Будова атомного ядра (протон, нейтрон, електрон). Що таке протон, і що у нього всередині? Що важче протон або електрон

Електрони рухаються навколо ядра по кругових орбітах, подібно до Землі, що обертається навколо Сонця. Електрони можуть переходити між цими рівнями, і коли вони це роблять, вони або поглинають фотон, або випускають фотон. Який розмір протона і що це таке?

Головний будівельний елемент видимого Всесвіту

Протон є основним будівельним блоком видимого Всесвіту, але багато його властивості, такі як радіус заряду і його аномальний магнітний момент, не зовсім зрозумілі. Що таке протон? Це субатомна частка з позитивним електричним зарядом. До недавнього часу протон вважався найменшою часткою. Однак завдяки новим технологіям став відомий той факт, що протони включають в себе ще більш дрібні елементи, частинки, що називаються кварками, істинними фундаментальними частинками матерії. Протон може утворюватися в результаті нестійкої нейтрона.

заряд

Яким електричним зарядом має протон? Він має заряд +1 елементарного заряду, який позначається буквою "e" і був відкритий в 1874 році Джорджем Стоуні. У той час як протон має позитивний заряд (або 1e), електрон має негативний заряд (-1 або -e), а нейтрон зовсім не має заряду і може позначатися 0E. 1 елементарний заряд дорівнює 1,602 × 10 -19 кулонів. Кулон представляє собою тип одиниці електричного заряду і є еквівалентом одному амперу, який неухильно транспортується в розрахунку на одну секунду.

Що таке протон?

Все, чого ви можете торкнутися і відчувати, складається з атомів. Розмір цих крихітних часток всередині центру атома дуже маленьке. Хоча вони складають більшу частину ваги атома, але вони все ж дуже малі. Фактично, якби атом був розміром з футбольне поле, кожен з його протонів був би тільки розміром з мурашку. Протони не повинні обмежуватися ядрами атомів. Коли протони знаходяться за межами атомних ядер, вони набувають захоплюючі, химерні і потенційно небезпечні властивості, аналогічні властивостям нейтронів в подібних обставинах.

Але протони мають додатковим властивістю. Оскільки вони несуть електричний заряд, їх можна прискорити електричними або магнітними полями. Високошвидкісні протони і атомні ядра, що містять їх, виділяються у великих кількостях під час сонячних спалахів. частинки прискорюються магнітним полем Землі, викликаючи іоносферні збурення, відомі як геомагнітні бурі.

Число протонів, розмір і маса

Кількість протонів робить кожен атом унікальним. Наприклад, у кисню їх вісім, у водню всього один, а у золота - цілих 79. Це число схоже на тотожність елемента. Ви можете багато чого дізнатися про атом, просто знаючи число його протонів. Ця знайдена в ядрі кожного атома, має позитивний електричний заряд, рівний і протилежний електрону елемента. Якби він був ізольований, то мав би масу всього близько 1,673 -27 кг, трохи менше маси нейтрона.

Число протонів в ядрі елемента називається атомним номером. Це число дає кожному елементу своє унікальне тотожність. В атомах будь-якого конкретного елемента число протонів в ядрах завжди одне і те ж. Атом простого водню має ядро, яке складається всього з 1 протона. Ядра всіх інших елементів майже завжди містять нейтрони на додаток до протонів.

Наскільки великий протон?

Ніхто цього точно не знає, і це проблема. В експериментах використовувалися модифіковані атоми водню, щоб отримати розмір протона. Це субатомна таємниця з великими наслідками. Через шість років після того, як фізики оголосили про занадто малому вимірі розміру протона, вчені все ще не впевнені щодо дійсного розміру. З появою нових даних таємниця стає все глибшою.

Протони - частинки, що знаходяться всередині ядра атомів. Протягом багатьох років радіус протона здавався закріпленим на позначці приблизно в 0,877 фемтометрів. Але в 2010 році Рендольф Пол з з Інституту квантової оптики ім. Макса Планка в Гархинге, Німеччина, отримав тривожний відповідь, використовуючи нову методику вимірювання.

Команда змінила один протон, один електронний склад атома водню, переключивши електрон на більш важку частку, яка називається мюонів. Потім вони замінили цей змінений атом лазером. Вимірювання отриманого зміни їх енергетичних рівнів дозволило їм розрахувати розмір його протонного ядра. На їхнє здивування, він вийшов на 4% менше, ніж традиційне значення, що вимірюється іншими засобами. В експерименті Рендольфа також застосували нову методику до дейтерію - ізотопу водню, що має один протон і один нейтрон, все разом відомий як дейтрон, - в його ядрі. Однак точне обчислення розміру дейтрона займало багато часу.

нові експерименти

Нові дані показують, що проблема радіуса протонів не зникає. Ще кілька експериментів в лабораторії Рендольфа Пола і інших вже ведуться. Хтось вдається до тієї ж техніці мюона для вимірювання розміру важчих атомних ядер, таких як гелій. Інші одночасно вимірюють розсіювання мюонів і електронів. Пол підозрює, що винуватцем може бути не сам протон, а неправильне вимір константи Рідберга, число, яке описує довжини хвиль світла, що випускається порушеною атомом. Але ця константа добре відома завдяки іншим прецизійним експериментів.

В іншому поясненні пропонуються нові частинки, які викликають несподівані взаємодії між протоном і мюони, не змінюючи його зв'язку з електроном. Це може означати, що головоломка виводить нас за рамки стандартної моделі фізики частинок. «Якщо в якийсь момент в майбутньому хтось виявить щось крім стандартної моделі, це буде так», - говорить Пол, з першим невеликим розходженням, потім з іншим та іншим, повільно створюючи більш монументальний зрушення. Який істинний розмір протона? Нові результати кидають виклик базової теорії фізики.

Розрахувавши вплив радіуса протона на траєкторії прольоту, дослідники змогли оцінити радіус частинки протона, який склав 0,84184 фемтометра. Раніше цей показник був на позначці від 0,8768 до 0,897 фемтометра. При розгляді таких крихітних кількостей завжди існує ймовірність помилки. Однак після 12 років кропітких зусиль члени команди впевнені в точності своїх вимірювань. Теорія може потребувати деякому доопрацюванні, але яким би не був відповідь, фізики ще довго будуть чухати голови, вирішуючи цю складну задачу.

