Бұл мақалада сіз химия мен физикада қолданылатын басқа элементтерімен бірге ғаламның негізін құрайтын қарапайым бөлшек ретінде протон туралы ақпаратты таба аласыз. Протонның қасиеттері, оның химиядағы сипаттамалары және тұрақтылығы анықталады.

Протон дегеніміз не

Протон барионға жатқызылатын элементар бөлшектердің өкілдерінің бірі, мысалы. онда фермиондар күшті әрекеттеседі, ал бөлшектің өзі 3 кварктан тұрады. Протон тұрақты бөлшек және жеке импульсі бар - спин ½. Протонның физикалық белгісі б(немесе б +)

Протон - термоядролық процестерге қатысатын элементар бөлшек. Дәл осы реакция түрі бүкіл ғаламдағы жұлдыздар тудыратын энергияның негізгі көзі болып табылады. Күн шығаратын энергияның барлық дерлік мөлшері тек 4 протонның бір гелий ядросына қосылуы және екі протоннан бір нейтронның пайда болуы есебінен ғана бар.

Протонға тән қасиеттер

Протон - бариондардың өкілдерінің бірі. Бұл факт. Протонның заряды мен массасы тұрақты шамалар. Протон электрлік зарядталған +1 және оның массасы әртүрлі өлшем бірліктерімен анықталады және MeV 938,272 0813(58), протонның килограммында салмағы 1,672 621 898(21) 10 −27 кг сандарында, атомдық масса бірлігінде протонның салмағы 1,007 276 466 879(91) а. e.m., ал электронның массасына қатысты протонның салмағы электронға қатысты 1836,152 673 89 (17) болады.

Анықтамасы жоғарыда келтірілген протон, физика тұрғысынан, изоспин +½ проекциясы бар элементар бөлшек, ал ядролық физика бұл бөлшекті қарама-қарсы таңбамен қабылдайды. Протонның өзі нуклон болып табылады және 3 кварктан тұрады (екі u кварк және бір d кварк).

Протонның құрылымын Америка Құрама Штаттарынан келген ядролық физик Роберт Хофштадтер эксперименталды түрде зерттеді. Осы мақсатқа жету үшін физик протондарды жоғары энергиялы электрондармен соқтығысты және оның сипаттамасы үшін физика бойынша Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

Протонның құрамында протонның электр зарядының энергиясының шамамен отыз бес пайызын қамтитын ядро ​​(ауыр ядро) бар және жеткілікті жоғары тығыздыққа ие. Ядроны қоршап тұрған қабық салыстырмалы түрде разрядталған. Қабық негізінен виртуалды мезондардан тұрады және п типті және протонның электрлік потенциалының шамамен елу пайызын тасымалдайды және шамамен 0,25 * 10 13 - 1,4 * 10 13 қашықтықта орналасқан. Одан әрі, шамамен 2,5 * 10 13 сантиметр қашықтықта қабық виртуалды мезондардан тұрады және протонның электр зарядының шамамен он бес пайызын қамтиды.

Протонның тұрақтылығы және тұрақтылығы

Бос күйде протон ыдырау белгілерін көрсетпейді, бұл оның тұрақтылығын көрсетеді. Бариондардың ең жеңіл өкілі ретінде протонның тұрақты күйі бариондар санының сақталу заңымен анықталады. SBC заңын бұзбай, протондар нейтриноларға, позитрондарға және басқа жеңіл элементар бөлшектерге ыдырауға қабілетті.

Атомдар ядросының протоны K, L, M атомдық қабықшалары бар электрондардың белгілі бір түрлерін ұстау қабілетіне ие. Электронды ұстап алуды аяқтаған протон нейтронға айналады және нәтижесінде нейтрино бөледі, ал электрондарды ұстау нәтижесінде пайда болған «тесік» астындағы атом қабаттарының үстіндегі электрондармен толтырылады.

Инерциялық емес санақ жүйелерінде протондар есептелетін шектеулі өмір сүру уақытына ие болуы керек; бұл кванттық өріс теориясында жылулық сәулеленудің сандық жүйеде жеделдетілген ықтимал ойлауын болжайтын Unruh эффектісіне (сәулелену) байланысты. сәулеленудің бұл түрінің болмауы. Осылайша, протон, егер оның шектеулі өмір сүру мерзімі болса, мұндай ыдырау процесінің өзіне ZSE тыйым салғанына қарамастан, позитронға, нейтронға немесе нейтриноға бета ыдырауы мүмкін.

Протондардың химияда қолданылуы

Протон бір протоннан құрастырылған Н атомы және электроны жоқ, сондықтан химиялық мағынада протон Н атомының бір ядросы болып табылады.Протонмен жұпталған нейтрон атомның ядросын жасайды. Дмитрий Иванович Менделеевтің PTCE-де элемент нөмірі белгілі бір элемент атомындағы протондардың санын көрсетеді, ал элемент нөмірі атом зарядымен анықталады.

Сутегі катиондары өте күшті электронды акцепторлар. Химияда протондар негізінен органикалық және минералды қышқылдардан алынады. Ионизация - газ фазаларында протондарды алу әдісі.

