Сцепление (физика) - Coupling (physics)

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

Связанный гармонический осциллятор

Связанные маятники, соединенные пружиной

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

${\ displaystyle m {\ ddot {x}} = - mg {\ frac {x} {l_ {1}}} - k (xy)}$

${\ displaystyle m {\ ddot {y}} = - mg {\ frac {y} {l_ {2}}} + k (xy)}$

Эти уравнения представляют собой простое гармоническое движение маятника с добавленным коэффициентом связи пружины. Такое 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.

Связанные LC-схемы

Две цепи LC соединены вместе.

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. Коэффициент связи k определяет, насколько тесно связаны две цепи, и задается уравнением

${\ displaystyle {\ frac {M} {\ sqrt {L_ {p} L_ {s}}}} = k}$

Где M - взаимная индуктивность цепей, а L _p и L _s - индуктивности первичной и вторичной цепей соответственно. Если магнитные линии первичного индуктора проходят через каждую линию вторичного, то коэффициент связи равен 1, а на практике, однако, существует десять утечек , поэтому большинство систем не идеально соединены. ${\ displaystyle M = {\ sqrt {L_ {p} L_ {s}}}}$

Пики на ЯМР-изображении этилацетата.

Химия

Спин-спиновая связь

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.

Астрофизика

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.

Плазма

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. 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.

Квантовая механика

Две связанные квантовые системы можно моделировать гамильтонианом вида

Дисперсионные соотношения для несвязанных, слабосвязанных и сильносвязанных частиц

${\ displaystyle {\ hat {H}} = {\ hat {H}} _ {a} + {\ hat {H}} _ {b} + {\ hat {V}} _ {ab}}$

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 . Если две системы имеют одинаковую полную энергию, то система может испытывать колебания Раби . ${\ displaystyle {\ hat {H}} _ {a}}$ ${\ displaystyle {\ hat {H}} _ {b}}$ ${\ displaystyle {\ hat {V}} _ {ab}}$

Связь по угловому моменту

Когда угловые моменты от двух отдельных источников взаимодействуют друг с другом, они считаются связанными. 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

${\ Displaystyle \ mathbf {J} = \ mathbf {J_ {1}} + \ mathbf {J_ {2}}}$

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, . ${\ Displaystyle \ mathbf {J} = \ mathbf {L} + \ mathbf {S}}$

Физика элементарных частиц и квантовая теория поля

Примеры глюонного взаимодействия

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 с константой связи больше 1 называются «сильно связанными», а силы с константами меньше 1 - «слабо связанными».

использованная литература

^ ^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 .

[:0-1] Пейн, HJ (1993). Физика колебаний и волн, четвертое издание . Западный Сассекс, Англия: Wiley. ISBN 0 471 93742 8 .

[2] "5.5 Spin-Spin Coupling" . Химия Libretexts . 2015-07-21 . Дата обращения 13 апр 2017 .

[3] Кауфманн, Уильям (1988). Вселенная, второе издание . WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-1927-4 .

[:1-4] а ^б Ичимару, Сэцуо (1986). Физика плазмы . Менло-Парк, Калифорния: Издательство Бенджамин / Камминг. ISBN 978-0-8053-8754-4 .

[:2-5] Хагельштейн, Питер; Сентурия, Стивен; Орландо, Терри (2004). Введение в прикладную квантовую и статистическую механику . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-0-471-20276-9 .

[:3-6] Мерцбахер, Евгений (1998). Квантовая механика, третье издание . Вайли. ISBN 978-0-471-88702-7 .

[7] Гриффитс, Дэвид (2010). Элементарная частица-вторая, исправленное издание . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40601-2 .

Languages

In other projects