Протон ба электрон ямар цэнэгтэй вэ? Протон бол энгийн бөөмс юм

20-р зууны эхэн үе хүртэл эрдэмтэд атомыг материйн хамгийн жижиг хуваагдашгүй бөөмс гэж үздэг байсан ч энэ нь буруу болж хувирав. Үнэн хэрэгтээ атомын төвд эерэг цэнэгтэй протон, саармаг нейтрон бүхий цөм байдаг ба сөрөг цэнэгтэй электронууд цөмийн эргэн тойронд тойрог замд эргэлддэг (атомын энэ загварыг 1911 онд Э.Рутерфорд санал болгосон). Протон ба нейтроны масс бараг тэнцүү боловч электроны масс 2000 дахин бага байдаг нь анхаарал татаж байна.

Хэдийгээр атом нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бөөмсийг агуулдаг боловч атом нь ижил тооны протон, электронтой, өөр өөр цэнэгтэй бөөмсүүд бие биенээ саармагжуулдаг тул цэнэг нь саармаг байдаг.

Хожим нь эрдэмтэд электрон ба протонуудын цэнэг ижил хэмжээтэй, 1.6 10 -19 C (C нь SI систем дэх цахилгаан цэнэгийн нэгж болох кулон) болохыг олж мэдэв.

Та хэзээ нэгэн цагт асуултын талаар бодож байсан уу - 1С-ийн цэнэгтэй хэдэн электрон тохирох вэ?

1/(1.6·10 -19) = 6.25·10 18 электрон

Цахилгаан хүч

Цахилгаан цэнэгүүд бие биедээ нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь өөрөө илэрдэг цахилгаан хүч.

Хэрэв биед илүүдэл электрон байгаа бол энэ нь нийт сөрөг цахилгаан цэнэгтэй байх ба эсрэгээр - хэрэв электрон дутагдалтай бол бие нь нийт эерэг цэнэгтэй болно.

Соронзон хүчний адил цэнэгтэй туйлуудыг түлхэж, эсрэг цэнэгтэй туйлуудыг татах үед цахилгаан цэнэгүүд ижил төстэй байдлаар ажилладаг. Гэсэн хэдий ч физикийн хувьд цахилгаан цэнэгийн туйлын тухай ярих нь хангалтгүй юм.

Цэнэглэгдсэн биетүүдийн хооронд үйлчлэх хүчний хэмжээг мэдэхийн тулд зөвхөн цэнэгийн хэмжээ төдийгүй тэдгээрийн хоорондын зайг мэдэх шаардлагатай. Бүх нийтийн таталцлын хүчийг өмнө нь авч үзсэн: F = (Gm 1 м 2)/R 2

• м 1, м 2- биеийн масс;
• Р- биеийн төвүүдийн хоорондох зай;
• G = 6.67 10 -11 Нм 2 / кг- бүх нийтийн таталцлын тогтмол.

Лабораторийн туршилтын үр дүнд физикчид цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчний ижил төстэй томъёог гаргаж авсан. Кулоны хууль:

F = kq 1 q 2 / r 2

• q 1, q 2 - харилцан үйлчлэх цэнэгүүд, C-ээр хэмжигддэг;
• r нь цэнэгийн хоорондох зай;
• k - пропорциональ коэффициент ( С.И: k=8.99·10 9 Нм 2 Кл 2; SSSE: k=1).

• k=1/(4πε 0).
• ε 0 ≈8.85·10 -12 C 2 N -1 м -2 - цахилгаан тогтмол.

Кулоны хуулийн дагуу хэрэв хоёр цэнэг ижил тэмдэгтэй бол тэдгээрийн хоорондох F хүч эерэг байна (цэнэгүүд бие биенээ түлхэнэ); Хэрэв цэнэгүүд нь эсрэг тэмдэгтэй бол ажиллах хүч нь сөрөг байна (цэнэгүүд бие биенээ татдаг).

1С-ийн цэнэгийн хүч хэр их болохыг Кулоны хуулийг ашиглан шүүж болно. Жишээлбэл, тус бүр нь 1 С хэмжээтэй хоёр цэнэг бие биенээсээ 10 метрийн зайд байрладаг гэж үзвэл тэд бие биенээ хүчээр түлхэнэ.

F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8.99 10 9) 1 1/(10 2) = -8.99 10 7 N

Энэ нь нэлээд том хүч бөгөөд ойролцоогоор 5600 тонн жинтэй харьцуулж болно.

Одоо Кулоны хуулийг ашиглан устөрөгчийн атомд электрон ямар шугаман хурдтайгаар эргэлдэж байгааг олж мэдье, түүнийг тойрог тойрог замд хөдөлдөг гэж үзье.

Кулоны хуулийн дагуу электрон дээр үйлчилж буй цахилгаан статик хүчийг төв рүү чиглэсэн хүчтэй тэнцүүлж болно.

F = kq 1 q 2 / r 2 = mv 2 / r

Электроны масс 9.1·10 -31 кг, тойрог замын радиус = 5.29·10 -11 м байдгийг харгалзан үзвэл 8.22·10 -8 Н утгыг авна.

Одоо бид электроны шугаман хурдыг олж болно:

8.22·10 -8 = (9.1·10 -31)v 2 /(5.29·10 -11) v = 2.19·10 6 м/с

Ийнхүү устөрөгчийн атомын электрон төвийнхөө эргэн тойронд ойролцоогоор 7.88 сая км/цаг хурдтайгаар эргэлддэг.