20 ғасырдың басына дейін ғалымдар атомды материяның ең кішкентай бөлінбейтін бөлшегі деп есептеді, бірақ бұл дұрыс емес болып шықты. Шындығында атомның ортасында оның оң зарядталған протондары мен бейтарап нейтрондары бар ядросы орналасқан, ал теріс зарядталған электрондар ядро ​​айналасында орбитальдарда айналады (атомның бұл моделін 1911 жылы Э.Резерфорд ұсынған). Бір қызығы, протондар мен нейтрондардың массалары тең дерлік, бірақ электронның массасы шамамен 2000 есе аз.

Атомда оң және теріс зарядталған бөлшектер болғанымен, оның заряды бейтарап, өйткені атомда протондар мен электрондардың саны бірдей, ал заряды әртүрлі бөлшектер бір-бірін бейтараптандырады.

Кейінірек ғалымдар электрондар мен протондардың зарядтарының бірдей, яғни 1,6 10 -19 С (С – кулон, SI жүйесіндегі электр зарядының бірлігі) болатынын анықтады.

1 С зарядқа электрондардың қандай саны сәйкес келеді деген сұрақты ойлап көрдіңіз бе?

1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 электрон

Электр қуаты

Электр зарядтары бір-біріне әсер етеді, ол түрінде көрінеді электр күші.

Егер денеде электрондар артық болса, онда оның жалпы теріс электр заряды болады, ал керісінше - электрондар тапшылығы болса, дененің жалпы оң заряды болады.

Магниттік күштерге ұқсас зарядталған полюстер ығысқанда және қарама-қарсы зарядталған полюстер тартылғанда, электр зарядтары да осылай әрекет етеді. Дегенмен, физикада электр зарядының полярлығы туралы жай ғана айту жеткіліксіз, оның сандық мәні маңызды.

Зарядталған денелер арасында әрекет ететін күштің шамасын білу үшін зарядтардың шамасын ғана емес, олардың арасындағы қашықтықты да білу қажет. Бүкіләлемдік тартылыс күші бұрын қарастырылған: F = (Gm 1 м 2)/R 2

• м 1, м 2- дене массасы;
• Р- денелердің орталықтары арасындағы қашықтық;
• G = 6,67 10 -11 Нм 2 /кг- әмбебап гравитациялық тұрақты.

Зертханалық тәжірибелер нәтижесінде физиктер электр зарядтарының өзара әрекеттесу күшінің ұқсас формуласын шығарды, ол Кулон заңы:

F = kq 1 q 2 /r 2

• q 1, q 2 - өзара әрекеттесуші зарядтар, С-мен өлшенеді;
• r – зарядтар арасындағы қашықтық;
• k - пропорционалдық коэффициенті ( SI: k=8,99·10 9 Нм 2 Cl 2; SSSE: k=1).

• k=1/(4πε 0).
• ε 0 ≈8,85·10 -12 C 2 N -1 м -2 - электр тұрақтысы.

Кулон заңы бойынша екі зарядтың таңбалары бірдей болса, олардың арасында әсер ететін F күші оң болады (зарядтар бір-бірін тебеді); егер зарядтардың таңбалары қарама-қарсы болса, әсер етуші күш теріс болады (зарядтар бір-бірін тартады).

1 С зарядтың күші қаншалықты зор екенін Кулон заңы арқылы анықтауға болады. Мысалы, әрқайсысы 1 С болатын екі заряд бір-бірінен 10 метр қашықтықта орналасқан деп есептесек, онда олар бір-бірін күшпен тебеді:

F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8,99 10 9) 1 1/(10 2) = -8,99 10 7 N

Бұл өте үлкен күш, шамамен 5600 тонна массамен салыстыруға болады.

Енді Кулон заңын қолданып, электронның сутегі атомында қандай сызықтық жылдамдықпен айналатынын анықтайық, оны дөңгелек орбитада қозғалады деп есептейік.

Кулон заңы бойынша электронға әсер ететін электростатикалық күшті центрге тартқыш күшке теңестіруге болады:

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

Электронның массасы 9,1·10 -31 кг, ал оның орбитасының радиусы = 5,29·10 -11 м екенін ескере отырып, 8,22·10 -8 Н мәнін аламыз.

Енді электронның сызықтық жылдамдығын таба аламыз:

8,22·10 -8 = (9,1·10 -31)в 2 /(5,29·10 -11) v = 2,19·10 6 м/с

Осылайша, сутегі атомының электроны өз орталығын шамамен 7,88 млн км/сағ жылдамдықпен айналады.

Нейтронды 1932 жылы ағылшын физигі Джеймс Чедвик ашты. Нейтронның массасы 1,675·10-27 кг, бұл электронның массасынан 1839 есе көп. Нейтронның электр заряды жоқ.

Химиктер арасында шамамен протонның массасына тең атомдық масса бірлігін немесе дальтонды (d) пайдалану әдеттегідей. Протонның массасы мен нейтронның массасы шамамен атомдық массаның бір бірлігіне тең.

