Če ste seznanjeni s strukturo atoma, potem verjetno veste, da je atom katerega koli elementa sestavljen iz treh vrst elementarni delci: protoni, elektroni, nevtroni. Protoni se združijo z nevtroni in tvorijo atomsko jedro. Ker je naboj protona pozitiven, je atomsko jedro vedno pozitivno nabito. atomsko jedro kompenzira oblak drugih osnovnih delcev, ki ga obdajajo. Negativno nabit elektron je komponenta atoma, ki stabilizira naboj protona. Glede na okoliško atomsko jedro je lahko element električno nevtralen (v primeru enakega števila protonov in elektronov v atomu) ali ima pozitiven ali negativen naboj (v primeru pomanjkanja oziroma presežka elektronov oz. ). Atom elementa, ki nosi določen naboj, se imenuje ion.
Pomembno si je zapomniti, da je število protonov tisto, ki določa lastnosti elementov in njihov položaj v periodnem sistemu. D. I. Mendelejev. Vsebovano v atomsko jedro nevtroni nimajo naboja. Ker so protoni med seboj korelirani in praktično enaki, masa elektrona pa je v primerjavi z njimi zanemarljiva (1836-krat manjša), ima število nevtronov v jedru atoma zelo pomembno vlogo, in sicer: določa stabilnost sistema in hitrost jeder. Vsebina nevtronov določa izotop (varieteto) elementa.
Vendar pa imajo protoni in elektroni zaradi neskladja med masami nabitih delcev različne specifične naboje (ta vrednost je določena z razmerjem naboja osnovnega delca in njegove mase). Posledično je specifični naboj protona 9,578756(27)·107 C/kg v primerjavi z -1,758820088(39)·1011 za elektron. Zaradi visokega specifičnega naboja prosti protoni v tekočem mediju ne morejo obstajati: lahko so hidrirani.
Masa in naboj protona sta specifični vrednosti, ki sta bili določeni v začetku prejšnjega stoletja. Kateri znanstvenik je naredil to - eno največjih - odkritij dvajsetega stoletja? Nazaj v 1913, Rutherford, ki temelji na dejstvu, da množice vseh znanih kemični elementi večja od mase atoma vodika za celo število krat, je domneval, da je jedro atoma vodika vključeno v jedro atoma katerega koli elementa. Nekoliko kasneje je Rutherford izvedel poskus, v katerem je proučeval interakcijo jeder dušikovega atoma z alfa delci. Kot rezultat poskusa je iz jedra atoma odletel delec, ki ga je Rutherford imenoval "proton" (iz grške besede "protos" - prvi) in domneval, da je jedro atoma vodika. Domneva je bila eksperimentalno dokazana s ponovitvijo tega znanstvenega poskusa v oblaku.
Isti Rutherford je leta 1920 postavil hipotezo o obstoju delca v atomskem jedru, katerega masa je enaka masi protona, vendar nima električnega naboja. Vendar sam Rutherford tega delca ni uspel odkriti. Toda leta 1932 je njegov študent Chadwick eksperimentalno dokazal obstoj nevtrona v atomskem jedru - delca, kot je napovedal Rutherford, približno enake mase protona. Nevtrone je bilo težje zaznati, saj nimajo električnega naboja in zato ne komunicirajo z drugimi jedri. Odsotnost naboja pojasnjuje zelo visoko prodorno sposobnost nevtronov.
Protoni in nevtroni so v atomskem jedru povezani z zelo močno silo. Zdaj se fiziki strinjajo, da sta si ta dva osnovna jedrska delca zelo podobna. Torej imata enake vrtljaje in jedrske sile delujejo nanje popolnoma enako. Edina razlika je v tem, da ima proton pozitiven naboj, medtem ko nevtron sploh nima naboja. A ker električni naboj v jedrskih interakcijah nima pomena, ga lahko obravnavamo le kot nekakšno oznako protona. Če protonu odvzamete električni naboj, bo izgubil svojo individualnost.
Do začetka 20. stoletja so znanstveniki verjeli, da je atom najmanjši nedeljiv delec snovi, vendar se je to izkazalo za napačno. Pravzaprav je v središču atoma njegovo jedro s pozitivno nabitimi protoni in nevtralnimi nevtroni, negativno nabiti elektroni pa se vrtijo v orbitalah okoli jedra (ta model atoma je leta 1911 predlagal E. Rutherford). Omeniti velja, da sta masi protonov in nevtronov skoraj enaki, vendar je masa elektrona približno 2000-krat manjša.