Асуултын хэсэгт "Протон ямар цэнэгтэй вэ?" зохиогчийн өгсөн Европхамгийн сайн хариулт бол эсрэг тэмдэгтэй электроны цэнэг.

-аас хариу Корпускуляр[гуру]
q=1.6021917E-19 зүүлт (Е-19 нь 10-аас хасах 19-р хүчийг илэрхийлнэ).

-аас хариу Өсөлт[шинэхэн]
1.6* 10^(-19) эс буюу 1 электрон

-аас хариу Ажилтнууд[мастер]
Протон бол энгийн бөөмс юм. Адронд хамаарах, 1/2 спин, +1 цахилгаан цэнэгтэй. +1/2 изоспиний проекцтэй нуклон гэж үздэг. Гурван кваркаас (нэг d-кварк ба хоёр у-кварк) бүрдэнэ. Тогтвортой (амьдралын доод хязгаар нь задралын сувгаас үл хамааран 2.9 × 1029 жил, позитрон ба саармаг пион болж задрахад 1.6 × 1033 жил). Протоны масс 938.271 998±0.000 038 МэВ буюу 1.00 727 646 688±0.00 000 000 013 a. e.m буюу 1.672 622 964 ∙ 10−27 кг.
Устөрөгчийн атомын цөм нь нэг протоноос бүрдэнэ. Химийн утгаараа протон нь электронгүй устөрөгчийн атомын цөм (илүү нарийвчлалтай, түүний гэрлийн изотоп - протиум) юм. Физикийн хувьд протоныг p үсгээр тэмдэглэдэг. Протоны химийн тэмдэглэгээ (эерэг устөрөгчийн ион) нь H+, астрофизикийн тэмдэглэгээ нь HII юм.
Протон (нейтронтой хамт) нь атомын цөмийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Цөмийн цэнэгийг түүний доторх протоны тоогоор тодорхойлно
Протоны цэнэг qpr = + e.
Протоны цахилгаан цэнэг=1.6*10^(–19) С
Протоны масс нь электроны массаас ойролцоогоор 1840 дахин их байна.

Хэрэв та атомын бүтцийг мэддэг бол аливаа элементийн атом нь протон, электрон, нейтрон гэсэн гурван төрлийн энгийн бөөмсөөс бүрддэг гэдгийг та мэдэх байх. Протон нь нейтронтой нийлж атомын цөмийг үүсгэдэг тул атомын цөм үргэлж эерэг цэнэгтэй байдаг. атомын цөм нь түүнийг тойрсон бусад энгийн бөөмсийн үүлээр нөхөгддөг. Сөрөг цэнэгтэй электрон нь протоны цэнэгийг тогтворжуулдаг атомын бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Эргэн тойрон дахь атомын цөмөөс хамааран элемент нь цахилгаан саармаг (атом дахь протон ба электрон тэнцүү тооны тохиолдолд) эсвэл эерэг эсвэл сөрөг цэнэгтэй (электрон дутагдалтай эсвэл илүүдэлтэй тохиолдолд) байж болно. ). Тодорхой цэнэг агуулсан элементийн атомыг ион гэнэ.

Элементүүдийн шинж чанар, тэдгээрийн үелэх систем дэх байрлалыг тодорхойлдог протоны тоо гэдгийг санах нь чухал. Д.И.Менделеев. Атомын цөмд агуулагдах нейтронууд цэнэггүй байдаг. Протонууд хоорондоо харилцан уялдаатай, бараг тэнцүү, электроны масс нь тэдэнтэй харьцуулахад өчүүхэн (1836 дахин бага) байдаг тул атомын цөм дэх нейтроны тоо маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг, тухайлбал: Энэ нь системийн тогтвортой байдлыг тодорхойлдог ба цөмийн агуулгын хурд нь элементийн изотопыг (төрөл бүрийн) тодорхойлдог.

Гэсэн хэдий ч цэнэглэгдсэн бөөмсийн массын хоорондын зөрүүгээс шалтгаалан протон ба электронууд өөр өөр тусгай цэнэгтэй байдаг (энэ утгыг энгийн бөөмийн цэнэгийн масстай харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлно). Үүний үр дүнд протоны хувийн цэнэг 9.578756(27)·107 С/кг, электроны хувьд -1.758820088(39)·1011 байна. Өндөр хувийн цэнэгийн улмаас чөлөөт протонууд шингэн орчинд байх боломжгүй: тэдгээрийг усжуулах боломжтой.

Протоны масс ба цэнэг нь өнгөрсөн зууны эхээр тогтоосон тодорхой утгууд юм. Хорьдугаар зууны хамгийн агуу нээлтүүдийн нэг бол аль эрдэмтэн үүнийг хийсэн бэ? 1913 онд Рутерфорд бүх мэдэгдэж буй химийн элементүүдийн масс нь устөрөгчийн атомын массаас бүхэл тоогоор их байдаг гэсэн үндэслэлээр устөрөгчийн атомын цөм нь атомын цөмд багтдаг гэж санал болгосон. аливаа элементийн. Хэсэг хугацааны дараа Рутерфорд азотын атомын цөмүүдийн альфа тоосонцортой харилцан үйлчлэлийг судалж туршилт хийжээ. Туршилтын үр дүнд атомын цөмөөс бөөмс гарч ирсэн бөгөөд үүнийг Рутерфорд "протон" гэж нэрлэсэн (Грек хэлний "protos" гэсэн үгнээс эхлээд) устөрөгчийн атомын цөм гэж таамаглав. Энэхүү шинжлэх ухааны туршилтыг үүлэн камерт давтан хийснээр энэ таамаглал туршилтаар батлагдсан.

