Který náboj má protony. Protonová hmotnost

Jednou to bylo, že nejmenší jednotka struktury jakékoli látky je molekula. Poté, s vynálezem silnějších mikroskopů, lidstvo byl překvapen pro sebe pro sebe koncept atomové částice molekul. Zdálo by se to, kde by bylo méně? Mezitím se ukázalo i později, že atom, zase sestává z menších prvků.

Začátkem 20. století, britský fyzik objevil přítomnost jader v atomově centrálních strukturách, to byl tento okamžik, který znamenal začátek obratu nekonečných objevů vztahujících se k zařízení nejmenšího konstrukčního prvku látky .

Dnes, založený na jaderném modelu a díky četným studiím je známo, že atom se skládá z jádra, které je obklopen elektronický mrak. Jako součást takového "mraku" - elektronů nebo elementárních částic s negativním nábojem. Složení jádra, naopak, zahrnuje částice s elektricky kladným nábojem, nazvaným názvem protony.The Britský fyzik zmíněný výše byl schopen pozorovat a následně popisovat tento jev. V roce 1919 provedl experiment, což bylo, že alfa částice zaklepaly vodík jádro z jader jiných prvků. Podařilo se tedy zjistit a dokázat, že protony - nic jiného než jádro bez jediného elektronu. V moderní fyzice jsou protony určeny pomocí symbolu P nebo P + (což znamená pozitivní náboj).

Proton přeložil z řeckých znamená "první, hlavní" - elementární částice vztahující se k třídě barionov,ty. Relativně závažná je stabilní struktura, doba jeho života je více než 2,9 x 10 (29) let.

Přísně řečeno, kromě protonu také obsahuje neutrony, které jsou založeny na jméno neutrálně nabité. Obě tyto prvky se nazývají nukleony.

Protonová hmotnost, na základě poměrně zjevných okolností, nemohla být měřena po dlouhou dobu. Teď je známo, že to je

mP \u003d 1,67262 ∙ 10-27 kg.

To je tímto způsobem, že hmota protonového odpočinku vypadá.

Obraťme se na zvážení fyziky protonové hmotnosti protonové specificity pro různé oblasti.

Hmotnost částic v rámci jaderné fyziky častěji trvá jiný typ, jednotka měření je A.E.m.

A.e.e.m. - atomová jednotka hmotnosti. Jeden a.e.m. 1/12 hmotnost atomu uhlíku je stejná, jehož hmotnostní číslo je 12. Odtud je 1 atomová jednotka hmoty se rovná 1 66057 · 10-27 kg.

Protonová hmotnost je proto následující:

mP \u003d 1.007276 A. jíst.

Existuje jiný způsob, jak vyjádřit hmotnost této pozitivně nabité částice pomocí jiných měrných jednotek. K tomu je třeba nejprve přijmout jako axio ekvivalence hmotnosti a energie E \u003d MC2. Kde c - m je hmotnost těla.

Hmotnost protonu v tomto případě bude měřena v mega-electronvolts nebo MEV. Taková měřicí jednotka se používá výhradně v jaderné a jaderné fyzice a slouží k měření energie, která je nezbytná pro přenos částic mezi dvěma body s tímto podmínkou, že rozdíl mezi těmito body je 1 volt.

Proto zvažuje, že 1 A.m. \u003d 931,494829533852 MEV, protonová hmota je přibližně

Takový závěr byl získán na základě hmotnostních spektroskopických měření a je to přesně hmotnost ve formě, ve kterém je uvedeno výše, je také obvyklé nergia odpočinek Proton.

Zaměřující se na potřeby experimentu, hmotnost nejmenší částice může být vyjádřena ve třech různých hodnotách, ve třech různých měřicích jednotkách.

Kromě toho může být hmotnost protonu exprimována vzhledem k hmotnosti elektronu, která je známo, že je mnohem více "tvrdší" pozitivně nabitá částice. Tam bude 1836,152 672 s ohledem na hmotnost elektronu v tomto případě.

Definice

Proton Volal stabilní částice patřící do třídy administrátorů, což je jádro atomu vodíku.

Vědci nesouhlasí podle názoru, co a vědecké akce jsou považovány za objev protonů. Hrána důležitá role v otevření protonu:

1. vytvoření E. rutterforda planetárního modelu atomu;
2. otevření izotopů F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
3. pozorování chování jaderných atomů vodíku při vyřazení jejich alfa částic z jaderného jadera z dusíku E. Rutherford.