2.3.2 Атом ядроларының құрылысы

Атом ядроларының бірнеше жүздеген түрлері бар екені белгілі. Ядроны қоршап тұрған электрондармен бірге олар әртүрлі химиялық элементтердің атомдарын құрайды.

Ядролардың егжей-тегжейлі құрылымы анықталмағанымен, физиктер ядроларды протондар мен нейтрондардан тұрады деп санауға болатынын бірауыздан қабылдайды.

Алдымен, мысал ретінде дейтеронды қарастырайық. Бұл ауыр сутегі атомының немесе дейтерий атомының ядросы. Дейтронның электр заряды протонмен бірдей, бірақ оның массасы протонның электр зарядынан шамамен екі есе көп, бірақ оның массасы протонның зарядынан шамамен екі есе көп. Дейтрон бір протон мен бір нейтроннан тұрады деп есептеледі.

Альфа-бөлшек немесе гелион деп те аталатын гелий атомының ядросының электр заряды протоннан екі есе, массасы протоннан төрт есе көп. Альфа-бөлшек екі протон мен екі нейтроннан тұрады деп есептеледі.

2.4 Атомдық орбиталь

Атомдық орбиталь – электронның ең көп болуы ықтимал ядроның айналасындағы кеңістік.

Орбитальдарда қозғалатын электрондар электронды қабаттарды немесе энергия деңгейлерін құрайды.

Энергетикалық деңгейдегі электрондардың максималды саны мына формуламен анықталады:

Н = 2 n2 ,

Қайда n– бас кванттық сан;

Н– электрондардың максималды саны.

Бас кванттық саны бірдей электрондар бірдей энергетикалық деңгейде болады. n = 1,2,3,4,5 және т.б. мәндерімен сипатталатын электрлік деңгейлер K, L, M, N және т.б. ретінде белгіленеді. Жоғарыда келтірілген формула бойынша бірінші (ядроға ең жақын) энергетикалық деңгейде 2 электрон, екіншісінде – 8, үшіншіде – 18 электрон және т.б.

Бас кванттық сан атомдардағы энергия мәнін көрсетеді. Ең аз энергиясы бар электрондар бірінші энергетикалық деңгейде (n=1). Ол сфералық пішіні бар s-орбиталға сәйкес келеді. s орбиталын алып жатқан электрон s электроны деп аталады.

n=2-ден бастап энергетикалық деңгейлер бір-бірінен ядромен байланыс энергиясы бойынша ерекшеленетін ішкі деңгейлерге бөлінеді. s-, p-, d- және f- ішкі деңгейлері бар. Бірдей пішінді мекендеген субдеңгейлер қалыптасады.

Екінші энергетикалық деңгейде (n=2) s орбиталь (2s орбиталь деп белгіленеді) және үш p орбиталь (2p орбиталь деп белгіленеді) бар. 2s электроны 1s электронына қарағанда ядродан алшақ орналасқан және энергиясы көп. Әрбір 2p-орбиталь басқа екі р-орбитальдардың осіне перпендикуляр (px-, py-, pz орбитальдары белгіленеді) осінде орналасқан үш өлшемді сегіздік фигураның пішініне ие. p орбиталында кездесетін электрондар p электрондары деп аталады.

Үшінші энергетикалық деңгейде үш ішкі деңгей (3s, 3p, 3d) бар. d ішкі деңгейі бес орбитальдан тұрады.

Төртінші энергетикалық деңгей (n=4) 4 ішкі деңгейге ие (4s, 4p, 4d және 4f). f ішкі деңгейі жеті орбитальдан тұрады.

Паули принципі бойынша бір орбитальда екі электроннан артық болмайды. Егер орбитальда бір электрон болса, оны жұпталмаған деп атайды. Егер екі электрон болса, онда олар жұпталған. Сонымен қатар, жұпталған электрондардың қарама-қарсы спиндері болуы керек. Жеңілдетілген түрде спин электрондардың өз осінің айналасында сағат тілімен және сағат тіліне қарсы айналуы ретінде ұсынылуы мүмкін.

Суретте. 3-суретте энергия деңгейлері мен ішкі деңгейлердің салыстырмалы орналасуы көрсетілген. Айта кету керек, 4s ішкі деңгейі 3d ішкі деңгейінен төмен орналасқан.

Атомдардағы электрондардың энергетикалық деңгейлер мен ішкі деңгейлер бойынша таралуы электрондық формулалар арқылы бейнеленген, мысалы:

Әріптің алдындағы сан энергетикалық деңгейдің нөмірін, әріп электронды бұлттың пішінін, әріптің үстіндегі оң жақтағы сан берілген бұлт пішіні бар электрондардың санын көрсетеді.

Графикалық электрондық формулаларда атомдық орбиталь шаршы түрінде, электрон көрсеткі түрінде (спин бағыты) бейнеленген (1-кесте)

Протондар жұлдыздар түзетін энергияның негізгі көзі болып табылатын термоядролық реакцияларға қатысады. Атап айтқанда, реакциялар бетКүн шығаратын барлық дерлік энергияның көзі болып табылатын -цикл төрт протонның гелий-4 ядросына қосылып, екі протонның нейтронға айналуына дейін жетеді.