Үүнтэй ижил Рутерфорд 1920 онд атомын цөмд масс нь протоны масстай тэнцүү боловч ямар ч цахилгаан цэнэггүй бөөмс байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ. Гэсэн хэдий ч Рутерфорд өөрөө энэ бөөмсийг илрүүлж чадаагүй юм. Гэвч 1932 онд түүний шавь Чадвик атомын цөмд нейтрон байгааг туршилтаар нотолсон - Рутерфордын таамаглаж байсанчлан масс нь протонтой тэнцүү бөөмс юм. Нейтроныг илрүүлэх нь илүү хэцүү байсан, учир нь тэдгээр нь цахилгаан цэнэггүй бөгөөд үүний дагуу бусад цөмтэй харьцдаггүй. Цэнэг байхгүй байгаа нь нейтроны маш өндөр нэвтрэх чадварыг тайлбарладаг.

Протон ба нейтронууд атомын цөмд маш хүчтэй хүчээр холбогддог. Одоо физикчид эдгээр хоёр энгийн цөмийн бөөмүүд хоорондоо маш төстэй гэдэгтэй санал нэгдэж байна. Тиймээс тэдгээр нь ижил эргэлттэй бөгөөд цөмийн хүчнүүд тэдгээрт туйлын адил үйлчилдэг. Цорын ганц ялгаа нь протон эерэг цэнэгтэй байхад нейтрон огт цэнэггүй байдаг. Гэхдээ цахилгаан цэнэг нь цөмийн харилцан үйлчлэлд ямар ч утгагүй тул зөвхөн протоны нэг төрлийн тэмдэг гэж үзэж болно. Хэрэв та протоныг цахилгаан цэнэггүй болговол энэ нь хувийн шинж чанараа алдах болно.

Нейтроныг 1932 онд Английн физикч Жеймс Чадвик нээжээ. Нейтроны масс 1.675·10-27 кг буюу электроны массаас 1839 дахин их. Нейтрон нь цахилгаан цэнэггүй байдаг.

Химичдийн дунд атомын массын нэгж буюу протоны масстай ойролцоогоор дальтон (d)-ийг ашигладаг заншилтай байдаг. Протоны масс ба нейтроны масс нь атомын массын нэг нэгжтэй ойролцоогоор тэнцүү байна.

2.3.2 Атомын цөмийн бүтэц

Хэдэн зуун өөр төрлийн атомын цөм байдгийг мэддэг. Цөмийг тойрсон электронуудтай хамт тэдгээр нь янз бүрийн химийн элементүүдийн атомуудыг үүсгэдэг.

Цөмийн нарийн бүтэц тогтоогдоогүй ч физикчид цөмийг протон, нейтроноос бүрддэг гэж үзэж болно гэдгийг дуу нэгтэй хүлээн зөвшөөрдөг.

Нэгдүгээрт, жишээ болгон детероныг авч үзье. Энэ бол хүнд устөрөгчийн атом буюу дейтерийн атомын цөм юм. Дейтрон нь протонтой ижил цахилгаан цэнэгтэй боловч масс нь протоноос хоёр дахин их цахилгаан цэнэгтэй боловч масс нь протоноос хоёр дахин их байдаг. Дейтрон нь нэг протон, нэг нейтроноос бүрддэг гэж үздэг.

Гелийн атомын цөм буюу альфа бөөмс буюу гелион нь протоноос хоёр дахин их цахилгаан цэнэгтэй, протоноос дөрөв дахин их масстай байдаг. Альфа бөөмс нь хоёр протон, хоёр нейтроноос тогтдог гэж үздэг.

2.4 Атомын тойрог зам

Цөмийн эргэн тойронд электрон хамгийн их байх магадлалтай орон зайг атомын орбитал гэнэ.

Орбиталуудаар хөдөлж буй электронууд нь электрон давхарга буюу энергийн түвшинг бүрдүүлдэг.

Эрчим хүчний түвшний электронуудын хамгийн их тоог дараах томъёогоор тодорхойлно.

Н = 2 n2 ,

Хаана n- үндсэн квант тоо;

Н- электроны хамгийн их тоо.

Ижил үндсэн квант тоотой электронууд ижил энергийн түвшинд байна. N = 1,2,3,4,5 гэх мэт утгуудаар тодорхойлогддог цахилгааны түвшинг K, L, M, N гэх мэтээр тодорхойлно. Дээрх томъёоны дагуу эхний (цөмд хамгийн ойрхон) энергийн түвшин нь 2 электрон, хоёр дахь нь 8, гурав дахь нь 18 электрон гэх мэтийг агуулж болно.