Čeprav atom vsebuje tako pozitivno kot negativno nabite delce, je njegov naboj nevtralen, saj ima atom enako število protonov in elektronov, različno nabiti delci pa se nevtralizirajo.
Kasneje so znanstveniki ugotovili, da imajo elektroni in protoni enako količino naboja, ki je enaka 1,6 10 -19 C (C je kulon, enota električnega naboja v sistemu SI.
Ste kdaj razmišljali o vprašanju - koliko elektronov ustreza naboju 1 C?
1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 elektronov
Električna energija
Električni naboji vplivajo drug na drugega, kar se kaže kot električna sila.
Če ima telo presežek elektronov, bo imelo skupni negativni električni naboj, in obratno – če je elektronov premalo, bo imelo telo skupno pozitiven naboj.
Po analogiji z magnetnimi silami, ko se enako nabiti poli odbijajo in nasprotno nabiti poli privlačijo, se električni naboji obnašajo podobno. Vendar pa v fiziki ni dovolj le govoriti o polarnosti električnega naboja, pomembna je njegova številčna vrednost.
Da bi ugotovili velikost sile, ki deluje med naelektrenimi telesi, je treba poznati ne le velikost nabojev, ampak tudi razdaljo med njimi. Sila univerzalne gravitacije je bila že obravnavana prej: F = (Gm 1 m 2)/R 2
- m 1, m 2- mase teles;
- R- razdalja med središči teles;
- G = 6,67 · 10 -11 Nm 2 /kg- univerzalna gravitacijska konstanta.
Kot rezultat laboratorijskih poskusov so fiziki izpeljali podobno formulo za silo interakcije električnih nabojev, ki so jo poimenovali Coulombov zakon:
F = kq 1 q 2 /r 2
- q 1, q 2 - medsebojni naboji, merjeni v C;
- r razdalja med naboji;
- k - koeficient sorazmernosti ( SI: k=8,99·10 9 Nm 2 Cl 2; SSSE: k=1).
- k=1/(4πε 0).
- ε 0 ≈8,85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - električna konstanta.
Po Coulombovem zakonu, če imata dva naboja enak predznak, potem je sila F, ki deluje med njima, pozitivna (naboja se odbijata); če imata naboja nasprotna predznaka, učinkovita sila negativni (naboji se privlačijo).
Kako ogromna je sila naboja 1 C, lahko ocenimo s pomočjo Coulombovega zakona. Na primer, če predpostavimo, da sta dva naboja, vsak 1 C, oddaljena drug od drugega na razdalji 10 metrov, se bosta s silo odbijala:
F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8,99 10 9) 1 1/(10 2) = -8,99 10 7 N
To je dovolj velika moč, kar je približno primerljivo z maso 5600 ton.
Uporabimo zdaj Coulombov zakon, da ugotovimo, s kakšno linearno hitrostjo se vrti elektron v atomu vodika, ob predpostavki, da se giblje po krožni orbiti.
Po Coulombovem zakonu lahko elektrostatično silo, ki deluje na elektron, enačimo s centripetalno silo:
F = kq 1 q 2 /r 2 = mv 2 /r
Ob upoštevanju dejstva, da je masa elektrona 9,1·10 -31 kg, polmer njegove orbite = 5,29·10 -11 m, dobimo vrednost 8,22·10 -8 N.
Zdaj lahko najdemo linearno hitrost elektrona:
8,22·10 -8 = (9,1·10 -31)v 2 /(5,29·10 -11) v = 2,19·10 6 m/s
Tako se elektron vodikovega atoma vrti okoli svojega središča s hitrostjo približno 7,88 milijona km/h.
Ta članek, ki temelji na eterodinamičnem bistvu električnega naboja in strukturah osnovnih delcev, podaja izračun vrednosti električnih nabojev protona, elektrona in fotona.