První fotky protonových stop byly získány P. Bakeakette v Wilsonové komoře ve studiu procesů umělé transformace prvků. Bloakette zkoumala proces zachycení alfa částic dusíku jader. V tomto procesu byl emitován proton a jádro dusíku byl přeměněn na izotop kyslíku.

Protons spolu s neutrony jsou zahrnuty v jádrech všech chemických prvků. Počet protonů v jádrech určuje atomové číslo prvku v periodickém systému D.I. Mendeleeva.

Proton je pozitivně nabitá částice. Jeho náboj se rovná elementárním náboji modulu, tj. Hodnota náboje elektronu. Protonový náboj je často označován jako, pak můžete napsat, že:

V současné době není proton elementární částic. Má komplexní strukturu a skládá se ze dvou U-Quarks a jednoho D - Quark. Elektrický náboj U - Quark () pozitivní a je rovno

Elektrický náboj D - Quark () negativní a stejná:

Quarks jsou vázající gluony, které jsou kvantová pole, nesou silnou interakci. Skutečnost, že protony mají ve své struktuře několik bodových rozptylových center, jsou potvrzeny experimenty na rozptylu elektronů na protony.

Proton má konečné rozměry, o kterých vědci stále argumentují. V současné době je proton reprezentován jako mrak, který má rozmazané hranice. Takové hranice se skládá z neustálého vznikajícího a zničení virtuálních částic. Ale ve většině jednoduchých úkolů, proton, samozřejmě, může být považován za bodový poplatek. Hmotnost odpočinku Proton () je přibližně rovna:

Protonová hmotnost je 1836 krát větší než elektronová hmota.

Protons se účastní všech základních interakcí: silné interakce kombinují protony a neutrony v jádře, elektrony a protony za použití elektromagnetických interakcí jsou spojeny v atomech. Jako slabá interakce, je možné vést například beta rozpad neutron (n):

kde p je proton; - elektron; - Antinerino.

Přijatý protonový rozpad nebyl dosud nebyl. To je jeden z důležitých moderních úkolů fyziky, protože tento objev by byl významným krokem při porozumění jednotě přírodních sil.

Příklady řešení problémů

Příklad 1.

Úkol	Jádro atomu sodíku je bombardováno protony. Jaká je síla elektrostatického odputí protonu z jádra atomu, pokud je proton ve vzdálenosti M. Zvažte, že jádro pro atom sodíku je 11krát větší než náboj protonu. Účinek elektronické skořápky atomu sodného nelze odhalit.
Rozhodnutí	Jako základ pro řešení problému budeme mít právo Coulonu, které lze zaznamenat pro náš problém (počítání částic), aby se napsal následující: kde f je síla elektrostatické interakce nabitých částic; CL - protonový náboj; - náboj jádra atomu sodného; - dielektrická propustnost vakua; - elektrická konstanina. Pomocí našich dat dostupných, můžete vypočítat požadovanou repulzivní sílu:
Odpovědět	N.

Příklad 2.

Úkol	Vzhledem k nejjednoduššímu modelu atomu vodíku se předpokládá, že elektron se pohybuje podél kruhové dráhy kolem protonu (jádro atomu vodíku). Jaká je rychlost pohybu elektronů, pokud je poloměr jeho dráhy roven m?
Rozhodnutí	Zvažte síly (obr. 1), které působí na elektronu pohybující se kolem obvodu. To je síla přitažlivosti od protonu. Zákonem Coulonu píšeme, že jeho hodnota je rovna (): kde \u003d - elektronový náboj; - protonový náboj; - elektrická konstanta. Síla přitažlivosti s elektronem a protonem v libovolném bodě elektronových orbitů je směrována z elektronu k protonu podél poloměru kruhu.

V sekci o otázce, co se rovná náboji protonu? Publikováno autorem evropský Nejlepší odpověď je elektronové nabíjení s opačným znaménkem.

Odpověď z Corpuscale.[guru]
q \u003d 1,6021917E-19 Válec (E-19 znamená 10 na minus 19. stupeň).