Үндсэн квант тоо нь атом дахь энергийн утгыг тодорхойлдог. Хамгийн бага энергитэй электронууд энергийн эхний түвшинд (n=1) байдаг. Энэ нь бөмбөрцөг хэлбэртэй s-орбиталтай тохирч байна. s орбиталийг эзэлдэг электроныг s электрон гэнэ.

n=2-оос эхлэн энергийн түвшингүүд нь цөмтэй холбогдох энергийн хувьд өөр хоорондоо ялгаатай дэд түвшинд хуваагдана. s-, p-, d-, f-дэд түвшин байдаг. Дэд түвшний хэлбэрүүд нь ижил хэлбэрээр оршин суудаг.

Хоёр дахь энергийн түвшин (n=2) нь s орбитал (2s орбитал гэж тэмдэглэсэн) ба гурван p орбитал (2p орбитал гэж тэмдэглэсэн) байна. 2s электрон нь цөмөөс 1s электроноос илүү зайд байрладаг бөгөөд илүү их энергитэй байдаг. 2p-орбитал бүр нь бусад хоёр p-орбиталуудын (px-, py-, pz орбиталууд) тэнхлэгт перпендикуляр тэнхлэгт байрладаг гурван хэмжээст найман дүрс хэлбэртэй байна. p орбиталаас олдсон электронуудыг p электрон гэж нэрлэдэг.

Гурав дахь энергийн түвшинд гурван дэд түвшин (3s, 3p, 3d) байдаг. d дэд түвшин нь таван тойрог замаас бүрдэнэ.

Дөрөв дэх энергийн түвшин (n=4) нь 4 дэд түвшинтэй (4s, 4p, 4d, 4f). f дэд түвшин нь долоон тойрог замаас бүрдэнэ.

Паули зарчмын дагуу нэг тойрог замд хоёроос илүүгүй электрон байж болно. Хэрэв тойрог замд нэг электрон байвал түүнийг хосгүй гэж нэрлэдэг. Хэрэв хоёр электрон байгаа бол тэдгээрийг хосолсон болно. Түүнээс гадна хосолсон электронууд нь эсрэг талын эргэлттэй байх ёстой. Хялбаршуулсан байдлаар спинийг электронуудын тэнхлэгийг цагийн зүүний дагуу болон цагийн зүүний эсрэг эргүүлэх байдлаар илэрхийлж болно.

Зураг дээр. Зураг 3-т энергийн түвшин ба дэд түвшний харьцангуй зохицуулалтыг үзүүлэв. 4s дэд түвшин нь 3d дэд түвшнээс доогуур байрлана гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Атом дахь электронуудын энергийн түвшин ба дэд түвшний тархалтыг электрон томъёогоор дүрсэлсэн болно, жишээлбэл:

Үсгийн өмнөх тоо нь энергийн түвшний тоог, үсэг нь электрон үүлний хэлбэрийг, үсгийн баруун талд байгаа тоо нь өгөгдсөн үүл хэлбэртэй электронуудын тоог харуулна.

График электрон томъёонд атомын тойрог замыг дөрвөлжин, электроныг сум хэлбэрээр (эргэлтийн чиглэл) дүрсэлсэн (Хүснэгт 1)

Бүлэг 2. Цахилгаан орон ба цахилгаан

§ 2.1. Цахилгаан талбайн тухай ойлголт. Талбайн материалын үл эвдрэл

§ 2.2. Цахилгаан цэнэг ба талбай. Ухаангүй тавтологи

§ 2.3. Цэнэгүүдийн хөдөлгөөн ба талбайн хөдөлгөөн. Цахилгаан гүйдэл

§ 2.4. Диэлектрик ба тэдгээрийн үндсэн шинж чанарууд. Дэлхийн хамгийн сайн диэлектрик

§ 2.5. Дамжуулагч ба тэдгээрийн шинж чанар. Хамгийн жижиг дамжуулагч

§ 2.6. Цахилгаан эрчим хүчний энгийн бөгөөд гайхалтай туршилтууд

Бүлэг 3. Соронзон орон ба соронзон

§ 3.1. Цахилгаан орны хөдөлгөөний үр дүнд үүссэн соронзон орон. Соронзон орны шинж чанар.

§ 3.2. Соронзон индукцийн векторын урсгал ба Гауссын теорем

§ 3.3. Бодисын соронзон шинж чанар. Хамгийн соронзон бус бодис

§ 3.4. Соронзон орон дахь гүйдэл дамжуулагчийг хөдөлгөх ажил. Соронзон орны энерги

§ 3.5. Соронзон орны парадоксууд

Бүлэг 4. Цахилгаан соронзон индукц ба өөрөө индукц

§ 4.1. Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хууль ба түүний нууцлаг байдал

§ 4.2. Индукц ба өөрөө индукц

§ 4.3. Шулуун утаснуудын индукц ба өөрөө индукцийн үзэгдлүүд

§ 4.4. Фарадейгийн индукцийн хуулийг задлах

§ 4.5. Хязгааргүй шулуун утас ба хүрээний харилцан индукцийн онцгой тохиолдол

§ 4.6. Индукцийн энгийн бөгөөд гайхалтай туршилтууд

Бүлэг 5. Цахилгаан соронзон индукцийн илрэл болох инерци. Биеийн масс

§ 5.1. Үндсэн ойлголт, ангилал

§ 5.2. Үндсэн цэнэгийн загвар

§ 5.3. Загварын энгийн цэнэгийн индукц ба багтаамж

§ 5.4. Энергийн үүднээс авч үзвэл электрон массын илэрхийлэл

§ 5.5. Хувьсах конвекцийн гүйдэл ба инерцийн массын өөрөө индукцийн EMF

§ 5.6. Үл үзэгдэх оролцогч буюу Мах зарчмын сэргэлт

§ 5.7. Аж ахуйн нэгжүүдийг дахин бууруулах

§ 5.8. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги, "электростатик" масс ба

§ 5.9. А.Зоммерфельд, Р.Фейнман нарын электродинамик дахь цахилгаан соронзон масс

§ 5.10. Электроны өөрөө индукцийг кинетик индукц гэж үздэг

§ 5.11. Протоны массын тухай болон сэтгэлгээний инерцийн тухай дахин нэг удаа

§ 5.12. Кондуктор уу?