Lažno znanje je nevarnejše od nevednosti
J. B. Shaw
Uvod. V sodobni fiziki je električni naboj ena najpomembnejših značilnosti in sestavna lastnost osnovnih delcev. Iz fizikalnega bistva električnega naboja, opredeljenega na podlagi eterodinamičnega koncepta, sledijo številne lastnosti, kot so sorazmernost velikosti električnega naboja z maso njegovega nosilca; električni naboj ni kvantiziran, ampak se prenaša s kvanti (delci); velikost električnega naboja ima določen predznak, to je, da je vedno pozitiven; ki postavljajo pomembne omejitve glede narave osnovnih delcev. Namreč: v naravi ni osnovnih delcev, ki ne bi imeli električnega naboja; Velikost električnega naboja osnovnih delcev je pozitivna in večja od nič. Glede na fizikalno bistvo je velikost električnega naboja določena z maso, hitrostjo pretoka etra, ki sestavlja strukturo elementarnega delca in njihovimi geometrijskimi parametri. Fizikalno bistvo električnega naboja ( električni naboj je merilo pretoka etra) nedvoumno opredeljuje eterodinamični model osnovnih delcev, s čimer na eni strani odpravlja vprašanje zgradbe osnovnih delcev in na drugi strani kaže na nedoslednost standardnega, kvarkovega in drugih modelov osnovnih delcev.
Velikost električnega naboja določa tudi intenzivnost elektromagnetne interakcije osnovnih delcev. S pomočjo elektromagnetne interakcije pride do interakcije protonov in elektronov v atomih in molekulah. Tako elektromagnetna interakcija določa možnost stabilnega stanja takih mikroskopskih sistemov. Njihove velikosti so bistveno določene z velikostjo električnih nabojev elektrona in protona.
Napačna interpretacija lastnosti s strani sodobne fizike, kot so obstoj pozitivnega in negativnega, elementarnega, diskretnega, kvantiziranega električnega naboja itd., napačna interpretacija eksperimentov pri merjenju velikosti električnega naboja je privedla do številnih hudih napak v osnovnih delcih. fizika (brezstrukturnost elektrona, ničelna masa in naboj fotona, obstoj nevtrina, enakost v absolutni vrednosti električnih nabojev protona in elektrona z elementarnim).
Iz navedenega sledi, da je električni naboj osnovnih delcev v sodobni fiziki odločilnega pomena za razumevanje osnov mikrokozmosa in zahteva uravnoteženo in razumno presojo njihovih vrednosti.
V naravnih razmerah so protoni in elektroni v vezanem stanju in tvorijo protonsko-elektronske pare. Zaradi nerazumevanja te okoliščine in zmotne ideje, da sta naboja elektrona in protona po absolutni vrednosti enaka osnovnima, je sodobna fizika ostala brez odgovora na vprašanje: kakšna je dejanska vrednost električnih nabojev? protona, elektrona in fotona?
Električni naboj protona in elektrona. V svojem naravnem stanju par proton-elektron obstaja v obliki atoma vodika kemijskega elementa. Po teoriji: »Atom vodika je nezmanjšljiv strukturna enota snov na vrhu Mendelejevega periodnega sistema. V zvezi s tem je treba polmer vodikovega atoma opredeliti kot temeljno konstanto. ... Izračunani Bohrov radij je = 0,529 Å. To je pomembno, ker ni neposrednih metod za merjenje polmera vodikovega atoma. ...Bohrov radij je polmer kroga krožne orbite elektrona in je definiran v popolnem skladu s splošno sprejetim razumevanjem izraza "polmer".
Znano je tudi, da so bile meritve radija protona izvedene z navadnimi vodikovimi atomi, kar je (CODATA -2014) privedlo do rezultata 0,8751 ± 0,0061 femtometra (1 fm = 10 −15 m).
Za oceno velikosti električnega naboja protona (elektrona) uporabljamo splošni izraz električni naboj:
q = (1/ k) 1/2 u r (ρ S) 1/2 , (1)
kjer je k = 1 / 4πε 0 – sorazmernostni koeficient iz izraza Coulombovega zakona,
ε0 ≈ 8,85418781762039·10 −12 F m −1 – električna konstanta; u – hitrost, ρ – gostota toka etra; S – presek telesa protona (elektrona).
Transformirajmo izraz (1) na naslednji način
q = (1/ k) 1/2 u r (mS/ V) 1/2 ,
kje V = r S – obseg telesa, m — maso elementarnega delca.
Proton in elektron sta duetona: - struktura, sestavljena iz dveh teles v obliki torusa, povezanih s stranskimi ploskvami torusov, simetričnih glede na delitveno ravnino, torej
q = (1/ k) 1/2 u r (m2 S T/2 V T) 1/2 ,
kje S T– razdelek, r- dolžina, V T = r ST— prostornina torusa.
q = (1/ k) 1/2 u r (mS T/ V T) 1/2 ,
q = (1/k) 1/2 u r (mS T /rS T) 1/2,
q = (1/ k) 1/2 u (g) 1/2 . (2)
Izraz (2) je modifikacija izraza (1) za električni naboj protona (elektrona).