Физикада протон деп белгіленеді б(немесе б+ ). Протонның химиялық белгісі (оң сутегі ионы ретінде қарастырылады) H +, астрофизикалық белгісі - HII.

Ашылу

Протонның қасиеттері

Протон мен электрон массаларының қатынасы, 1836,152 673 89(17) тең, 0,002% дәлдікпен 6π 5 = 1836,118... тең.

Протонның ішкі құрылымын алғаш рет Р.Хофштадтер жоғары энергиялы электрондар шоғырының (2 ГэВ) протондармен соқтығысуын зерттеу арқылы эксперименталды түрде зерттеді (Физика бойынша Нобель сыйлығы 1961 ж.). Протон массасы мен зарядының тығыздығы жоғары, радиусы см болатын ауыр ядродан (ядро) тұрады, ≈ 35% (\displaystyle \шамамен 35\,\%)протонның электр заряды және оны қоршаған салыстырмалы түрде сирек кездесетін қабық. қашықтықта ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \шамамен 0(,)25\cdot 10^(-13))бұрын ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \шамамен 1(,)4\cdot 10^(-13))см бұл қабық негізінен виртуалды ρ - және π -мезондарды тасымалдайды ≈ 50% (\displaystyle \шамамен 50\,\%)протонның электр заряды, содан кейін қашықтыққа ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \шамамен 2(,)5\cdot 10^(-13))см протонның электр зарядының ~15% тасымалдайтын виртуалды ω - және π -мезондардың қабығын созады.

Кварктар тудыратын протон центріндегі қысым шамамен 10 35 Па (10 30 атмосфера), яғни нейтрондық жұлдыздардың ішіндегі қысымнан жоғары.

Протонның магниттік моменті берілген біртекті магнит өрісіндегі протонның магниттік моментінің прецессиясының резонанстық жиілігі мен сол өрістегі протонның дөңгелек орбитасының циклотрон жиілігінің қатынасын өлшеу арқылы өлшенеді.

Ұзындық өлшемі бар протонмен байланысты үш физикалық шама бар:

1960 жылдардан бастап әртүрлі әдістермен жүргізілген қарапайым сутегі атомдары арқылы протон радиусын өлшеу нәтижеге әкелді (CODATA -2014). 0,8751 ± 0,0061 фемтометр(1 фм = 10 −15 м). Муонды сутегі атомдарымен жүргізілген алғашқы тәжірибелер (мұнда электрон мюонмен ауыстырылады) осы радиус үшін 4% аз нәтиже берді: 0,84184 ± 0,00067 фм. Бұл айырмашылықтың себептері әлі түсініксіз.

Тұрақтылық

Бос протон тұрақты, эксперименталды зерттеулер оның ыдырауының ешқандай белгілерін анықтаған жоқ (өмір сүру ұзақтығының төменгі шегі ыдырау арнасына қарамастан 2,9⋅10 29 жыл, позитронға және бейтарап пионға ыдырау үшін 1,6⋅10 34 жыл, 7,7⋅ Оң мюонға және бейтарап пионға ыдырауы үшін 10 33 жыл). Протон бариондардың ішіндегі ең жеңілі болғандықтан, протонның тұрақтылығы барион санының сақталу заңының салдары болып табылады – протон бұл заңды бұзбай, жеңілірек бөлшектерге (мысалы, позитрон мен нейтриноға) ыдырай алмайды. Дегенмен, Стандартты модельдің көптеген теориялық кеңейтімдері барион санының сақталмауына және протонның ыдырауына әкелетін процестерді (әлі байқалмаған) болжайды.

Атом ядросымен байланысқан протон атомның K-, L- немесе M-қабаттарынан электронды алуға қабілетті («электронды басып алу» деп аталады). Атом ядросының протоны электронды жұтып, нейтронға айналады және бір уақытта нейтрино шығарады: p+e − →+ν e . Электронды басып алу нәтижесінде пайда болған K-, L- немесе M-қабатындағы «тесік» атом нөміріне сәйкес тән рентген сәулелерін шығаратын атомның үстіндегі электрондық қабаттарының бірінен шыққан электронмен толтырылады. З− 1 және/немесе Auger электрондары. 7-нің 1000-нан астам изотоптары белгілі
4 - 262
105, электрондарды ұстау арқылы ыдырау. Жеткілікті жоғары қолжетімді ыдырау энергияларында (жоғарыда 2m e c 2 ≈ 1,022 МэВ) бәсекелес ыдырау арнасы ашылады – позитронды ыдырау p → +e ++ν e . Бұл процестер кейбір ядролардағы протон үшін ғана мүмкін болатынын атап өту керек, онда жетіспейтін энергия алынған нейтронның төменгі ядролық қабықшаға ауысуымен толықтырылады; бос протон үшін олар энергияның сақталу заңымен тыйым салынған.