§ 5.13. Хэлбэр нь хэр чухал вэ?

§ 5.14. Бөөмийн харилцан ба өөрөө индукц нь аливаа харилцан ба өөрөө индукцийн үндэс болдог.

Бүлэг 6. Дэлхийн хүрээлэн буй орчны цахилгаан шинж чанар

§ 6.1. Хоосон байдлын товч түүх

§ 6.2. Глобал орчин ба сэтгэл зүйн инерци

§ 6.3. Тогтвортой вакуум шинж чанарууд

§ 6.4. Вакуумын боломжит шинж чанарууд. Хаах газрууд

§ 7.1. Асуудлын танилцуулга

§ 7.3. Бөмбөрцөг цэнэгийн хурдасгасан унасан эфиртэй харилцан үйлчлэл

§ 7.4. Цэнэг ба массын ойролцоо эфирийн хурдасгасан хөдөлгөөний механизм

§ 7.5. Зарим тоон харилцаа

§ 7.6. Эквивалентийн зарчим ба Ньютоны таталцлын хуулийн гарал үүсэл

§ 7.7. Энэ онол харьцангуй ерөнхий онолтой ямар холбоотой вэ?

Бүлэг 8. Цахилгаан соронзон долгион

§ 8.1. Хэлбэлзэл ба долгион. Резонанс. Ерөнхий мэдээлэл

§ 8.2. Цахилгаан соронзон долгионы бүтэц, үндсэн шинж чанарууд

§ 8.3. Цахилгаан соронзон долгионы парадоксууд

§ 8.4. Нисдэг хашаа, буурал профессорууд

§ 8.5. Тэгэхээр энэ давалгаа биш... Долгион хаана байна?

§ 8.6. Долгионы бус ялгаруулалт.

Бүлэг 9. Анхан шатны төлбөр. Электрон ба протон

§ 9.1. Цахилгаан соронзон масс ба цэнэг. Цэнэгийн мөн чанарын тухай асуулт

§ 9.2. Хачирхалтай урсгал, хачин давалгаа. Хавтгай электрон

§ 9.3. Фарадейгийн индукцийн хуулийн үр дагавар болох Кулоны хууль

§ 9.4. Яагаад бүх энгийн цэнэгүүд тэнцүү хэмжээтэй байдаг вэ?

§ 9.5. Зөөлөн, наалдамхай. Хурдатгалын үед цацраг туяа. Элементийн цэнэгийн хурдатгал

§ 9.6. Та бодохоо мартсан "пи" тоо буюу электроны шинж чанарууд

§ 9.7. Электрон болон бусад цэнэгтэй бөөмсийн "харьцангуй" масс. Кауфманы туршилтуудын цэнэгийн мөн чанараас тайлбар

Бүлэг 10. Элементар бус бөөмс. Нейтрон. Массын согог

§ 10.1. Элемент цэнэгийн харилцан индукц ба массын согог

§ 10.2. Бөөмийн таталцлын энерги

§ 10.3. Эсрэг бөөмс

§ 10.4. Нейтроны хамгийн энгийн загвар

§ 10.5. Цөмийн хүчний нууц

Бүлэг 11. Устөрөгчийн атом ба бодисын бүтэц

§ 11.1. Устөрөгчийн атомын хамгийн энгийн загвар. Бүгдийг судалсан уу?

§ 11.2. Борын постулатууд, квант механик ба нийтлэг ойлголт

§ 11.3. Холболтын энергийн индукцийн залруулга

§ 11.4. Цөмийн массын хязгаарлагдмал байдлыг харгалзан үзэх

§ 11.5. Залруулгын утгыг тооцоолох, яг иончлолын энергийн утгыг тооцоолох

§ 11.6. Альфа ба хачирхалтай давхцал

§ 11.7. Нууцлаг гидридийн ион ба зургаан хувь

Бүлэг 12. Радиотехникийн зарим асуудал

§ 12.1. Төвлөрсөн ба ганцаарчилсан урвал

§ 12.2. Ердийн резонанс, өөр юу ч биш. Энгийн антеннуудын ажиллагаа

§ 12.3. Хүлээн авах антен байхгүй. Хүлээн авагч дахь хэт дамжуулалт

§ 12.4. Тохиромжтой богиносгох нь өтгөрүүлэхэд хүргэдэг

§ 12.5. Байхгүй, хэрэггүй зүйлийн тухай. EZ, EH, Korobeinikov банкууд

§ 12.6. Энгийн туршилтууд

Өргөдөл

P1. Конвекцийн гүйдэл ба энгийн хэсгүүдийн хөдөлгөөн

P2. Электрон инерци

P3. Хурдасгах үед улаан шилжилт. Туршилт

P4. Оптик ба акустик дахь "хөндлөн" давтамжийн шилжилт

P5. Хөдлөх талбар. Төхөөрөмж ба туршилт

P6. Таталцал уу? Энэ бол маш энгийн!