Naj bo R 2 = 0,2 R 1, kjer je R 1 zunanji in R 2 notranji polmer torusa.
r= 2π 0,6 R 1 ,
električni naboj protona oziroma elektrona
q = ( 1/ k) 1/2 u (m 2π 0,6 R 1 ) 1/2 ,
q= (2π 0,6 / k) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 ,
q= 2π ( 1.2 ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2
q = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 (3)
Izraz (3) je oblika izražanja velikosti električnega naboja za proton in elektron.
pri u = 3∙10 8 m / с – druga zvočna hitrost etra, izraz 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u = 2.19 π( 8,85418781762 10 −12 F/m ) 1/2 3∙10 8 m / c = 0,6142∙ 10 4 m 1/2 F 1/2 s -1 .
Predpostavimo, da je polmer protona (elektrona) v zgoraj predstavljeni strukturi enak polmeru R 1 .
Za proton je znano, da je m р = 1,672∙10 -27 kg, R 1 = r р = 0,8751∙10 -15 m, potem
qr = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 s -1 ] ∙ (1,672∙10 -27 [kg] ∙
0,8751∙10 -15 [m]) 1/2 = 0,743∙10 -17 Cl.
Torej električni naboj protona qr= 0,743∙10 -17 Cl.
Za elektron je znano, da je m e = 0,911∙10 -31 kg. Za določitev polmera elektrona ob predpostavki, da je struktura elektrona podobna strukturi protona in je tudi gostota pretoka etra v telesu elektrona enaka gostoti pretoka etra v telesu protona, uporabimo znano razmerje med masama protona in elektrona, ki je enako
m r / m e = 1836,15.
Potem je r r /r e = (m r /m e) 1/3 = 1836,15 1/3 = 12,245, tj. r e = r r /12,245.
Če podatek za elektron zamenjamo v izraz (3), dobimo
q e = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 /s] ∙ (0,911∙10 -31 [kg] 0,8751∙10 -15 [m]/12,245) 1/2 =
0,157∙10 -19 Cl.
Torej električni naboj elektrona quh = 0,157∙10 -19 Cl.
Protonski specifični naboj
q р /m р = 0,743∙10 -17 [C] /1,672∙10 -27 [kg] = 0,444∙10 10 C /kg.
Specifični naboj elektrona
q e / m e = 0,157∙10 -19 [C] /0,911∙10 -31 [kg] = 0,172∙10 12 C /kg.
Dobljene vrednosti električnih nabojev protona in elektrona so ocene in nimajo temeljnega statusa. To je posledica dejstva, da so geometrijski in fizikalni parametri protona in elektrona v protonsko-elektronskem paru soodvisni in so določeni z lokacijo protonsko-elektronskega para v atomu snovi in jih ureja zakon ohranjanje kotne količine. Ko se spremeni polmer elektronske orbite, se masa protona in elektrona ter s tem tudi hitrost vrtenja okoli lastna os vrtenje. Ker je električni naboj sorazmeren z maso, bo sprememba mase protona ali elektrona povzročila spremembo njunih električnih nabojev.
Tako se v vseh atomih snovi električni naboji protonov in elektronov med seboj razlikujejo in imajo svoj specifičen pomen, vendar lahko v prvem približku njihove vrednosti ocenimo kot vrednosti električnega naboja protona in elektrona vodikovega atoma, definiranega zgoraj. Poleg tega ta okoliščina kaže, da je električni naboj atoma snovi njegova edinstvena značilnost, ki jo je mogoče uporabiti za njegovo identifikacijo.
Če poznamo velikost električnih nabojev protona in elektrona za atom vodika, lahko ocenimo elektromagnetne sile, ki zagotavljajo stabilnost atoma vodika.
Po spremenjenem Coulombovem zakonu električna sila privlačnost Fpr bo enakovreden
Fpr = k (q 1 - q 2) 2 / r 2, pri q 1 ≠ q 2,
kjer je q 1 električni naboj protona, q 2 električni naboj elektrona, r je polmer atoma.
Fpr =(1/4πε 0)(q 1 - q 2) 2 / r 2 = (1/4π 8,85418781762039 10 −12 F m −1)
- (0,743∙10 -17 C - 0,157∙10 -19 C) 2 /(5,2917720859·10 -11 ) 2 = 0,1763·10 -3 N.