Химиядағы протондардың көзі минералды (азот, күкірт, фосфор және т.б.) және органикалық (құмырсқа, сірке, қымыздық және т.б.) қышқылдар. Су ерітіндісінде қышқылдар гидроний катионын түзе отырып, протонды жою арқылы диссоциациялануға қабілетті.

Газ фазасында протондар иондану арқылы алынады - сутегі атомынан электронның жойылуы. Қозбаған сутегі атомының иондану потенциалы 13,595 эВ. Атмосфералық қысымда және бөлме температурасында молекулалық сутегі жылдам электрондармен иондалған кезде, молекулалық сутегі ионы (H 2 +) бастапқыда түзіледі - бір электронмен 1,06 қашықтықта бірге ұсталған екі протоннан тұратын физикалық жүйе. Мұндай жүйенің тұрақтылығы, Полинг бойынша, «резонанс жиілігі» 7·10 14 с -1-ге тең екі протон арасындағы электронның резонансынан туындайды. Температура бірнеше мың градусқа дейін көтерілгенде, сутегі иондану өнімдерінің құрамы протондардың пайдасына өзгереді - H +.

Қолдану

Үдемелі протондар шоқтары элементар бөлшектердің тәжірибелік физикасында (шашырау процестерін зерттеу және басқа бөлшектердің шоқтарын алу), медицинада (рак ауруының протонды терапиясы) қолданылады.

да қараңыз

Ескертпелер

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Негізгі физикалық тұрақтылар --- Толық тізім
2. CODATA мәні: протон массасы
3. CODATA мәні: u-дегі протон массасы
4. Ахмед С. және т.б.Садбери Нейтрино обсерваториясының көрінбейтін режимдері арқылы нуклондардың ыдырауына шектеулер (ағылшынша) // Физикалық шолу хаттары: журнал. - 2004. - Т. 92, жоқ. 10. - 102004-бет. - DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. - Бибкоды: 2004PhRvL..92j2004A. - arXiv:hep-ex/0310030. - PMID 15089201.
5. CODATA мәні: МэВ-дегі протондық массалық энергияның баламасы
6. CODATA мәні: протон-электрондық масса қатынасы
7. , бірге. 67.
8. Хофштадтер П.Ядролар мен нуклондардың құрылысы // Физ. – 1963. – Т.81, No1. – 185-200-б. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Щелкин К.И.Виртуалды процестер және нуклонның құрылымы // Микроәлем физикасы – М.: Атомиздат, 1965. – 75 б.
10. Жданов Г.Б.Серпімді шашырау, перифериялық өзара әрекеттесу және резонанс // Жоғары энергия бөлшектері. Ғарыштағы және зертханалардағы жоғары энергиялар – М.: Наука, 1965. – 132 б.
11. Буркерт В.Д., Элуадрири Л., Жирод Ф.Х.

2-тарау. Электр өрісі және электр тогы

§ 2.1. Электр өрісі туралы түсінік. Өріс затының бұзылмайтындығы

§ 2.2. Электр зарядтары және өріс. Бейсаналық тавтология

§ 2.3. Зарядтардың қозғалысы және өрістердің қозғалысы. Электр токтары

§ 2.4. Диэлектриктер және олардың негізгі қасиеттері. Әлемдегі ең жақсы диэлектрик

§ 2.5. Өткізгіштер және олардың қасиеттері. Ең кіші өткізгіш

§ 2.6. Электрмен қарапайым және таңғажайып тәжірибелер

3-тарау. Магнит өрісі және магнетизм

§ 3.1. Электр өрісінің қозғалысы нәтижесіндегі магнит өрісі. Магнит өрісінің сипаттамасы.

§ 3.2. Магниттік индукция векторының ағыны және Гаусс теоремасы

§ 3.3. Заттың магниттік қасиеттері. Ең магнитті емес зат

§ 3.4. Тогы бар өткізгішті магнит өрісінде жылжыту жұмысы. Магниттік өріс энергиясы

§ 3.5. Магнит өрісінің парадокстары

4 тарау. Электромагниттік индукция және өзіндік индукция

§ 4.1. Фарадейдің электромагниттік индукция заңы және оның мистикасы

§ 4.2. Индукция және өзіндік индукция

§ 4.3. Тікелей сым кесіндісінің индукция және өзіндік индукция құбылыстары

§ 4.4. Фарадейдің индукция заңының құпиясын ашу

§ 4.5. Шексіз түзу сым мен жақтаудың өзара индукциясының ерекше жағдайы

§ 4.6. Индукциямен қарапайым және таңғажайып тәжірибелер

Тарау 5. Инерция электромагниттік индукцияның көрінісі ретінде. Денелердің массасы

§ 5.1. Негізгі ұғымдар мен категориялар

§ 5.2. Элементар заряд моделі

§ 5.3. Модельдік элементар зарядтың индуктивтілігі мен сыйымдылығы

§ 5.4. Энергетикалық ойлардан электрон массасына өрнекті шығару

§ 5.5. Айнымалы конвекциялық токтың және инерциялық массаның өзіндік индукциясының ЭҚК

§ 5.6. Көрінбейтін қатысушы немесе Мах принципінің жандануы

§ 5.7. Субъектілердің тағы бір қысқаруы

§ 5.8. Зарядталған конденсатордың энергиясы, «электростатикалық» массасы және

§ 5.9. А.Зоммерфельд пен Р.Фейнманның электродинамикадағы электромагниттік массасы

§ 5.10. Кинетикалық индуктивтілік ретінде электронның өзіндік индуктивтілігі

§ 5.11. Протон массасы туралы және тағы бір рет ойлау инерциясы туралы

§ 5.12. Ол дирижер ма?