Odpověď z povýšení[nováček]
1,6 * 10 ^ (- 19) Cl nebo 1 elektron

Odpověď z Společnost[mistr]
Proton - elementární částice. Vztahuje se na řeky, má spin 1/2, elektrický náboj +1. Je považován za nukleon s projekcí Isospin +1/2. Skládá se ze tří kvarků (jeden D-Quark a dva U-Quark). Stabilní (nižší limit pro životnost - 2,9 × 1029 let, bez ohledu na kanál rozpadu, 1,6 × 1033 let pro rozpadu na pozitron a neutrální pivoňka). Hmotnost protonu 938,271 998 ± 0,000 038 MEV nebo 1,00 727 646 688 ± 0,00 000 000 013 A. E. m. nebo 1 672 622 964 ∙ 10-27 kg.
Jádro atomu vodíku se skládá z jednoho protonu. Proton v chemickém smyslu je jádro atomu vodíku (přesněji, jeho světelný izotop - doba trvání) bez elektronu. Ve fyzice je proton označen písmenem P. Chemický označení proton (pozitivní vodík iontů) - H +, astrofyzikální - hii.
Protony (spolu s neutrony) jsou hlavními složkami atomových jader. Poplatek jádra je určen počtem protonů v něm
Protonový náboj QR \u003d + E.
Elektrický protonový náboj \u003d 1,6 * 10 ^ (- 19) Cl
Protonová hmota je větší než 1840 krát.

Až do počátku 20. století vědci považovali atom nejmenší nedělitelnou částici látky, ale nevidlo to tak. Ve skutečnosti, jeho jádro s pozitivně nabitým protonem a neutronádem se nachází ve středu atomu, negativní elektrony se otáčí kolem orbitálního jádra (tento model atomu byl navržen v roce 1911 E. rutherfordem). Je pozoruhodné, že masy protonů a neutronů jsou téměř stejné, ale elektronová hmota je asi 2000 krát méně.

Alespoň atom obsahuje jak pozitivně nabité částice a je negativní, jeho náboj je neutrální, protože v atomu stejného počtu protonů a elektronů a částice rzno-margizované částice se navzájem neutralizují.

Později vědci zjistí, že elektrony a protony mají stejnou hodnotu nabití 1,6 · 10 -19 Cl (Cl - přívěsek, elektrický nábojový přístroj v systému SI.

Nikdy nemyslel o otázce - jaký počet elektronů odpovídá poplatku v 1 CL?

1 / (1,6 · 10 -19) \u003d 6,25 · 10 18 elektronů

Elektrická energie

Elektrické náboje se navzájem ovlivňují, což se projevuje ve formě elektrická energie.

Pokud některé tělo má nadbytečné elektrony, bude mít celkový negativní elektrický náboj, a naopak - s nedostatkem elektronu, tělo bude mít celkový kladný náboj.

Analogicky s magnetickými silami, když je stejný název nabitých pólů odpuzováno, a jinak přitahuje elektrické náboje podobným způsobem. Ve fyzice však nestačí mluvit dostatečně o pólu elektrického náboje, jeho číselná hodnota je důležitá.

Chcete-li zjistit množství síly působící mezi účtovanými orgány, je nutné znát nejen množství obvinění, ale i vzdálenost mezi nimi. Dříve, síly světa byla již zvažována: F \u003d (GM 1 m 2) / R 2

• m 1, m 2 - hmotnostní tělesa;
• R. - vzdálenost mezi středy těl;
• G \u003d 6,67 · 10 -11 nm 2 / kg - Univerzální gravitační konstanta.

V důsledku laboratorních experimentů přinesla fyzika podobný vzorec pro sílu mezienze elektrických nábojů, která byla pojmenována zákon Kulonu.:

F \u003d kq 1 q 2 / r 2

• q 1, Q 2 - Interakce poplatků měřených v Cl;
• r je vzdálenost mezi poplatky;
• k - koeficient proporcionality ( S.: k \u003d 8,99 · 10 9 nm 2 cl 2; SGSE.: k \u003d 1).

• k \u003d 1 / (4πε 0).
• ε 0 ≈8.85 · 10 -12 kl 2H -1 m -2 - elektrická konstanta.

Podle zákona o culonu, pokud mají dvě poplatky stejné znamení, síla působící mezi nimi je pozitivní (poplatky jsou odrazeny od sebe); Pokud mají obvinění opačné známky, aktuální síla je negativní (poplatky jsou přitahovány k sobě).