Ашигласан уран зохиолын бүрэн жагсаалт

Дараах үг

Бүлэг 9. Анхан шатны төлбөр. Электрон ба протон

§ 9.1. Цахилгаан соронзон масс ба цэнэг. Цэнэгийн мөн чанарын тухай асуулт

5-р бүлэгт бид инерцийн механизмыг олж, "инерцийн масс" гэж юу болох, түүнийг ямар цахилгаан үзэгдэл, энгийн цэнэгийн шинж чанарууд тодорхойлдог болохыг тайлбарлав. 7-р бүлэгт бид таталцлын болон "таталцлын масс" үзэгдлийн талаар ижил зүйлийг хийсэн. Биеийн инерци ба таталцлыг хоёуланг нь энгийн бөөмсийн геометрийн хэмжээ ба тэдгээрийн цэнэгээр тодорхойлдог болох нь тогтоогдсон. Геометрийн хэмжээ нь танил ойлголт тул инерци, таталцал зэрэг үндсэн үзэгдлүүд нь зөвхөн нэг бага судлагдсан зүйл болох "цэнэг" дээр суурилдаг. Өнөөг хүртэл "цэнэг" гэсэн ойлголт нь нууцлаг бөгөөд бараг л ид шидийн шинж чанартай байдаг. Эхлээд эрдэмтэд зөвхөн макроскопийн цэнэгтэй харьцдаг байсан, өөрөөр хэлбэл. макроскопийн биетүүдийн цэнэг. Шинжлэх ухаанд цахилгааныг судлах эхэн үед үл үзэгдэх "цахилгаан шингэн" -ийн талаархи санааг ашигласан бөгөөд тэдгээрийн илүүдэл буюу дутагдал нь биеийг цахилгаанжуулахад хүргэдэг. Удаан хугацааны турш маргаан нь зөвхөн эерэг ба сөрөг гэсэн нэг шингэн эсвэл хоёр уу гэдэг дээр л маргаан өрнөж байв. Дараа нь тэд "элементар" цэнэг зөөгч, электрон ба ионжсон атомууд байдгийг олж мэдэв. илүүдэл электрон эсвэл дутуу электронтой атомууд. Бүр сүүлдээ "хамгийн энгийн" эерэг цэнэг зөөгч болох протоныг нээсэн. Дараа нь олон тооны "элемент" бөөмс байдаг бөгөөд тэдгээрийн олонх нь цахилгаан цэнэгтэй байдаг бөгөөд хэмжээ нь үргэлж байдаг.

нь q 0 ≈ 1.602 10− 19 C цэнэгийн хамгийн бага илрэх хэсгийн үржвэр юм. Энэ

хэсгийг "анхан шатны цэнэг" гэж нэрлэдэг. Цэнэг нь бие махбодын цахилгаан харилцан үйлчлэл, ялангуяа цахилгаан статик харилцан үйлчлэлд хэр зэрэг оролцохыг тодорхойлдог. Өнөөдрийг хүртэл энгийн цэнэг гэж юу болох талаар ойлгомжтой тайлбар байхгүй байна. Цэнэг нь бусад цэнэгүүдээс бүрддэг (жишээлбэл, бутархай цэнэгийн утгатай кваркууд) гэсэн сэдвийн талаархи аливаа үндэслэл нь тайлбар биш, харин уг асуудлын схоластик "бүдгэрэлт" юм.

Өмнө нь тогтоосон зүйлээ ашиглан төлбөрөө өөрсдөө бодохыг хичээцгээе. Цэнэгүүдийн хувьд тогтоосон гол хууль бол Кулоны хууль гэдгийг санаарай: хоёр цэнэглэгдсэн биеийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч нь тэдгээрийн цэнэгийн үржвэртэй шууд пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ байна. Хэрэв бид аль хэдийн судлагдсан физик механизмаас Кулоны хуулийг гаргаж авбал бид цэнэгийн мөн чанарыг ойлгох алхам хийх болно. Гадаад ертөнцтэй харилцах харилцааны хувьд энгийн цэнэгүүд нь тэдгээрийн цахилгаан орон, түүний бүтэц, хөдөлгөөнөөр бүрэн тодорхойлогддог гэж бид аль хэдийн хэлсэн. Инерци ба таталцлыг тайлбарласны дараа энгийн цэнэгүүдэд хөдөлгөөнт цахилгаан талбайгаас өөр юу ч үлдээгүй гэж тэд хэлэв. Мөн цахилгаан орон нь вакуум, эфир, пленумын эвдэрсэн төлөвөөс өөр зүйл биш юм. За, тууштай байж, электрон болон түүний цэнэгийг хөдөлж буй талбар болгон багасгахыг хичээцгээе! Протон нь түүний цэнэгийн тэмдэг, геометрийн хэмжээнээс бусад тохиолдолд электронтой бүрэн төстэй гэдгийг бид 5-р бүлэгт аль хэдийн таамагласан. Хэрэв электроныг хөдөлж буй талбар болгон бууруулснаар бид бөөмсийн цэнэгийн хэмжээ болон хэмжээнээс хамааралгүй байдлыг хоёуланг нь тайлбарлаж чадна гэж үзвэл бидний даалгавар хамгийн багадаа эхний ойролцоо байх болно.