§ 5.13. Пішін қаншалықты маңызды?

§ 5.14. Бөлшектердің өзара және өзіндік индукциясы жалпы кез келген өзара және өзіндік индукцияның негізі ретінде

6-тарау. Әлемдік ортаның электрлік қасиеттері

§ 6.1. Бослықтың қысқаша тарихы

§ 6.2. Ғаламдық орта және психологиялық инерция

§ 6.3. Бекітілген вакуумдық қасиеттер

§ 6.4. Вакуумның мүмкін болатын қасиеттері. Жабуға арналған орындар

§ 7.1. Мәселеге кіріспе

§ 7.3. Сфералық зарядтың жылдам түсетін эфирмен әрекеттесуі

§ 7.4. Зарядтар мен массалар маңындағы эфирдің жылдам қозғалу механизмі

§ 7.5. Кейбір сандық қатынастар

§ 7.6. Эквиваленттілік принципін және Ньютонның тартылыс заңын шығару

§ 7.7. Көрсетілген теорияның жалпы салыстырмалық теориясына қандай қатысы бар?

8-тарау. Электромагниттік толқындар

§ 8.1. Тербелістер мен толқындар. Резонанс. Негізгі ақпарат

§ 8.2. Электромагниттік толқынның құрылымы және негізгі қасиеттері

§ 8.3. Электромагниттік толқынның парадокстары

§ 8.4. Ұшатын қоршаулар мен сұр шашты профессорлар

§ 8.5. Демек бұл толқын емес... Толқын қайда?

§ 8.6. Толқынсыз сәулелердің эмиссиясы.

9-тарау. Элементар зарядтар. Электрон және протон

§ 9.1. Электромагниттік масса және заряд. Зарядтың мәні туралы сұрақ

§ 9.2. Біртүрлі ағыстар мен жат толқындар. Жазық электрон

§ 9.3. Кулон заңы Фарадей индукция заңының салдары ретінде

§ 9.4. Неліктен барлық элементар зарядтардың шамасы бірдей?

§ 9.5. Жұмсақ және тұтқыр. Үдеу кезіндегі сәулелену. Элементтік зарядтың үдеуі

§ 9.6. Сіз ойлануды ұмытып кеткен «pi» саны немесе электронның қасиеттері

§ 9.7. Электронның және басқа зарядталған бөлшектердің «релятивистік» массасы. Зарядтардың табиғатынан Кауфманның тәжірибелерін түсіндіру

10-тарау. Элементар емес бөлшектер. Нейтрон. Жаппай ақау

§ 10.1. Элементар зарядтардың өзара индукциясы және массалық кемістік

§ 10.2. Бөлшектердің тартылу энергиясы

§ 10.3. Антибөлшектер

§ 10.4. Нейтронның ең қарапайым моделі

§ 10.5. Ядролық күштердің құпиясы

11-тарау. Сутегі атомы және заттың құрылысы

§ 11.1. Сутегі атомының ең қарапайым моделі. Барлығы зерттелді ме?

§ 11.2. Бор постулаттары, кванттық механика және жалпы мағына

§ 11.3. Байланыс энергиясына индукциялық түзету

§ 11.4. Өзек массасының шектілігін ескере отырып

§ 11.5. Түзету мәнін есептеу және нақты иондану энергиясының мәнін есептеу

§ 11.6. Альфа және біртүрлі сәйкестіктер

§ 11.7. Жұмбақ гидрид-ион және алты пайыз

Радиотехниканың кейбір мәселелері 12-тарау

§ 12.1. Концентрленген және жалғыз реактивтілік

§ 12.2. Кәдімгі резонанс және басқа ештеңе жоқ. Қарапайым антенналардың жұмысы

§ 12.3. Қабылдау антенналары жоқ. Қабылдағыштағы асқын өткізгіштік

§ 12.4. Дұрыс қысқарту қалыңдауға әкеледі

§ 12.5. Болмайтын және қажетсіз туралы. EZ, EH және Korobeinikov банктері

§ 12.6. Қарапайым эксперименттер

Қолдану

P1. Конвекциялық токтар және элементар бөлшектердің қозғалысы

P2. Электрондық инерция

P3. Жеделдету кезінде қызыл жылжу. Эксперимент

P4. Оптика мен акустикадағы «көлденең» жиілік ығысуы

P5. Жылжымалы өріс. Құрылғы және эксперимент

P6. Ауырлық? Бұл өте оңай!