Атом - це найменша частинка хімічного елемента, яка зберігає всі його хімічні властивості. Атом складається з ядра, що має позитивний електричний заряд, і негативно заряджених електронів. Заряд ядра будь-якого хімічного елемента дорівнює добутку Z на e, де Z - порядковий номер даного елемента в періодичної системі хімічних елементів, е - величина елементарного електричного заряду.

електрон - це дрібна частка речовини з негативним електричним зарядом е \u003d 1,6 · 10 -19 кулона, прийнятим за елементарний електричний заряд. Електрони, обертаючись навколо ядра, розташовуються на електронних оболонках К, L, М і т. Д. До - оболонка, найближча до ядра. Розмір атома визначається розміром його електронної оболонки. Атом може втрачати електрони і ставати позитивним іоном або приєднувати електрони і ставати негативним іоном. Заряд іона визначає число втрачених або приєднаних електронів. Процес перетворення нейтрального атома в зарядженийіон називається іонізацією.

атомне ядро (Центральна частина атома) складається з елементарних ядерних частинок - протонів і нейтронів. Радіус ядра приблизно в сто тисяч разів менше радіуса атома. Щільність атомного ядра надзвичайно велика. протони - це стабільні елементарні частинки, що мають одиничний позитивний електричний заряд і масу, в 1836 разів більшу, ніж маса електрона. Протон є ядро \u200b\u200bатома найлегшого елементу - водню. Число протонів в ядрі дорівнює Z. нейтрон - це нейтральна (не має електричного заряду) елементарна частинка з масою, дуже близькою до маси протона. Оскільки маса ядра складається з маси протонів і нейтронів, то число нейтронів в ядрі атома одно А - Z, де А - масове число даного ізотопу (див.). Протон і нейтрон, що входять до складу ядра, називаються нуклонами. В ядрі нуклони пов'язані особливими ядерними силами.

В атомному ядрі є величезний запас енергії, яка вивільняється при ядерних реакціях. Ядерні реакції виникають при взаємодії атомних ядер з елементарними частинками або з ядрами інших елементів. В результаті ядерних реакцій утворюються нові ядра. Наприклад, нейтрон може переходити в протон. В цьому випадку з ядра викидається бета-частинки, т. Е. Електрон.

Перехід в ядрі протона в нейтрон може здійснюватися двома шляхами: або з ядра випромінюється частка з масою, рівній масі електрона, але з позитивним зарядом, звана позитроном (позитронний розпад), або ядро \u200b\u200bзахоплює один з електронів з найближчої до нього К-оболонки (К-захоплення).

Іноді утворилося ядро \u200b\u200bволодіє надлишком енергії (знаходиться в збудженому стані) і, переходячи в нормальний стан, виділяє зайву енергію у вигляді електромагнітного випромінювання з дуже малою довжиною хвилі -. Енергія, що виділяється при ядерних реакціях, практично використовується в різних галузях промисловості.

Атом (грец. Atomos - неподільний) найменша частинка хімічного елемента, що володіє його хімічними властивостями. Кожен елемент складається з атомів певного виду. До складу атома входять ядро, що несе позитивний електричний заряд, і негативно заряджені електрони (див.), Що утворюють його електронні оболонки. Величина електричного заряду ядра дорівнює Ze, де е - елементарний електричний заряд, рівний по величині заряду електрона (4,8 · 10 -10 ел.-ст. од.), І Z - атомний номер даного елемента в періодичній системі хімічних елементів (див .). Так як неіонізовану атом нейтральний, то число електронів, що входять в нього, також одно Z. До складу ядра (див. Ядро атомне) входять нуклони, елементарні частинки з масою, приблизно в 1840 разів більшою маси електрона (рівній 9,1 · 10 - 28 г), протони (див.), заряджені позитивно, і не мають заряду нейтрони (див.). Число нуклонів в ядрі називається масовим числом і позначається буквою А. Кількість протонів в ядрі, рівне Z, визначає число входять в атом електронів, будова електронних оболонок і хімічні властивості атома. Кількість нейтронів в ядрі дорівнює А-Z. Ізотопами називаються різновиду одного і того ж елемента, атоми яких відрізняються один від одного масовим числом А, але мають однакові Z. Таким чином, в ядрах атомів різних ізотопів одного елемента є різну кількість нейтронів при однаковому числі протонів. При позначенні ізотопів масове число А записується зверху від символу елемента, а атомний номер внизу; наприклад, ізотопи кисню позначаються:

Розміри атома визначаються розмірами електронних оболонок і складають для всіх Z величину порядку 10 -8 см. Оскільки маса всіх електронів атома в кілька тисяч разів менше маси ядра, маса атома пропорційна масовому числу. Відносна маса атома даного ізотопу визначається по відношенню до маси атома ізотопу вуглецю С 12, прийнятої за 12 одиниць, і називається изотопной масою. Вона виявляється близькою до масового числа відповідного ізотопу. Відносна вага атома хімічного елемента є середнім (з урахуванням відносної поширеності ізотопів даного елемента) значення ізотопного ваги і називається атомним вагою (масою).

Атом є мікроскопічною системою, і його будова і властивості можуть бути пояснені лише за допомогою квантової теорії, створеної в основному в 20-і роки 20 століття і призначеної для опису явищ атомного масштабу. Досліди показали, що мікрочастинки - електрони, протони, атоми і т. Д., - крім корпускулярних, мають хвильовими властивостями, які виявляються в дифракції та інтерференції. У квантовій теорії для опису стану мікрооб'єктів використовується деякий хвильове поле, що характеризується хвильової функцією (Ψ-функція). Ця функція визначає ймовірності можливих станів мікрооб'єктів, т. Е. Характеризує потенційні можливості прояву тих чи інших його властивостей. Закон зміни функції Ψ в просторі і часі (рівняння Шредінгера), що дозволяє знайти цю функцію, відіграє в квантовій теорії ту ж роль, що в класичній механіці закони руху Ньютона. Рішення рівняння Шредінгера в багатьох випадках призводить до дискретних можливим станам системи. Так, наприклад, в разі атома виходить ряд хвильових функцій для електронів, що відповідають різним (квантованим) значенням енергії. Система енергетичних рівнів атома, розрахована методами квантової теорії, отримала блискуче підтвердження в спектроскопії. Перехід атома з основного стану, відповідного нижчого енергетичного рівня Е 0, в будь-яке з порушених станів E i відбувається при поглинанні певної порції енергії Е i - Е 0. Збуджений атом переходить в менш збуджений або основний стан зазвичай з випусканням фотона. При цьому енергія фотона hv дорівнює різниці енергій атома в двох станах: hv \u003d E i - Е k де h - постійна Планка (6,62 · 10 -27 ерг · сек), v - частота світла.