V vodikovem atomu deluje na elektron električna (Coulombova) privlačna sila 0,1763·10 -3 N. Ker je vodikov atom v stabilnem stanju, je tudi magnetna odbojna sila enaka 0,1763·10 -3 N. Za primerjavo vsa znanstvena in izobraževalna literatura ponuja na primer izračun sile električne interakcije, ki daje rezultat 0,923 · 10 -7 N. Izračun, podan v literaturi, ni pravilen, saj temelji na obravnavanih napakah. zgoraj.
Sodobna fizika navaja, da se minimalna energija, potrebna za odstranitev elektrona iz atoma, imenuje ionizacijska energija ali energija vezave, ki je za vodikov atom 13,6 eV. Na podlagi dobljenih vrednosti električnega naboja protona in elektrona ocenimo vezno energijo protona in elektrona v atomu vodika.
E St. = F pr ·r n = 0,1763·10 -3 · 6,24151·10 18 eV/m · 5,2917720859·10 −11 = 58271 eV.
Vezna energija protona in elektrona v atomu vodika je 58,271 KeV.
Dobljeni rezultat kaže na nepravilnost koncepta ionizacijske energije in zmotnost Bohrovega drugega postulata: " Emisija svetlobe nastane, ko elektron preide iz stacionarnega stanja z višjo energijo v stacionarno stanje z nižjo energijo. Energija izsevanega fotona je enaka razliki med energijami stacionarnih stanj.” V procesu vzbujanja protonsko-elektronskega para pod vplivom zunanjih dejavnikov se elektron premakne (odmakne) od protona za določeno količino, katere največja vrednost je določena z ionizacijsko energijo. Ko par proton-elektron ustvari fotone, se elektron vrne v svojo prejšnjo orbito.
Ocenimo velikost največjega premika elektronov ob vzbujanju vodikovega atoma z nekaj zunanji dejavnik energija 13,6 eV.
Polmer vodikovega atoma bo postal enak 5,29523·10 −11, kar pomeni, da se bo povečal za približno 0,065 %.
Električni naboj fotona. Po eterodinamičnem konceptu je foton: osnovni delec, ki je zaprt toroidni vrtinec zgoščenega etra z obročastim gibanjem torusa (kot kolo) in vijačnim gibanjem znotraj njega, ki izvaja translacijsko cikloidno gibanje (vzdolž vijačne trajektorije), ki ga povzročajo giroskopski momenti njegovega lastno vrtenje in vrtenje po krožni poti ter namenjeno prenosu energije .
Na podlagi strukture fotona kot toroidnega vrtinčnega telesa, ki se giblje po vijačni trajektoriji, kjer je r γ λ zunanji polmer, m γ λ masa, ω γ λ naravna frekvenca vrtenja, električni naboj fotona lahko predstavimo na naslednji način.
Za poenostavitev izračunov predpostavimo dolžino toka etra v fotonskem telesu r = 2π r γ λ ,
u = ω γ λ r γ λ , r 0 λ = 0,2 r γ λ je prečni polmer telesa fotona.
q γ λ = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ 2πr γ λ (m λ /V · V/2πr γ λ) 1/2 = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ (m λ 2πr γ λ) 1/2 =
= (4πε 0) 1/2 ω γ λ r γ λ (m λ 2πr γ λ) 1/2 = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ) 1/2,
q γ λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ ) 1/2 . (4)
Izraz (4) predstavlja lastni električni naboj fotona brez upoštevanja njegovega gibanja po krožni poti. Parametri ε 0, m λ, r γ λ so kvazikonstantni, tj. spremenljivke, katerih vrednosti se neznatno spreminjajo (frakcije) v celotnem območju obstoja fotona (od infrardečega do gama). To pomeni, da je lastni električni naboj fotona funkcija frekvence vrtenja okoli lastne osi. Kot je prikazano v delu, je razmerje med frekvencami gama fotona ω γ λ Г in infrardečega fotona ω γ λ И reda velikosti ω γ λ Г /ω γ λ И ≈ 1000, vrednost fotonov temu primerno se spremeni tudi lastni električni naboj. IN sodobne razmere te količine ni mogoče izmeriti in ima zato le teoretični pomen.
Po definiciji fotona ima kompleksno vijačno gibanje, ki ga lahko razčlenimo na gibanje po krožni poti in premočrtno. Za oceno celotne vrednosti električnega naboja fotona je potrebno upoštevati gibanje po krožnici. V tem primeru se izkaže, da je lastni električni naboj fotona porazdeljen po tej krožni poti. Glede na periodičnost gibanja, pri kateri korak vijačne trajektorije interpretiramo kot valovno dolžino fotona, lahko govorimo o odvisnosti vrednosti celotnega električnega naboja fotona od njegove valovne dolžine.