Пайдаланылған әдебиеттердің толық тізімі

Кейінгі сөз

9-тарау. Элементар зарядтар. Электрон және протон

§ 9.1. Электромагниттік масса және заряд. Зарядтың мәні туралы сұрақ

5-тарауда біз инерция механизмін білдік, «инерциялық масса» дегеніміз не және оны қандай электрлік құбылыстар мен элементар зарядтардың қасиеттері анықтайтынын түсіндірдік. 7-тарауда біз гравитация және «гравитациялық масса» құбылысы үшін де солай істедік. Денелердің инерциясы да, ауырлығы да элементар бөлшектердің геометриялық өлшемімен және олардың зарядымен анықталатыны анықталды. Геометриялық өлшем таныс ұғым болғандықтан, инерция және гравитация сияқты іргелі құбылыстар аз зерттелген бір ғана затқа – «зарядқа» негізделген. Осы уақытқа дейін «заряд» ұғымы жұмбақ және дерлік мистикалық. Алғашында ғалымдар тек макроскопиялық зарядтармен айналысты, яғни. макроскопиялық денелердің зарядтары. Ғылымда электр тогын зерттеудің басында көзге көрінбейтін «электрлік сұйықтықтар» туралы идеялар қолданылды, олардың артық болуы немесе жетіспеушілігі денелердің электрленуіне әкеледі. Ұзақ уақыт бойы пікірталас оның бір сұйықтық немесе екеуі: оң және теріс екендігі туралы ғана болды. Содан кейін олар «элементар» заряд тасымалдаушылар, электрондар және иондалған атомдар бар екенін анықтады, яғни. артық электроны немесе жетіспейтін электроны бар атомдар. Тіпті кейінірек «ең қарапайым» оң заряд тасымалдаушылар – протондар ашылды. Содан кейін көптеген «элементар» бөлшектер бар және олардың көпшілігінің электр заряды болатыны белгілі болды, ал шама бойынша бұл заряд әрқашан

q 0 ≈ 1,602 10− 19 С зарядтың кейбір минималды анықталатын бөлігінің еселігі. Бұл

бөлігі «элементар заряд» деп аталды. Заряд дененің электрлік әрекеттесулерге және, атап айтқанда, электростатикалық әрекеттесулерге қатысу дәрежесін анықтайды. Бүгінгі күнге дейін элементар зарядтың не екендігі туралы түсінікті түсінік жоқ. Тақырып бойынша зарядтың басқа зарядтардан тұратыны (мысалы, бөлшек заряд мәндері бар кварктар) туралы кез келген тұжырым түсініктеме емес, мәселенің схоластикалық «бұлыңғырлығы» болып табылады.

Бұрын белгілегенімізді пайдалана отырып, зарядтар туралы өзіміз ойлануға тырысайық. Зарядтар үшін белгіленген негізгі заң Кулон заңы екенін еске түсірейік: екі зарядталған дененің өзара әрекеттесу күші олардың зарядтарының шамаларының көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционал. Егер біз Кулон заңын кез келген нақты зерттелген физикалық механизмдерден шығаратын болсақ, онда біз зарядтардың мәнін түсінуге қадам жасаймыз. Элементар зарядтар сыртқы дүниемен әрекеттесу тұрғысынан толығымен олардың электр өрісімен: оның құрылымымен және қозғалысымен анықталатынын жоғарыда айттық. Және олар инерция мен ауырлық күшін түсіндіргеннен кейін элементар зарядтарда қозғалатын электр өрісінен басқа ештеңе қалмағанын айтты. Ал электр өрісі вакуумның, эфирдің, пленумның бұзылған күйлерінен басқа ештеңе емес. Ал, дәйекті болайық және электрон мен оның зарядын қозғалатын өріске дейін азайтуға тырысайық! Біз 5-тарауда протонның зарядының белгісі мен геометриялық өлшемін қоспағанда, электронға толығымен ұқсас екенін болжадық. Егер электронды қозғалатын өріске келтіру арқылы біз зарядтың белгісін де, бөлшектердің заряд мөлшерінің өлшемге тәуелсіздігін де түсіндіре алатынымызды көретін болсақ, онда біздің тапсырмамыз ең болмағанда бірінші жуықтау үшін орындалады.

§ 9.2. Біртүрлі ағыстар мен жат толқындар. Жазық электрон

Алдымен r 0 радиусы дөңгелек жол бойымен қозғалатын сақиналы зарядтың өте жеңілдетілген үлгі жағдайын (9.1-сурет) қарастырайық. Ал жалпы оған рұқсат етіңіз

электрлік бейтарап, яғни. оның ортасында қарама-қарсы таңбалы заряд бар. Бұл «жалпақ электрон» деп аталады. Біз нағыз электрон деген осы деп айтып отырған жоқпыз, тек екі өлшемді жағдайда бос элементар зарядқа эквивалентті электрлік бейтарап объектіні алуға бола ма, жоқ па, соны түсінуге тырысамыз. Эфирдің байланысқан зарядтарынан (вакуум, пленум) зарядымызды құруға тырысайық. Белгілі болу үшін сақинаның заряды теріс болсын, ал сақина сағат тілімен қозғалады (9.1-сурет). Бұл жағдайда ток I t сағат тіліне қарсы бағытта өтеді. Кішкентайды таңдайық