Крім атомних спектрів, квантова теорія дозволила пояснити і інші властивості атомів. Зокрема, були пояснені валентність, природа хімічного зв'язку і будова молекул, створена теорія періодичної системи елементів.

Як уже зазначалося, атом складається з трьох видів елементарних частинок: протонів, нейтронів і електронів. Атомне ядро \u200b\u200b- центральна частина атома, що складається з протонів і нейтронів. Протони і нейтрони мають загальну назву нуклон, в ядрі вони можуть перетворюватися один в одного. Ядро найпростішого атома - атома водню - складається з однієї елементарної частинки - протони.

Діаметр ядра атома дорівнює приблизно 10-13 - 10-12 см і становить 0,0001 діаметра атома. Однак, практично вся маса атома (99,95-99,98%) зосереджена в ядрі. Якби вдалося отримати 1 см3 чистого ядерного речовини, маса його становила б 100-200 млн.т. Маса ядра атома в кілька тисяч разів перевершує масу всіх входять до складу атома електронів.

Протон - елементарна частинка, ядро \u200b\u200bатома водню. Маса протона дорівнює 1,6721 х 10-27 кг, вона в 1836 разів більше маси електрона. Електричний заряд позитивний і дорівнює 1,66 х 10-19 Кл. Кулон - одиниця електричного заряду, що дорівнює кількості електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за час 1с при незмінній силі струму 1 (ампер).

Кожен атом будь-якого елемента містить в ядрі певне число протонів. Це число постійне для даного елемента і визначає його фізичні і хімічні властивості. Тобто від кількості протонів залежить, з яким хімічним елементом ми маємо справу. Наприклад, якщо в ядрі один протон - це водень, якщо 26 протонів - це залізо. Число протонів в атомному ядрі визначає заряд ядра (Зарядове число Z) і порядковий номер елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва (атомний номер елемента).

нейтрон- електрично нейтральна частинка з масою 1,6749 х 10-27кг, в 1839 разів більше маси електрона. Нейрон у вільному стані - нестабільна частка, він самостійно перетворюється в протон з випусканням електрона і антинейтрино. Період напіврозпаду нейтронів (час, протягом якого розпадається половина початкового кількості нейтронів) дорівнює приблизно 12 хв. Однак у зв'язаному стані усередині стабільних атомних ядер він стабільний. Загальна кількість нуклонів (протонів і нейтронів) в ядрі називають масовим числом (атомною масою - А). Число нейтронів, що входять до складу ядра, дорівнює різниці між масовим і зарядовим числами: N \u003d A - Z.

електрон- елементарна частинка, носій найменшої маси - 0,91095х10-27г і найменшого електричного заряду - 1,6021х10-19 Кл. Це негативно заряджена частинка. Число електронів в атомі дорівнює числу протонів в ядрі, тобто атом електрично нейтральний.

позитрон - елементарна частинка з позитивним електричним зарядом, античастинка по відношенню до електрона. Маса електрона і позитрона рівні, а електричні заряди рівні за абсолютною величиною, але протилежні за знаком.

Різні типи ядер називають нуклідами. Нуклід - вид атомів з даними числами протонів і нейтронів. У природі існують атоми одного і того ж елемента з різною атомною масою (масовим числом):
, Cl і т.д. Ядра цих атомів містять однакове число протонів, але різне число нейтронів. Різновиди атомів одного і того ж елемента, які мають однаковий заряд ядер, але різне масове число, називаються ізотопами . Володіючи однаковою кількістю протонів, але розрізняючи числом нейтронів, ізотопи мають однакову будову електронних оболонок, тобто дуже близькі хімічні властивості і займають одне і те ж місце в періодичній системі хімічних елементів.

Позначають символом відповідного хімічного елемента з розташованим зверху зліва індексом А - масовим числом, іноді зліва внизу наводиться також число протонів (Z). Наприклад, радіоактивні ізотопи фосфору позначають 32Р, 33р або Р і Р відповідно. При позначенні ізотопу без вказівки символу елемента масове число наводиться після позначення елемента, наприклад, фосфор - 32, фосфор - 33.

Більшість хімічних елементів має по кілька ізотопів. Крім ізотопу водню 1Н-протію, відомий важкий водень 2Н-дей-терій і надважкий водень 3Н-тритій. У урану 11 ізотопів, в природних з'єднаннях їх три (уран 238, уран 235, уран 233). У них по 92 протона і відповідно 146,143 і 141 нейтрон.

В даний час відомо більше 1900 ізотопів 108 хімічних елементів. З них до природних відносяться всі стабільні (їх приблизно 280) і природні ізотопи, що входять до складу радіоактивних сімейств (їх 46). Решта відносяться до штучних, вони отримані штучним шляхом в результаті різних ядерних реакцій.

Термін «ізотопи» слід застосовувати тільки в тих випадках, коли мова йде про атомах одного і того ж елемента, наприклад, вуглецю 12С і 14С. Якщо маються на увазі атоми різних хімічних елементів, рекомендується використовувати термін «нукліди», наприклад, радіонукліди 90Sr, 131J, 137Cs.

Дам свій варіант відповіді.

Протон, електрон і інші частинки - це дуже-дуже-дуууже маленькі частинки. Можна представляти їх, наприклад, як круглі порошинки (хоча це буде не зовсім точно, але це краще, ніж взагалі ніяк). Такі маленькі, що неможливо просто так розглянути одну таку порошинку. Все речовина, все що ми бачимо, все що можемо помацати - абсолютно все складається з цих частинок. Земля складається з них, повітря з них, Сонце з них, людина з них.