Kolik energie je nabíjen v 1 CL může být posuzován pomocí Coulombového práva. Například za předpokladu, že dva obvinění, z nichž každý v 1 zabít do vzdálenosti od sebe vzdálené 10 metrů, pak budou opakovány od sebe síly:

F \u003d kq 1 q 2 / r 2 f \u003d (8,99 · 10 9) · 1 · 1 / (10 2) \u003d -8.99 · 10 7

To je poměrně dobrá síla, přibližně nutná s hmotností 5 600 tun.

Pojďme nyní, s pomocí zákona o culonu, naučíme se, jak se lineární rychlost otáčí v atomu vodíku, věřit, že se pohybuje podél kruhové dráhy.

Elektrostatická síla působící na elektronu, podle zákona coulonu, může být srovnávána s pevností z centralizátu:

F \u003d kq 1 q 2 / r 2 \u003d mV 2 / r

Vzhledem k tomu, že elektronová hmota je 9,1 · 10 -31 kg a poloměr jeho orbity \u003d 5,29 · 10 -11 m, získáme hodnotu 8,22 · 10 -8 N.

Nyní můžete najít lineární rychlost elektronů:

8.22 · 10 -8 \u003d (9.1 · 10 -31) V 2 / (5,29 · 10 -11) V \u003d 2,19 · 10 6 m / s

Elektron atomem vodíku se tak otáčí kolem jeho středu rychlostí přibližně 7,88 milionu km / h.

Protons se účastní termonukleárních reakcí, které jsou hlavní zdroj energie generované hvězdami. Zejména reakce pp.-CYCLAH, což je zdrojem téměř veškeré energie emitované sluncem, se sníží na kombinaci čtyř protonů v jádru hélia-4 s transformací dvou protonů k neutronům.

Ve fyzice je indikován proton p. (nebo p. +). Chemický označení proton (považováno za pozitivní iont vodíku) - H +, astrofyzikální - hii.

Otevírací

Vlastnosti proton.

Poměr hmotnostního protonu a elektronu, rovný 1836,152 673 89 (17), s přesností 0,002% rovná hodnotě 6π 5 \u003d 1836,118 ...

Vnitřní struktura protonu byla nejprve experimentálně zkoumána R. Hofstadterem studiem kolizí elektronového paprsku vysokých energií (2 GEV) s protony (Nobelova cena ve fyzice 1961). Proton sestává z těžkého jádra (jádro) s poloměrem CM, s vysokou hmotnostní hustotou a nosičem nabíjení ≈ 35% (DisplayStyle cca 35,%) Elektrický náboj protonu a okolního vzhledem k obalovému skořepině. Ve vzdálenosti od ≈ 0, 25 ⋅ 10 - 13 (DisplayStyle \\ cca 0 (,) 25 CDOT 10 ^ (- 13)) před ≈ 1, 4 ⋅ 10 - 13 (DisplayStyle cca 1 (,) 4 CDOT 10 ^ (- 13)) CR Tato skořápka se skládá převážně z virtuální ρ - a π -sons nesoucí ≈ 50% (DisplayStyle cca 50,%) Elektrický náboj proton, pak až do vzdálenosti ≈ 2, 5 ⋅ 10 - 13 (DisplayStyle \\ cca 2 (,) 5 CDOT 10 ^ (- 13)) CM rozšiřuje skořápku od virtuálního Ω - a π -sezons nesoucí ~ 15% elektrický náboj proton.

Tlak ve středu protonu, vytvořený kvarky, je asi 10 35 pa (10 30 atmosférů), to znamená, že je nad tlakem uvnitř neutronových hvězd.

Magnetický moment proton se měří měřením poměru rezonanční frekvence precionu magnetického momentu protonu v daném homogenním magnetickém poli a cyklotronové frekvence protonové kruhové dráhy ve stejném poli.

Tři fyzikální veličiny s protonem jsou spojena s rozměrem délky:

Měření poloměru protonů za použití běžných atomů vodíku, prováděné různými metodami od šedesátých let, LED (CODATA -2014) do výsledku 0,8751 ± 0,0061 femometrie (1 fm \u003d 10 -15 m). První experimenty s atomy MUON vodíku (kde se elektron nahrazuje Muonem), byl podáván pro tento poloměr o 4% nižší výsledek 0,84184 ± 0,00067 FM. Důvody takového rozdílu jsou stále nejasné.