Iz fizikalnega bistva električnega naboja sledi, da je velikost električnega naboja sorazmerna z njegovo maso in s tem prostornino. Tako je lastni električni naboj fotona sorazmeren z lastno prostornino telesa fotona (V γ λ). Podobno bo skupni električni naboj fotona, ob upoštevanju njegovega gibanja po krožni poti, sorazmeren z volumnom (V λ), ki ga bo tvoril foton, ki se giblje po krožni poti.
q λ = q γ λ V λ /V γ λ = q γ λ 2π 2 R λ r 2 γ λ /2π 2 Lr 3 γ λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ,
q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ . (5)
kjer je L = r 0γλ /r γλ strukturni parameter fotona, ki je enak razmerju med polmerom preseka in zunanjim polmerom telesa fotona (≈ 0,2), V T = 2π 2 R r 2 je prostornina torusa , R je polmer rotacijskega kroga generatrise torusnega kroga; r je polmer generatrise kroga torusa.
q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ) 1/2 R λ / L 2 r γ λ ,
q λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r γ λ ) 1/2 R λ / L 2 . (6)
Izraz (6) predstavlja skupni električni naboj fotona. Zaradi odvisnosti celotnega električnega naboja od geometrijskih parametrov fotona, katerih vrednosti so trenutno znane z veliko napako, z izračunom ni mogoče dobiti natančne vrednosti električnega naboja. Vendar pa nam njegova ocena omogoča, da potegnemo številne pomembne teoretične in praktične zaključke.
Za podatke iz službe, tj. pri λ = 225 nm, ω γ λ ≈ 6,6641·10 30 r/s,
m λ≈ 10 -40 kg, r γ λ ≈ 10 -20 m, R λ ≈ 0,179·10 -16 m, L≈ 0,2, dobimo vrednost celotnega električnega naboja fotona:
q λ = 0, 786137 ·10 -19 Kl.
Dobljena vrednost celotnega električnega naboja fotona z valovno dolžino 225 nm se dobro ujema z vrednostjo, ki jo je izmeril R. Millikan (1,592·10 -19 C), ki je kasneje postala temeljna konstanta, ob upoštevanju dejstva, da je njegova vrednost ustreza električnemu naboju dveh fotonov. Podvojite izračunani električni naboj fotona:
2q λ = 1,57227·10 -19 Cl,
v mednarodnem sistemu enot (SI) je elementarni električni naboj enak 1,602 176 6208(98) 10 −19 C. Podvojena vrednost elementarnega električnega naboja je posledica dejstva, da par proton-elektron zaradi svoje simetrije vedno ustvari dva fotona. To okoliščino eksperimentalno potrjuje obstoj takega procesa, kot je anihilacija elektronov - pozitronski par, tj. v procesu medsebojnega uničenja elektrona in pozitrona imata čas za nastanek dveh fotonov, pa tudi obstoj tako dobro znanih naprav, kot so fotopomnoževalci in laserji.
Sklepi. V tem delu je torej prikazano, da je električni naboj temeljna lastnost narave, ki igra pomembno vlogo pri razumevanju bistva osnovnih delcev, atomov in drugih struktur mikrosveta.
Eterdinamično bistvo električnega naboja nam omogoča, da podamo utemeljitev za razlago struktur, lastnosti in parametrov osnovnih delcev, ki se razlikujejo od tistih, ki jih pozna sodobna fizika.
Na podlagi eterdinamičnega modela atoma vodika in fizikalnega bistva električnega naboja so podane izračunane ocene električnih nabojev protona, elektrona in fotona.
Podatki za proton in elektron zaradi pomanjkanja eksperimentalna potrditev trenutno so teoretične narave, vendar jih je glede na napako mogoče uporabiti tako v teoriji kot v praksi.
Podatki za foton se dobro ujemajo z rezultati znanih poskusov merjenja velikosti električnega naboja in upravičujejo napačno predstavo o elementarnem električnem naboju.
Literatura:
- Lyamin V. S., Lyamin D. V. Fizikalno bistvo električnega naboja.