Люди завжди хотіли розібратися, як весь світ влаштований. З чого він складається. Ось у нас є жменька піску. Очевидно, що пісок складається з піщинок. А з чого складається піщинка? Піщинка - це міцно злиплий грудочку, дуже маленький камінчик. Виявилося, що піщинку можна розділити на частини. А якщо ці частини ще раз розділити на більш дрібні частини? А потім ще раз? Чи можна, в кінці-кінців, знайти що-таке, що вже не можна буде розділити?

Люди, дійсно, виявили, що в кінцевому рахунку все складається з "пилинок", які вже не можна просто так розділити. Ці пилинки назвали "молекулами". Є молекула води, є молекула кварцу (до речі, пісок, в основному, складається з кварцу), є молекула солі (тієї, яку ми їмо) і дуже багато різних інших молекул.

Якщо ж спробувати розділити, наприклад, молекулу води на частини, то виявиться, що складові частини поводяться вже зовсім не як вода. Люди назвали ці частини "атомами". Виявилося, що вода завжди розділяється на 3 атома. При цьому 1 атом - це кисень, а інші 2 атома - це водень (їх у воді 2 штуки). Якщо з'єднати будь-атом кисню з будь-якими 2 атомами водню - знову буде вода.

При цьому з кисню і водню можна крім води зробити і інші молекули. Наприклад, 2 атома кисню легко з'єднуються один з одним в такий "подвійний кисень" (називається "молекула кисню"). Такого кисню дуже багато в нашому повітрі, ми їм дихаємо, він нам потрібен для життя.

Тобто виявилося, що у молекул є "частини", які повинні працювати разом, щоб вийшов потрібний результат. Це, наприклад, як іграшкова машинка. У машинки, припустимо, повинна бути кабіна і 4 колеса. Тільки коли вони всі разом зібрані - це машинка. Якщо ж чогось не вистачає, то це вже не машинка. Якщо ж замість коліс поставити гусениці - то буде взагалі не машина, а танк (ну майже). Так і з молекулами. Щоб була вода, вона обов'язково повинна складатися з 1 кисню і 2 водню. Але окремо - це не вода.

Коли люди зрозуміли, що всі молекули складаються з різного набору атомів, це людей обрадувало. Повивчавши атоми, люди побачили, що в природі існує всього лише близько 100 різних атомів. Тобто, люди дізналися щось нове про світ. Що все-все, що ми бачимо - це всього лише 100 різних атомів. Але через те, що вони з'єднані по різному, виходить величезна різноманітність молекул (мільйони, мільярди і навіть більше різних молекул).

Чи можна взяти і розділити якийсь атом? Тими засобами, які існували в середньовіччі, розділити атом було неможливо. Тому якийсь час вважалося, що атом розділити не можна. Вважалася, що "атоми" - це найменші частинки, з яких складається весь світ.

Однак, в результаті, атом розділити вдалося. І виявилося (саме чудове), що з атомами та ж ситуація. Виявилося, що всі 100 (їх небагато більше 100, на самом деле) різних атомів розпадаються на всього лише 3 різні види частинок. Всього 3! Виявилося, що всі атоми - це набір з "протонів", "нейтронів" і "електронів", які з'єднані в атомі певним чином. Різна кількість цих частинок, будучи з'єднаними разом, дають різні атоми.

Є чому радіти: людство докопатися до розуміння, що все-все різноманіття світу - це всього лише 3 елементарні частинки.

А чи можна розділити якусь елементарну частинку? Наприклад, чи можна розділити протон? Зараз вважається, що частки (наприклад, протон) теж складаються з частин, які назвали "кварки". Але, наскільки я знаю, до сих пір ні разу не вдалося відокремити "кварк" від частки, щоб "подивитися", що ж це таке, коли воно знаходиться окремо, само по собі (а не в складі частки). Схоже, що кварки не можуть (або ж дуже не хочуть) існувати інакше, крім як усередині частинки.

Так що на даний момент протон, нейтрон і електрон - це найменші частини нашого світу, які можуть існувати окремо, і з яких все складається. Це дійсно, вражає.

Правда, радість тривала не дуже довго. Бо виявилося, що крім протона, нейтрона і електрона існує безліч інших різновидів частинок. Однак, в природі вони майже ніколи не зустрічаються. Чи не помічено, щоб щось велике в природі було побудовано з інших частинок, ніж чим протон, нейтрон і електрон. Але відомо, що ці інші частинки можна отримати штучно, якщо кілька частинок розігнати до запаморочливих швидкостей (близько мільярда кілометрів на годину) і стукнути ними по іншим частинкам.

Інформація про пристрій атома.

Тепер можна трішки поговорити про атом і його частинках (протонах, нейтронах, електронах).

Чим відрізняються різні частки? Протон і нейтрон - важкі. А електрон - легкий. Звичайно, оскільки всі частинки дуже маленькі - вони все дуже легкі. Але електрон, якщо не помиляюся, в тисячу разів легше, ніж протон або нейтрон. А протон і нейтрон зате дуже схожі за масою. Майже точнісінько (з чого б? Може бути, це не випадково?).

Протони і нейтрони в атомі завжди з'єднуються разом і утворюють такий собі "кулька", який називають "ядром". А ось електронів в ядрі ніколи не буває. Замість цього електрони обертаються навколо ядра. Для наочності часто говорять, що електрони обертаються навколо ядра "як планети навколо Сонця". Насправді, це не зовсім так. Це приблизно настільки ж правда, наскільки дитячий мультик схожий на реальне життя. Начебто майже однаково, але в реальності все набагато складніше і незрозумілішим. Загалом, 5-класснику корисно буде уявити що електрони "літають навколо ядра, як планети навколо Сонця". А потім десь в 7-9 класі можна буде прочитати про чудеса квантового мікро-світу. Там ще більш чудові чудеса, ніж в Алісі в Країні Чудес. В тому сенсі, що там (на рівні атомів) все відбувається не так, як ми звикли.

Також кілька електронів можна відокремити від атома без дуже вже великих зусиль. Тоді вийде атом без кількох електронів. Ці електрони (їх тоді називають "вільні електрони") будуть літати самі по собі. До речі, якщо взяти багато вільних електронів - вийде електрику, за допомогою якого в 21-м столітті працює майже все класне :).

Отже, протони і нейтрони - важкі. Електрон - легкий. Протони і нейтрони - в ядрі. Електрони - крутяться навколо або ж літають десь самі по собі (зазвичай, трохи політавши, вони чіпляється до інших атомів).