Stabilita

Volný proton je stabilní, experimentální studie neodhalily žádné známky svého rozpadu (nižší omezení na životnost - 2,9 € 10 29, bez ohledu na rozpadový kanál, 1,6 € 104 roky pro rozpadu na pozitron a neutrální Pivoňka, 7,7 ⋅ 10 33 let pro rozpadu k pozitivnímu Muonu a neutrální pivoňky). Vzhledem k tomu, že proton je nejjednodušší z barione, stabilita protonu je důsledkem práva zachování čísla baryonu - proton se nemůže připojit na žádné další světelné částice (například v pozitronu a neutrinu) bez porušení tohoto zákona. Mnoho teoretických expanzí standardního modelu předpovídá procesy (dosud pozorované), jehož důsledkem by bylo číslo baryonu, a proto se zhroucení protonu.

Proton spojený v atomovém jádru je schopen zachytit elektron z elektronického atomu K-, L- nebo m-skořápce (tzv. "Elektronické uchopení"). Proton atomového jádra, absorbující elektron, se změní na neutron a současně emituje neutrinos: p + E - → →+ν E. . "Otvor" v k-, l- nebo m-vrstvě vytvořené během elektronické rukojeti, je naplněna elektronem jedním z překrývajících se elektronických vrstev atomu s radiací charakteristických rentgenových paprsků odpovídajících atomového čísla Z. - 1 a / nebo aug-elektrony. Více než 1000 izotopů ze 7 je známo.
4 až 262.
105, rozpadl se E-Grip. S dostatečně dostupnými energiemi o rozpadu (výše 2m e c. 2 ≈ 1 022 MEV) Otevření konkurenčního členění Canal - pozitronový rozpad p → + E ++ν E. . Je třeba zdůraznit, že tyto procesy jsou možné pouze pro proton v některých jadech, kde je chybějící energie doplňována přechodem neutronu pro nižší jadernou skořápku; Pro bezplatnou proton jsou zakázány zákonem zachování energie.

Zdrojem protonů v chemii je minerální (dusičný, síra, fosforečná a jiná) a organická (tváření, oxal, oxal a jiné) kyseliny. Ve vodném roztoku jsou kyseliny schopny disociace disociace protonové štěpení tvořící hydroxonium kationt.

V plynné fázi se protony získají ionizací - oddělením elektronů od atomu vodíku. Ionizační potenciál neočekávaného atomu vodíku je 13,595 EV. V ionizaci molekulárního vodíku se molekulární vodík ion (H 2 +) původně tvoří při atmosférickém tlaku a teplotě místnosti - fyzikální systém sestávající ze dvou protonů držených společně ve vzdálenosti 1,06 jedním elektronem. Stabilita takového systému, polyongem, je způsobena rezonancí elektronů mezi dvěma protony s "rezonanční frekvencí", rovnou 7 · 10 14 s -1. S nárůstem teploty na několik tisíc stupňů se složení vodíkových ionizačních produktů liší ve prospěch protonů - H +.

aplikace

Svazky zrychlených protonů se používají v experimentální fyzice elementárních částic (studium rozptylovacích procesů a získání nosníků jiných částic), v medicíně (protonová terapie onkologických onemocnění).

viz také

Poznámky

1. http://physics.nist.gov/cuu/constants/table / caluscii.txt Základní fyzikální konstanty --- Kompletní seznam
2. Codata Hodnota: Hmotnost protonu
3. Codata Hodnota: Protonová hmotnost v U
4. Ahmed S. et al. Omezení na nucenčního rozpadu prostřednictvím neviditelných režimů ze Sudbury Neutrino observatoře (anglicky) // Fyzická recenze dopisy: Journal. - 2004. - Vol. 92, ne. 10. - P. 102004. - DoI: 10.1103 / physrevlett.92.102004. - BIBCODE: 2004PRVL..92J2004A.. - ARXIV: HEP-EX / 0310030. - PMID 15089201.
5. Codata Hodnota: protonová hmotnostní energie ekvivalent v MEV
6. Codata Hodnota: Proton-elektronový hmotnostní poměr
7. , z. 67.
8. Hofstadter P. Struktura jader a nukleonů // UFN. - 1963. - T. 81, č. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Schekin K. I. Virtuální procesy a struktura nucleon // Fyzika mikroworld - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
10. Zhdanov G. B. Elastické rozptylu, periferní interakce a rezonky // Vysoké energetické částice. Vysoké energie v prostoru a laboratořích - M.: Věda, 1965. - P. 132.
11. Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X.