- Kasterin N. P. Posplošitev osnovnih enačb aerodinamike in elektrodinamike
(Aerodinamični del). Problemi fizikalne hidrodinamike / Zbirka člankov ed. Akademik Akademije znanosti BSSR A.V. Lykova. – Minsk: Inštitut za prenos toplote in mase Akademije znanosti BSSR, 1971, str. 268 – 308. - Atsyukovski V.A. Splošna dinamika etra. Modeliranje struktur snovi in polj na podlagi idej o plinu podobnem etru. Druga izdaja. M.: Energoatomizdat, 2003. 584 str.
- Emelyanov V. M. Standardni model in njegove razširitve. - M.: Fizmatlit, 2007. - 584 str.
- Zapri F. Uvod v kvarke in partone. - M.: Mir, 1982. - 438 str.
- Akhiezer A I, Rekalo M P “Električni naboj osnovnih delcev” UFN 114 487–508 (1974). .
- Fizična enciklopedija. V 5 zvezkih. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1988.
Lyamin V.S. , Lyamin D. V. Lvov
Nekoč je veljalo, da je najmanjša strukturna enota katere koli snovi molekula. Potem pa je človeštvo z izumom močnejših mikroskopov presenečeno odkrilo koncept atoma – sestavljenega delca molekul. Zdi se veliko manj? Medtem se je še kasneje izkazalo, da je atom sestavljen iz manjših elementov.
V začetku 20. stoletja je britanski fizik odkril prisotnost jeder v atomu - osrednje strukture, ki je zaznamoval začetek niza neskončnih odkritij o zgradbi najmanjšega strukturnega elementa materije.
Danes je na podlagi jedrskega modela in zahvaljujoč številnim raziskavam znano, da je atom sestavljen iz jedra, ki je obdano z elektronski oblak. Tak "oblak" vsebuje elektrone ali elementarne delce z negativnim nabojem. Jedro, nasprotno, vključuje delce z električno pozitivnim nabojem, imenovane protoni.Že zgoraj omenjeni britanski fizik je lahko opazoval in kasneje opisal ta pojav. Leta 1919 je izvedel poskus, v katerem so alfa delci izbili jedra vodika iz jeder drugih elementov. Tako mu je uspelo ugotoviti in dokazati, da protoni niso nič drugega kot jedro brez enega samega elektrona. V sodobni fiziki so protoni simbolizirani s simbolom p ali p+ (kar označuje pozitiven naboj).
Proton v prevodu iz grščine pomeni "prvi, osnovni" - elementarni delec, ki pripada razredu barioni, tiste. relativno težka Je stabilna struktura, njena življenjska doba je več kot 2,9 x 10 (29) let.
Strogo gledano poleg protona vsebuje tudi nevtrone, ki so glede na ime nevtralno nabiti. Oba elementa se imenujeta nukleoni.
Mase protona zaradi povsem očitnih okoliščin dolgo časa ni bilo mogoče izmeriti. Zdaj je znano, da je
tal=1,67262∙10-27 kg.
Točno tako izgleda masa mirovanja protona.
Nadaljujmo z razumevanjem mase protona, ki je specifično za različna področja fizike.
Masa delca v okviru jedrske fizike ima pogosto drugačno obliko; njegova merska enota je amu.
A.e.m. - enota atomske mase. En amu je enaka 1/12 mase atoma ogljika, katerega masno število je 12. Zato je 1 enota atomske mase enaka 1,66057 10-27 kg.
Masa protona je torej videti takole:
tal = 1,007276 a. e.m.
Obstaja še en način za izražanje mase tega pozitivno nabitega delca z uporabo različnih merskih enot. Če želite to narediti, morate najprej sprejeti kot aksiom enakovrednost mase in energije E=mc2. Kjer sta c in m telesna masa.
Masa protona se v tem primeru meri v megaelektronvoltih ali MeV. Ta merska enota se uporablja izključno v jedrski in atomski fiziki in služi za merjenje energije, ki je potrebna za prenos delca med dvema točkama v C pod pogojem, da je potencialna razlika med tema točkama 1 Volt.
Torej, ob upoštevanju, da je 1 a.u.m. = 931,494829533852 MeV, masa protona je približno
Ta ugotovitev je bila pridobljena na podlagi masnih spektroskopskih meritev, maso v obliki, v kateri je navedena zgoraj, pa običajno imenujemo tudi e energija mirovanja protona.
Tako lahko glede na potrebe eksperimenta maso najmanjšega delca izrazimo v treh različnih vrednostih, v treh različnih merskih enotah.