А чим протон відрізняється від нейтрона? В цілому вони дуже схожі, за винятком однієї важливої \u200b\u200bштуки. Протон має зяряд. А нейтрон - не має. Електрон, до речі, теж має заряд, але іншого типу ...

А що таке "заряд"? Ну ... Я думаю, що на цьому питанні нам краще зупинитися, бо треба ж десь зупинитися.

Якщо ти захочеш дізнатися подробиці, пиши, я відповім. А поки що, я думаю, і цієї інформації на перший раз дуже багато.

Тексту, в результаті, все одно багато і я не знаю, чи варто зменшувати обсяг тексту.

Причому, текст це досить складний науковий. Той, хто зумів подужати першу частину про елементарні частинки і не втратив інтерес до фізики, я сподіваюся, зуміє подужати і цей текст.

Я розділю текст на безліч частин, так його буде простіше читати.

Відповісти

Ще 16 коментарів

Отже, про заряд.

В ході уважного вивчення різних варіантів взаємодії між різними предметами (включаючи і елементарні частинки) з'ясувалося, що всього існує 3 типи взаємодії. Їх назвали: 1) гравітаційне, 2) електромагнітне і 3) ядерне.

Давайте для початку поговоримо трохи про гравітації. Люди багато років спостерігали в телескоп за рухом планет і комет в сонячній системі. З цих спостережень Ньютон (легендарний фізик минулих століть) зробив висновок, що всі об'єкти в Сонячній системі притягують один одного на відстані, і вивів знаменитий "закон всесвітнього тяжіння".

Цей закон можна записати в такому вигляді: "Для будь-яких 2 об'єктів можна порахувати силу їх взаємного тяжіння. Для цього потрібно масу одного об'єкта помножити на масу іншого об'єкта, потім вийшов результат потрібно два рази поділити на відстань між ними".

Можна записати цей закон у вигляді рівняння:

масса1 * масса2: відстань: відстань \u003d сила

У цьому рівнянні значок * (значок зірочки) позначає множення, значок: позначає поділ, "масса1" - це маса одного тіла, "масса2" - маса другого тіла, "відстань" - це відстань між цими двома тілами, "сила" - це сила, з якою вони будуть притягатися один до одного.

(Я припускаю, що п'ятикласники не знають, що таке "зведення в квадрат", тому я замінив квадрат відстані на те, що буде зрозуміло п'ятикласникові.)

Що цікавого видно в цьому рівнянні? Наприклад, те, що сила тяжіння сильно залежить від відстані між об'єктами. Чим більше відстань - тим слабкіше сила. У цьому легко переконатися. Наприклад, подивимося на такий приклад: масса1 \u003d 10, масса2 \u003d 10, відстань \u003d 5. Тоді сила буде дорівнює 10 * 10: 5: 5 \u003d 100: 5: 5 \u003d 20: 5 \u003d 4. Якщо ж при тих же масах відстань \u003d 10, то сила буде дорівнює 10 * 10: 10: 10 \u003d 1. Ми бачимо, що коли відстань збільшилася (з 5 до 10), сила тяжіння зменшилася (з 4 до 1).

Відповісти

Що таке "маса"?

Ми знаємо, що все в світі складається з елементарних частинок (протонів, нейтронів і електронів). І ці елементарні частинки є носіями маси. Електрон, правда, має зовсім маленьку масу в порівнянні з протоном і нейтроном, але маса у електрона все одно є. А ось у протона і нейтрона маса цілком помітна. Чому Земля має велику масу (+600000000000000000000 кілограм), а я - маленьку (65 кілограм)? Відповідь дуже проста. Тому що Земля складається з дуже-дуже великої кількості протонів і нейтронів. До речі, тому й непомітно, що я щось до себе притягую - занадто маленька маса. Але взагалі-то я притягую. Тільки дуже-дуже-дуже слабо.

Отже, люди виявили, що маса існує навіть у елементарних частинок. І маса дозволяє частинкам притягувати один одного на відстані. Але що таке маса? Як вона працює? Як нерідко (і навіть дуже часто) буває в науці, ця загадка до кінця не розгадана. Поки що ми знаємо тільки те, що маса знаходиться "всередині частинок". І знаємо, що маса залишається незмінною до тих пір, поки сама частка залишається незмінною. Тобто, у всіх протонів однакова маса. У всіх нейтронів - однакова. І у всіх електронів - однакова. При цьому у протона і електрона вони дуже схожі (хоча і не точно-точно рівні), а у електрона маса набагато менше. І не буває такого, щоб, наприклад, нейтрон мав масу як у електрона або навпаки.

Відповісти

Про електромагнітній взаємодії.

І про заряди. Нарешті.

Уважні спостереження показали, що одного лише закону всесвітнього тяжіння недостатньо для пояснення деяких взаємодій. Повинно бути щось ще. Ось взяти навіть звичайний магніт (точніше 2 магніту). По-перше, неважко помітити, що невеликий магніт масою, припустимо, в 1 кілограм, притягує інший магніт набагато-набагато сильніше, ніж я. Якщо вірити закону всесвітнього тяжіння, то мої 65 кілограм повинні притягати магніт в 65 разів сильніше - але немає. Магніт зовсім не хоче до мене притягатися. А ось до іншого магніту - хоче. Як це пояснити?

Інше питання. Чому магніт притягує до себе тільки деякі предмети (наприклад, залізяки, а також інші магніти), а решта - не помічає?

І ще. Чому магніт притягує інший магніт тільки з певного боку? І, найдивніше, що якщо підставити магніт протилежною стороною, то виявиться, що 2 магніту зовсім не притягуються, а навпаки - відштовхуються. При цьому легко помітити, що вони відштовхуються з тією ж силою, з якою вони до цього притягувалися.

Закон всесвітнього тяжіння говорить тільки про притягнення, але нічого не знає про відштовхуванні. Значить, має бути щось ще. Щось, що в одних випадках предмети притягує, а в інших - відштовхує.

Ось цю силу назвали "електромагнітним взаємодією". Для електромагнітної взаємодії теж є свій закон (називається "закон Кулона", в честь Шарля Кулона, який відкрив цей закон). Дуже цікаво те, що загальний вигляд цього закону майже точно такий же, як і у закону всесвітнього тяжіння, тільки замість "масса1" і "масса2" там "заряд1" і "заряд2".