§ 9.2. Хачирхалтай урсгал, хачин давалгаа. Хавтгай электрон

Эхлээд r 0 радиустай дугуй замаар хөдөлж буй цагирагийн цэнэгийн туйлын хялбаршуулсан загварын нөхцөл байдлыг (Зураг 9.1) авч үзье. Тэгээд түүнийг ерөнхийд нь зөвшөөр

цахилгаан саармаг, өөрөөр хэлбэл түүний төвд эсрэг талын цэнэг байдаг. Үүнийг "хавтгай электрон" гэж нэрлэдэг. Жинхэнэ электрон гэж ийм байна гэж бид хэлэхгүй, харин хавтгай, хоёр хэмжээст тохиолдолд чөлөөт элементар цэнэгтэй дүйцэхүйц цахилгаан саармаг биетийг олж авах боломжтой эсэхийг одоохондоо ойлгохыг хичээж байна. Эфирийн холбогдох цэнэгээс (вакуум, пленум) цэнэгээ бий болгохыг хичээцгээе. Тодорхой байхын тулд цагирагийн цэнэг сөрөг байх ба цагираг нь цагийн зүүний дагуу хөдөлдөг (Зураг 9.1). Энэ тохиолдолд гүйдэл I t цагийн зүүний эсрэг урсдаг. Жижигийг сонгоцгооё

цагирагийн элемент dq цэнэг ба түүнд жижиг урт dl онооно. Цагийн агшин бүрт dq элемент нь v t тангенциал хурдтай, a n хэвийн хурдатгалтай хөдөлдөг нь ойлгомжтой. Ийм хөдөлгөөнөөр бид элементийн нийт гүйдлийг холбож болно dI -

вектор хэмжигдэхүүн. Энэ утгыг урсгалын дагуу чиглэлээ байнга "эргэдэг" тогтмол тангенциал гүйдэл dI t хэлбэрээр илэрхийлж болно.

цаг хугацаа, өөрөөр хэлбэл хурдассан. Энэ нь байгаа гэсэн үг хэвийн хурдатгал dI&n. Хэцүү байдал

Цаашид авч үзэх зүйл бол одоог хүртэл физикийн хувьд бид голчлон хурдатгал нь гүйдлийн чиглэлтэй ижил шулуун шугам дээр байрладаг хувьсах гүйдлийг авч үзсэнтэй холбоотой юм. Энэ тохиолдолд нөхцөл байдал өөр байна: одоогийн перпендикуляртүүний хурдатгал руу. Тэгээд юу гэж? Энэ нь урьд өмнө тогтсон физикийн хуулийг хүчингүй болгож байна уу?

Цагаан будаа. 9.1. Цагираган гүйдэл ба түүний туршилтын цэнэгт үзүүлэх хүчний нөлөө

Түүний соронзон орон нь энгийн гүйдэлтэй холбоотой байдаг шиг (Био-Саварт-Лаплас хуулийн дагуу) энгийн гүйдлийн хурдатгал нь индукцийн цахилгаан оронтой холбоотой гэдгийг өмнөх бүлгүүдэд харуулсан. Эдгээр талбарууд нь гадаад цэнэг q дээр F хүчний үйлдлийг гүйцэтгэдэг (Зураг 9.1). r 0 радиус нь төгсгөлтэй тул үйлдлүүд

Бөгжний баруун талын (зураг дагуу) хагасын анхан шатны гүйдлийг зүүн хагасын үндсэн гүйдлийн эсрэг нөлөөгөөр бүрэн нөхөж чадахгүй.

Тиймээс цагирагийн гүйдэл I болон гадаад туршилтын цэнэгийн хооронд q байх ёстой

хүчний харилцан үйлчлэл үүсдэг.

Үүний үр дүнд бид бүхэлдээ цахилгааны хувьд бүрэн төвийг сахисан, гэхдээ цагираган гүйдэл агуулсан объектыг таамаглаж чадна гэдгийг олж мэдсэн. Вакуум дахь цагираган гүйдэл гэж юу вэ? Энэ бол хэвийсэн гүйдэл юм. Бид үүнийг сөрөг (эсвэл эсрэгээр - эерэг) вакуум цэнэгийн дугуй хөдөлгөөн гэж төсөөлж болно.

В төв. Үүнийг мөн эерэг ба сөрөг хязгаарлагдмал цэнэгийн хамтарсан дугуй хөдөлгөөн гэж төсөөлж болно, гэхдээ өөр өөр хурдтай эсвэл өөр өөр радиус эсвэл

В өөр өөр талууд ... Эцсийн эцэст бид нөхцөл байдлыг хэрхэн харж байгаагаас үл хамааран ийм байх болно

тойрог хэлбэрээр хаалттай эргэлдэгч цахилгаан орон E хүртэл бууруулна . Энэ нь соронзон орон үүсгэдэгБ, гүйдэл урсаж байгаатай холбоотой бөгөөд нэмэлт, хязгаарлагдмал биш крцагт hom цахилгаан оронЭйнд , эдгээр урсгалуудын улмаасхурдасгасан.