Poleg tega lahko maso protona izrazimo glede na maso elektrona, ki je, kot je znano, veliko "težji" od pozitivno nabitega delca. Masa bo z grobim izračunom in znatnimi napakami v tem primeru 1836,152 672 glede na maso elektrona.
OPREDELITEV
Proton imenujemo stabilen delec, ki spada v razred hadronov, ki je jedro atoma vodika.
Znanstveniki si niso enotni glede tega, kateri znanstveni dogodek je treba šteti za odkritje protona. Pomembno vlogo pri odkritju protona so imeli:
- ustvarjanje planetarnega modela atoma E. Rutherforda;
- odkritje izotopov F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
- opazovanja obnašanja jeder vodikovih atomov, ko jih alfa delci izbijejo iz dušikovih jeder E. Rutherforda.
Prve fotografije protonskih sledi je dobil P. Blackett v oblačni komori med preučevanjem procesov umetne transformacije elementov. Blackett je proučeval proces zajemanja alfa delcev z dušikovimi jedri. V tem procesu je bil izdan proton in jedro dušika se je spremenilo v izotop kisika.
Protoni so skupaj z nevtroni del jeder vseh kemičnih elementov. Število protonov v jedru določa atomsko število elementa v periodni sistem DI. Mendelejev.
Proton je pozitivno nabit delec. Njegov naboj je po velikosti enak elementarnemu naboju, to je vrednosti naboja elektrona. Naboj protona je pogosto označen kot , potem lahko zapišemo, da:
Trenutno velja, da proton ni elementarni delec. Ima kompleksno zgradbo in je sestavljen iz dveh u-kvarkov in enega d-kvarka. Električni naboj u-kvarka () je pozitiven in je enak
Električni naboj d-kvarka () je negativen in enak:
Kvarki povezujejo izmenjavo gluonov, ki so kvanti polja; Dejstvo, da imajo protoni v svoji strukturi več točkastih sipalnih središč, potrjujejo poskusi sipanja elektronov na protonih.
Proton ima končno velikost, o kateri se znanstveniki še vedno prepirajo. Trenutno je proton predstavljen kot oblak z zamegljeno mejo. Takšna meja je sestavljena iz nenehno nastajajočih in uničujočih virtualnih delcev. Toda v večini preprostih problemov lahko proton seveda štejemo za točkovni naboj. Masa mirovanja protona () je približno enaka:
Masa protona je 1836-krat večja od mase elektrona.
Protoni sodelujejo v vseh temeljnih interakcijah: močne interakcije združujejo protone in nevtrone v jedra, elektroni in protoni se z elektromagnetnimi interakcijami povezujejo v atome. Kot šibko interakcijo lahko navedemo na primer beta razpad nevtrona (n):
kjer je p proton; — elektron; - antinevtrino.
Razpad protona še ni bil pridobljen. To je eden od pomembnih sodobnih problemov fizike, saj bi bilo to odkritje pomemben korak v razumevanju enotnosti naravnih sil.
Primeri reševanja problemov
PRIMER 1
| telovadba | Jedra natrijevega atoma so bombardirana s protoni. Kolikšna je sila elektrostatičnega odboja protona od jedra atoma, če je proton na razdalji  m. Upoštevajte, da je naboj jedra natrijevega atoma 11-krat večji od naboja protona. Vpliv elektronske lupine natrijevega atoma lahko zanemarimo. |
| rešitev | Kot osnovo za rešitev problema bomo vzeli Coulombov zakon, ki ga lahko za naš problem (ob predpostavki, da so delci točkasti) zapišemo takole:
kjer je F sila elektrostatične interakcije nabitih delcev; Cl je naboj protona; - naboj jedra natrijevega atoma; - dielektrična konstanta vakuuma; - električna konstanta. S podatki, ki jih imamo, lahko izračunamo potrebno odbojno silo: |
| Odgovori | n |
PRIMER 2
| telovadba | Glede na najpreprostejši model atoma vodika se domneva, da se elektron giblje po krožni orbiti okoli protona (jedra atoma vodika). Kakšna je hitrost elektrona, če je polmer njegove orbite m? |
| rešitev | Razmislimo o silah (slika 1), ki delujejo na elektron, ki se giblje v krogu. To je sila privlačnosti protona. Po Coulombovem zakonu zapišemo, da je njegova vrednost enaka ():
kjer = — naboj elektrona; |
- protonski naboj; - električna konstanta. Privlačna sila med elektronom in protonom na kateri koli točki elektronske orbite je usmerjena od elektrona proti protonu vzdolž polmera kroga.