заряд1 * заряд2: відстань: відстань \u003d сила

"Заряд1" - це заряд першого об'єкта, "заряд2" - заряд другого об'єкта.

А що таке "заряд"? Говорячи по правді, ніхто цього не знає. Також як ніхто точно не знає, що таке "маса".

Відповісти

Загадкові заряди.

Намагаючись розібратися, люди дійшли до елементарних частинок. І виявили, що у нейтрона є тільки маса. Тобто, нейтрон бере участь в гравітаційній взаємодії. А в електромагнітній взаємодії він не бере. Тобто, заряд нейтрона дорівнює нулю. Якщо взяти закон Кулона і підставити нуль замість одного із зарядів, то сила буде теж дорівнює нулю (немає сили). Так і поводиться нейтрон. Ні електромагнітної сили.

У електрона маса дуже слабка, тому в гравітаційній взаємодії він бере участь дуже мало. Зате електрон сильно відштовхує (відштовхує!) Інші електрони. Це тому що у нього є заряд.

У протона є і маса і заряд. І протон теж відштовхує інші протони. Якщо є маса - значить, він притягує до себе все частки. Але одночасно з цим протон відштовхує інші протони. Причому електромагнітна сила відштовхування набагато сильніше, ніж гравітаційна сила тяжіння. Тому окремі протони будуть відлітати один від одного геть.

Але це ще не вся історія. Електромагнітна сила може не тільки відштовхувати, а й притягувати. Протон притягує електрон, а електрон притягує протон. При цьому можна провести експеримент і виявити, що сила притягання між протоном і електроном дорівнює силі відштовхування між двома протонами і також дорівнює силі відштовхування між двома електронами.

З цього ми можемо зробити висновок, що заряд протона дорівнює заряду електрона. Але з якоїсь причини 2 протона друг-друга відштовхують, а протон і електрон - притягуються. Як це може бути?

Відповісти

Розгадка зарядів.

Розгадка, виявляється, в тому, що маса-то у всіх частинок завжди більше нуля. А ось заряд може бути і більше нуля (протон) і дорівнює нулю (нейтрон) і менше нуля (електрон). Хоча, по правді кажучи, можна було б призначити так, що, навпаки, у електрона заряд більше нуля, а у протона - менше нуля. Це було неважливо. Важливим є те, що у протона і у електрона заряди протилежні.

Давайте для прикладу вимірювати заряди в "протонах" (тобто, 1 протон має силу заряду, рівну 1). І визначимо силу, взаємодії між двома протонами на якомусь відстані (будемо вважати, що відстань \u003d 1). Підставляємо числа в формулу і отримуємо 1 * 1: 1: 1 \u003d 1. Тепер давайте виміряємо силу взаємодії між електроном і протоном. Ми знаємо, що заряд електрона дорівнює заряду протона, але має протилежний знак. Раз у нас заряд протона дорівнює 1, то заряд електрона має дорівнювати -1. Підставляємо. -1 * 1: 1: 1 \u003d -1. Ми отримали -1. Що означає знак "мінус"? Він означає, що силу взаємодії потрібно змінити в протилежну сторону. Тобто, сила відштовхування стала силою притягання!

Відповісти

Підводимо підсумки.

Між 3 найбільш поширеними елементарними частинками існують помітні відмінності.

Нейтрон має тільки масу, а заряду не має.

Протон має і масу і заряд. При цьому заряд протона вважається позитивним.

Електрон має маленьку масу (приблизно в 1000 разів менше, ніж у протона і нейтрона). Але має заряд. При цьому заряд дорівнює заряду протона, тільки з протилежним знаком (якщо вважати, що у протона "плюс", значить у електрона - "мінус").

При цьому звичайний атом нічого не притягує і не відштовхує. Чому? Це вже просто. Уявімо який-небудь звичайний атом (наприклад, атом кисню) і один вільний електрон, який літає поряд з атомом. Атом кисню складається з 8 протонів, 8 нейтронів і 8 електронів. Питання. Чи повинен цей вільний електрон притягатися до атому або ж він повинен відштовхуватися? У нейтронів заряду немає, тому їх ми поки проіґноруймо. Електромагнітна сила між 8 протонами і 1 електроном дорівнює 8 * (-1): 1: 1 \u003d -8. А електромагнітна сила між 8 електронами в атомі і 1 вільним електронам дорівнює -8 * (-1): 1: 1 \u003d 8.

Виходить, що сила дії 8 протонів на вільний електрон дорівнює -8, а сила дії електронів дорівнює +8. В сумі це виходить 0. Тобто, сили рівні. Нічого не відбувається. У підсумку кажуть, що атом "електрично нейтральний". Тобто, він не притягує і не відштовхує.

Звичайно, залишається ще сила гравітації. Але у електрона маса дуже мала, тому гравітаційна взаємодія з атомом дуже мало.

Відповісти

Заряджені атоми.

Ми пам'ятаємо, що доклавши трохи зусиль, ми можемо відірвати більш далекі від ядра електрони. В цьому випадку у атома кисню буде, наприклад, 8 протонів, 8 нейтронів і 6 електронів (2 ми відірвали). Атоми, в яких бракує (або, навпаки, занадто багато) електронів, називаються "іони". Якщо ми зробимо 2 таких атома кисню (прибравши по 2 електрони з кожного атома), вони будуть один-одного відштовхувати. Підставами до закону Кулона: (8 - 6) * (8 - 6): 1: 1 \u003d 4. Ми бачимо, що число, що більше нуля, отже іони будуть відштовхуватися.

Добрий вечір, освічені правителі і добродійки!

Я познайомлю вас сьогодні з елементарною частинкою всесвіту - з протоном і заради цього задам вам, дорогі мої читачі, найпростіше запитання, - що є протон? Частка або хвиля, або те й інше?

При всій простоті питання, відповісти на його не так - то й легко. Тому перш ніж відповісти на це непросте питання, нам необхідно звернутися до довідкових даних з інтернету:

"Протон - стабільна частка з класу адронів, ядро \u200b\u200bатома водню.

