте Макса Борна в Геттингене. Борн в то время как раз начал осуществлять свою программу исследований в атомной теории, изучая методы возмущений в небесной механике, и пытался перейти к решению задачи для многих тел в атомной физике по аналогии с классической механикой. Итогом этих исследований явилась теория атома гелия, созданная совместно Гейзенбергом и Борном. После окончания Мюнхенского университета в 1923 году Гейзенберг четыре года работал у Макса Борна в Геттингене в качестве ассистента.  Основные работы Гейзенберга относятся к квантовой механике, квантовой электродинамике, релятивистской квантовой теории поля, магнетизму, теории ядра и физике элементарных частиц, физике космических лучей, а также философии естествознания.  В 1925 Гейзенберг совместно с Нильсом Бором разработал так называемую матричную механику - первый вариант квантовой механики, давший возможность вычислить интенсивность спектральных линий, испускаемых простейшей квантовой системой - линейным осциллятором. В 1926 году Гейзенберг выполнил квантовомеханический расчет атома гелия.  Работая в институте Нильса Бора в Копенгагене в качестве приглашенного исследователя, в марте 1927 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, выражающий связь между импульсом и координатой микрочастицы, обусловленный ее корпускулярно-волновой природой, ограничивающий применение классических понятий и представлений к объектам микромира.  За работы по квантовой механике Вернеру Гейзенбергу в 1932 году была присуждена Нобелевская премия по физике. В октябре 1927 года, в возрасте 26-ти лет, Гейзенберг стал профессором теоретической физики Лейпцигского Университета.  Гейзенберг, отдавая дань квантовомеханической теории физики твердого тела, разработал (независимо от Я.И. Френкеля) первую квантовомеханическую теорию спонтанной намагниченности ферромагнетиков и совместно с Дираком - теорию обменного взаимодействия электронов (1928), ориентирующего элементарные магнитики при намагничивании вещества (модель локализованных спинов). Помимо многочисленных работ по физике, Гейзенберг является автором философских трудов, посвященных проблемам любимой науки, в частности, теории познания. Умер Вернер Гейзенберг 1 февраля 1976 года, в возрасте 75 лет. Закончить эту статью хотелось бы словами самого Гейзенберга, из письма к матери, написанного в 1935 году, содержащими некое кредо ученого, живущего в трудные времена: "Я должен быть удовлетворен тем, что могу наблюдать за научными ценностями, которые станут важными в будущем. Это - единственное, что мне остается мне делать в этом всеобщем хаосе. Мир снаружи действительно уродлив, но работа прекрасна."  

Немецкий физик. Разработал (1924) метод совпадений. Доказал (1925, совместно с Х. Гейгером) справедливость закона сохранения энергии и импульса в элементарных процессах. Нобелевская премия в 1954 году.

Родился 29 сентября 1901 г. в Риме в обеспеченной образованной семье и с ранних лет обнаружил уникальные дарования. Рассказывают, еще ребенком он штудировал специальные работы по математике и физике, запоминая всё с первого чтения. А чуть позже (по легенде) к подростку Ферми будто бы приходили университетские профессора, чтобы представиться и попросить растолковать тонкости новейших физических теорий. Практичность и целеустремленность, безусловно, были свойственны Ферми с юных лет.  Последние годы отрочества и юность Ферми провел в общепризнанных заповедниках прекрасного, городах Тосканы,— в Пизе и Флоренции. В тамошних университетах он сначала учился, а затем преподавал. В 25 лет Ферми - профессор Римского университета, в 26 - заведующий кафедрой теоретической физики, в 28 - член Королевской академии.  В 20-е годы он занимался, в основном, теоретическими исследованиями атомного ядра, в 30-е - экспериментальным изучением радиоактивности. Как только был открыт нейтрон, эта элементарная частица сделалась любимым инструментом Ферми. Бомбардируя ядра тяжелых элементов потоками нейтронов, он обнаружил, что это способно вызвать ядерные реакции - то есть превращение одних элементов в другие. Хотя его понимание происходящего было еще неполным, Ферми с редкой быстротой присудили Нобелевскую премию за 1938 год. Она пришлась кстати не только по престижным соображениям. Из поездки в Стокгольм за премией Ферми на родину не вернулся. В 1954 году 53-летний атомщик умирает от профессиональной болезни - рака, вызванного многолетней, пренебрегающей мерами безопасности, работой с радиоактивными веществами. Это смерть профессионала, а не нравственного титана, которого принято было искать и находить едва не в каждом большом ученом. А весь путь Энрико Ферми видится последовательным и полным смысла.