Энэ бол бодит энгийн цэнэгийн ойролцоо (жишээлбэл, электрон) бидний ажиглаж буй зүйл юм! Энд "цахилгаан статик" харилцан үйлчлэлийн тухай бидний феноменологи байна. Электроныг бүтээхэд үнэгүй цэнэг (бутархай эсвэл бусад цэнэгийн утгууд) шаардлагагүй. Зүгээр л хангалттай холбогдсон вакуум цэнэг! Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу фотон нь хөдөлгөөнт цахилгаан талбараас бүрддэг бөгөөд ерөнхийдөө цахилгаанаар саармаг байдаг гэдгийг санаарай. Хэрэв фотоныг цагираг болгон "нугалж" байвал тэр цэнэгтэй байх болно, учир нь түүний цахилгаан орон нь одоо шулуун, жигд бус, харин хурдасгах болно. Одоо янз бүрийн тэмдгийн цэнэгүүд хэрхэн үүсдэг нь тодорхой боллоо: хэрэв "цагираг загвар" дахь Е талбар (Зураг 9.1) бөөмийн төвөөс зах руу чиглэсэн бол цэнэг нь нэг тэмдэгтэй, хэрэв эсрэгээр байвал цэнэг нь нэг тэмдэгтэй байна. , дараа нь нөгөө нь. Хэрэв бид электрон (эсвэл позитрон) нээвэл бид фотон үүсгэдэг. Бодит байдал дээр өнцгийн импульсийг хадгалах хэрэгцээ шаардлагаас болж цэнэгийг фотон болгон хувиргахын тулд хоёр эсрэг цэнэг авч, тэдгээрийг нэгтгэж, эцэст нь хоёр цахилгаан саармаг фотон авах хэрэгтэй. Энэ үзэгдэл (устгах урвал) нь үнэндээ туршилтанд ажиглагддаг. Тэгэхээр төлбөр гэж юу вэ - энэ бол цахилгаан талбайн эргэлт! Дараа нь бид томъёо, тооцоолол хийж, хувьсах хэвийсэн гүйдлийн тохиолдлуудад хэрэглэгдэх индукцийн хуулиас Кулоны хуулийг гаргаж авахыг хичээх болно.

§ 9.3. Фарадейгийн индукцийн хуулийн үр дагавар болох Кулоны хууль

Хоёр хэмжээст (хавтгай) ойролцоо байдлаар электрон нь цахилгаан статик утгаараа гүйдлийн дугуй хөдөлгөөнтэй тэнцүү бөгөөд энэ нь r 0 радиусын дагуу хурдтай хөдөлж буй q 0 цэнэгийн гүйдлийн хэмжээтэй тэнцүү болохыг харуулъя. гэрлийн хурдтай тэнцүү c .

Үүнийг хийхийн тулд бид нийт дугуй гүйдлийг I (зураг 9.1) Idl элементар гүйдэлд хувааж, туршилтын цэнэг q байрлах цэг дээр ажиллах dE ind-ийг тооцоолж, цагираг дээр нэгтгэнэ.

Тиймээс бидний тохиолдолд цагирагаар урсах гүйдэл нь дараахтай тэнцүү байна.

(9.1) I = q 0 v = q 0 c . 2 π r 0 2 π r 0

Энэ гүйдэл нь муруйн шугаман, өөрөөр хэлбэл хурдассан байдаг тул энэ нь тийм юм

хувьсагч:

I. Мисюченко								Бурханы сүүлчийн нууц
			dt 2 π r				2π r

Энд a нь тойрог дотор c хурдтайгаар хөдөлж байх үед одоогийн элемент бүрд мэдрэгддэг төв рүү чиглэсэн хурдатгал юм.

хурдатгал a = c 2 гэж кинематикаас мэдэгдэж буй илэрхийллийг орлуулж, бид дараахийг олж авна: r 0

					q0 c2
			2π r		2 π r 2

Одоогийн элементийн дериватив нь дараахь томъёогоор илэрхийлэгдэх нь тодорхой байна.

					dl =	q0 c2	dl.
				2π r		2 π r 2

Биот-Саварт-Лапласын хуулиас үзэхэд одоогийн Idl элемент бүр туршилтын цэнэг байрлах цэг дээр "элементар" соронзон орон үүсгэдэг.

(9.5) дБ =			би[dl, rr]

4-р бүлгээс энгийн гүйдлийн хувьсах соронзон орон нь цахилгаан үүсгэдэг болохыг мэддэг.

(9.6) dE r = v r B dB r =						μ 0
							би[dl,r]

Одоо энэ илэрхийлэлд (9.4) энгийн дугуй гүйдлийн деривативын утгыг орлъё:

									dl sin(β)
		dE =
						2 π r 2

Эдгээр энгийн цахилгаан талбайн хүчийг одоогийн контурын дагуу, өөрөөр хэлбэл тойрог дээр тодорхойлсон бүх dl дээр нэгтгэх нь хэвээр байна.

				q0 c2	нүгэл(β)				r 2 ∫	нүгэл(β)
	E = ∫ dE = ∫ 8 π			2 π r 2		dl =	16 π 2 ε				dl.

Өнцөг дээрх интеграци нь дараахь зүйлийг өгөхийг хялбархан харж болно (Зураг 9.1).

(9.9) ∫	нүгэл(β)				4 π r 2
		dl = 2 π r0	r 2 0		r 2 0.

Үүний дагуу туршилтын цэнэгийн байрлаж буй цэг дээрх бидний муруйн шугаман гүйдлийн индукцийн цахилгаан талбайн хүчдэлийн нийт утга тэнцүү байх болно.