У відкритті протона зіграли роль і створення Е. Резерфордом планетарної моделі атома (1911), і відкриття ізотопів (Ф. Содді, Дж. Томсон, Ф. Астон, 1906 - 1919), і спостереження ядер водню, вибитих альфа-частками з ядер азоту (Е. Резерфорд, 1919). У 1925 р П. Блекетт отримав в камері Вільсона перші фотографії слідів протона, одночасно підтвердивши відкриття штучного перетворення елементів. У цих дослідах альфа-частинки захоплювалась ядром азоту, яке випускало протон і перетворювалося в ізотоп кисню.

Разом з нейтронами протони утворюють атомні ядра всіх хімічних елементів, причому число протонів в ядрі визначає атомний номер даного елемента.

Протон має позитивний електричний заряд, рівний елементарному заряду, т. Е. Абсолютній величині заряду електрона.

Маса протона \u003d (938,2796 ± 0,0027) МеВ або \u003d 1,6; 10 в мінус 24 ступені
грам, т. е. протон в 1836 разів важче електрона! З сучасної точки зору протон не є істинно елементарною частинкою: він складається з двох u-кварків з електричними зарядами +2/3 (в одиницях елементарного заряду) і одного d-кварка з електричним зарядом - 1/3. Кварки пов'язані між собою обміном іншими гіпотетичними частками - глюонами, квантами поля, що переносить сильні взаємодії.

Дані експериментів, в яких розглядалися процеси розсіювання електронів на протонах, дійсно свідчать про наявність усередині протонів точкових розсіюючих центрів. Ці досліди в певному сенсі дуже схожі на досліди Резерфорда, що призвели до відкриття атомного ядра. Будучи складовою часткою, протон має кінцеві розміри \u003d 10 * 10 в мінус 13 см, хоча, зрозуміло, його не можна представляти як твердий кулька. Швидше, протон нагадує хмару з розмитою кордоном, що складається з народжуються і анігілюють віртуальних частинок.

Протон, як і всі адрони, бере участь в кожному з фундаментальних взаємодій. Так: сильні взаємодії пов'язують протони і нейтрони в ядрах, електромагнітні взаємодії - протони й електрони в атомах. "

Джерело: http://www.b-i-o-n.ru/theory/stroenie-fisicheskogvaku ..

З інтернетного визначення протона слід, що протон є елементарною частинкою, оскільки він володіє фізичної масою і зарядом і залишає трековий слід в камері Вільсона. Однак согластно сучасними уявленнями вчених, він не є істинною елементарною частинкою через те, що складається з двох u-кварків і одного d-кварка, пов'язаних між собою обміном іншими гіпотетичними частками - глюонами, квантами поля, що переносить сильні взаємодії ...

Виходить наступний логічний висновок: з одного боку він частка, а з іншого боку-володіє хвильовими властивостями.

Звернемо нашу особливу увагу, шановні читачі, що сам протон був відкритий непрямим шляхом при опроміненні альфа частинками (ядра гелію з високими енергіями) атомів азоту, тобто він був відкритий в русі.

Крім цього, шановні мислителі, протон за сучасними уявленнями вчених є "яблуко в тумані" з розмитою кордоном, що складається з народжуються і знищувати віртуальних частинок.

І ось настає момент істини, який полягає в несподіваному питанні, - А що ж відбувається з протоном в русі з дуже великими швидкостями порядку швидкості світла?

На це питання відповідає вчений Ігор Іванов на своїй наукового сторінці "Яку форму має бистролетящій протон": http://elementy.ru/novosti_nauki/430940

Ось що він пише: "Теоретичні розрахунки показують, що протони і ядра, що рухаються зі швидкістю, близькою, мають форми не плоского диска, а двояко-увігнутою лінзи.

Мікросвіт живе за законами, які дуже несхожі на закони оточуючого нас світу. Багато чули про хвильові властивості речовини або про те, що вакуум в квантової теорії - зовсім не пустота, а вируючий океан віртуальних частинок. Менш відомо те, що саме поняття «складу» складних частинок є в мікросвіті поняттям відносним, залежним від того, як ви на цю частку подивилися. А це, в свою чергу, впливає на «форму» складових частинок, наприклад протона ...

Протон - складова частка. Зазвичай кажуть, що протони складаються з кварків, скріплених разом глюонної полем, однак такий опис справедливо тільки для нерухомих або повільно рухомих протонів. Якщо ж протон летить зі швидкістю, близькою до швидкості світла, то набагато коректніше його описувати у вигляді пронизують один одного хмар кварків, антикварків і глюонів. Всі разом вони називаються «Партон» (від англійського «part» - частина).

У квантовій теорії кількість партонов не фіксоване (це, в общем-то, відноситься до всіх частинкам). Такий «закон незбереження» виникає через те, що кожен Партон може розщепнутися на два Партон з енергією менше або, навпаки, два Партон можуть рекомбінувати - злитися в один. Обидва ці процеси відбуваються постійно, і в результаті в бистролетящій протоні виникає деяке динамічно збалансована кількість партонов. Причому ця кількість залежить від системи відліку: чим більше енергія протона, тим більше в ньому партонов.

У підсумку виходить трохи несподівана картина, яка, на перший погляд, навіть суперечить теорії відносності. Нагадаємо, що відповідно до теорії відносності поздовжній розмір швидко рухомих тел скорочується. Наприклад, куля (в своїй системі спокою) виглядає сильно сплюсненим диском для швидко рухомого спостерігача. Однак це «правило сплющивания» можна буквально переносити на протон, оскільки де в просторі пролягає «межа протона» - залежить від системи відліку.

З одного боку, при переході з однієї системи відліку в іншу Партон хмара дійсно прагне сплюснутися в згоді з теорією відносності. Але з іншого боку, при цьому народжуються нові Партон, які як би «відновлюють» його поздовжній розмір. В цілому виходить так, що протон - який є просто набором Партон хмар - зовсім не сплющується з ростом енергії ... "

Момент істини триває, мої дорогі мислителі! Він триває в несподіваних питаннях читачів автору Ігорю Іванову, заданих під час обговорення його статті "Яку форму має бистролетящій протон".
Я приведу вам не все з них, а тільки вибрані у вигляді питань і відповідей:

Коли протон при високих енергіях приймає форму "двоопуклої лінзи", як це узгоджується з невизначеністю Гезенберга?

Він саме через це відносини приймає таку форму. Ближче до краю поздовжній імпульс м'яких глюонів менше, так як поздовжня товщина більше.

Він зовсім не стискається в гамма раз, а залишається досить "товстим."
Товста хвильова функція протона це як?

2. Відповідь вченого Ігоря Іванова:

Хіба це не зрозуміло з контексту ?! "Товстий" на противагу "тонкому", тобто має (відносно) великий поздовжній розмір!

Я не про те питаю! Я питаю, - до чого ви приписуєте геометрію? До хвильовим функціям? Або розглядаєте у вигляді хвильового пакета і якось намагаєтеся його описати? Що таке розмір для протона? Може, на вашу думку, це якісь властивості його диференціального перерізу або що?

4. Відповідь вченого Ігоря Іванова:

Навіщо стільки знаків питання? Так, розмір відноситься до хвильової функції партонов, тобто до фур'є образу розподілу партонов по подовжньому імпульсу. Я привів посилання, ви можете докладніше прочитати їх.

"Так, розмір відноситься до хвильовим функціям партонов", - може, все таки протона, а не партонов ?! Не знав, що хвильова функція партонов- суть образ розподілу партонов по подовжньому імпульсу (тут випадком немає тофтологіі ?!)

5. Відповідь вченого Ігоря Іванова:

Вибачте, але мені здається, - ви вже троль. Ссилеку я дав, тепер черга за вами їх вивчити, якщо вас цей вапрос дійсно цікавить.

Ви прави- я тороллю, так як не зовсім згоден з описом протонів у вигляді "товстих" і "тонких." ...

Я приведу вам, мої цікаві читачі ще один з діалогів нової людини firtree c вченим Ігорем Івановим:

1. Питання нової людини:

У перших рядках "поздовжній розмір швидко летить протона" ви підміняєте розмір частки довжиною хвилі або розміром хвильового пакета частинки. Це приблизно те ж саме, що сказати, що електрон не точкове, а має розміри близько радіусу Бора, перебуваючи в атомі водню. В тому числі, якщо взяти спочивають протон, його "поздовжні розміри" будуть більше його ж радіуса.

1. Відповідь вченого Ігоря Іванова:

Ні, я ці дві речі не плутаю. Я кажу, що розмір протона еквівалентний типовим довжинах хвиль, що складають його партонов. Це те ж саме, що порівнювати розмір атома водню і типові довжини хвиль електрона, а не довжину атома цілком, яка може бути багато більше свого розміру.
До покоїться протону переходити не можна, опис не годиться.

2. Роздуми нової людини:

Я кажу, що розмір протона еквівалентний довжинах хвиль складових його партонов. Це те ж саме, що порівнювати розмір атома водню і типові довжини хвиль електрона, а не довжину атома цілком, яка може бути багато більше свого розміру.
Ось це і настаражівает. Якщо довжина хвилі атома цілком велика, багато більше розмірів атома, то і довжина хвилі електрона в складі атома також велика.
Для оцінки розмірів атома використовується інший метод, який називається "перехід в систему відліку центру мас". Зрозуміло, мова йде про взяття оператора різниці пари частинок, що складають систему (Ядро- електрон).
Коли довжина хвилі атома цілком велика, хвилі електрона і ядра, розглянуті окремо, сильно корельовані, так що така різниця (середнє значення) виявляється анітрохи не схожою на довжину хвилі електрона, розглянутого самого по собі. Аналогічно для партонов повинна оцінюватися різниця координат.

3. А зараз я приведу вам, мої дорогі читачі, заключний висновок іншої людини, що підключився до розмови з ученим Ігорем Івановим:

Питання: Що ж таке частка? Чому її не можна описати повністю в "інваріантних термінах", - наприклад, таких як заряд, симетрія, перетин розсіювання?
Виходить, що структура частки це результат проміжних обчислень і бентежить НЕ експериментальна її ненаблюдаемость, а принципова відсутність фізичного сенсу, оскільки вона, структура, не притаманна самій частці і змінюється при зміні системи відліку спостерігача.
Чи має сенс взагалі говорити в такому випадку, що протон складається з будь-чого, це швидше за все - зручний обчислювальний трюк ...

Крім цього, я дивуюся тому, як можливо, що з інваріантних рівнянь квантової теорії поля виходять неінваріантни суті, на зразок структури частки ?!

Шановні добродії і добродійки! Прочитавши упередження сучасних вчених про будову протона і прослухавши бесіди з ученим Ігорем Івановим я прийшов до наступних незгладимим висновків:

1. Протон не перебуває з з двох u-кварків і одного d-кварка, пов'язаних між собою обміном іншими гіпотетичними частками - глюонами, квантами поля, що переносить сильні взаємодії.

2. Склад протона придумали самі вчені заради своїх власних умовиводів і обчислювальних трюків.

3. Ми не можемо відповісти на найпростіше запитання світобудови, -
Що ж таке частка протон? І не можемо проникнути в його таємницю, оскільки зациклилися в нетрях невірної теорії-Квантової Теорії Поля, яка не може пояснити найголовнішого:

4. Яким чином напів частка протон ставати пакетом напів- хвиль?
І що відбувається з часом на годину переходу напів частки в пакет напів- хвиль?

5. Ми забули про самому часі, про його викривленні на годину переходу з тривимірного світу в багатовимірний світ.

Він частка иль хвиля?

Видно глюки у мене
Появилися не дарма
Після слів глюон Любава
У протона на крові?

Каже учений світ, -
Мовляв, протон - любові привіт,
У ньому три кварка і глюон,
Що скріплює їх уклін.

Він в спокої не сидить,
А як яблуко тремтить
І туманом п'яних очей
Водить за ніс часто нас.

А коли прийме на груди
Стопочку свою чуть-чуть,
Те летить потоком в світло
Передати друзям портрет.

Він малюнок не простий,
Креслить новою мрією,
З увігнутістю лінз в очах,
З зухвалим словом, в зухвалих снах.

Він і тут і там, і тут.
Його люди не зрозуміють,
Тому що в їх мізках
Животіє дитячий страх.

Тільки той, хто серцем чистий,
Скине в безн знанья лист,
Чи прийме серцем свій протон
І пізнає щастя тон ...

Примітка: Краса оновленого протона взята з оновлених мізків інтернету.