сақина зарядының элементі dq және оған аз ұзындығы dl тағайындаңыз. Уақыттың әр сәтінде dq элементі v t тангенциалдық жылдамдықпен және a n қалыпты үдеумен қозғалатыны анық. Осындай қозғалыспен dI элементінің жалпы тогын байланыстыруға болады -

векторлық шама. Бұл мән тұрақты тангенциалды ток ретінде ұсынылуы мүмкін dI t, оның бағытын ағынмен үнемі «бұрады».

уақыт, яғни жеделдетілген. Яғни, бар қалыпты үдеу dI&n. Қиындық

Әрі қарай қарастыру осы уақытқа дейін физикада негізінен жеделдету токтың бағытымен бір түзу сызықта болатын айнымалы токтарды қарастырғанымызға байланысты. Бұл жағдайда жағдай басқаша: ток перпендикуляроның жеделдетуіне. Ал не? Бұл физиканың бұрын бекітілген заңдарын жоққа шығара ма?

Күріш. 9.1. Сақиналық ток және оның сынақ зарядына күш әсері

Оның магнит өрісі элементар токтың өзімен байланысты болатыны сияқты (Био-Саварт-Лаплас заңы бойынша), элементар токтың үдеуі де алдыңғы тарауларда көрсеткеніміздей, индукцияның электр өрісімен байланысты. Бұл өрістер сыртқы q зарядына F күш әрекетін жасайды (9.1-сурет). Радиусы r 0 шекті болғандықтан, әрекеттер

Сақинаның оң жақ жартысының (суретке сәйкес) элементар токтары сол жақ жартысының элементар токтарының қарама-қарсы әсерімен толығымен өтелмейді.

Осылайша, сақиналы ток I мен сыртқы сынақ заряды q арасында болуы керек

күш әсерлесуі пайда болады.

Нәтижесінде, біз алыпсатарлық түрде құрылыста толығымен электрлік бейтарап болатын, бірақ сақиналы ток бар объектіні жасай алатынымызды анықтадық. Вакуумдағы сақиналы ток дегеніміз не? Бұл бұрмалық ток. Біз оны қарама-қарсы зарядтардың толық қалған бөлігімен байланысты теріс (немесе керісінше - оң) вакуумдық зарядтардың айналмалы қозғалысы ретінде елестете аламыз.

В орталық. Оны сондай-ақ оң және теріс байланысқан зарядтардың бірлескен айналмалы қозғалысы ретінде елестетуге болады, бірақ әртүрлі жылдамдықта немесе әртүрлі радиустар бойынша немесе

В әртүрлі жақтары... Сайып келгенде, жағдайды қалай қарасақ та, солай болады

айналмалы электр өрісіне дейін төмендетіңіз E, шеңберде тұйықталған . Бұл магнит өрісін жасайды B, токтардың ағып кетуімен байланысты және қосымша, шектелмеген крсағ hom электр өрісі Eind , бұл ағымдардың болуына байланыстыжеделдетілген.

Бұл нақты элементар зарядтардың жанында (мысалы, электрондар) байқайтын нәрсе! Міне, біздің «электростатикалық» өзара әрекеттесу феноменологиясы. Электронды құру үшін бос зарядтар (бөлшек немесе басқа заряд мәндері бар) қажет емес. Тек жеткілікті байланысқан вакуумдық зарядтар! Есіңізде болсын, қазіргі заманғы түсініктерге сәйкес, фотон да қозғалатын электр өрісінен тұрады және әдетте электрлік бейтарап. Егер фотон сақинаға «бүгілсе», онда оның заряды болады, өйткені оның электр өрісі енді түзу сызықты және біркелкі емес, жылдам қозғалатын болады. Енді әртүрлі таңбалы зарядтардың қалай түзілетіні белгілі болды: егер «сақина үлгісіндегі» Е өрісі (9.1-сурет) бөлшектің ортасынан шеткі жағына бағытталған болса, онда заряд бір таңбалы, егер керісінше болса. , содан кейін екіншісі. Электронды (немесе позитронды) ашсақ, фотонды жасаймыз. Шындығында, бұрыштық импульсті сақтау қажеттілігіне байланысты зарядты фотонға айналдыру үшін екі қарама-қарсы зарядты алып, оларды біріктіріп, соңында екі электрлік бейтарап фотонды алу керек. Бұл құбылыс (аннигиляция реакциясы) іс жүзінде тәжірибелерде байқалады. Демек, бұл заряд - бұл электр өрісінің моменті! Әрі қарай, біз формулалар мен есептеулер жасауға тырысамыз және ауыспалы ығысу ток жағдайына қолданылатын индукция заңдарынан Кулон заңын шығарамыз.

§ 9.3. Кулон заңы Фарадей индукция заңының салдары ретінде

Екі өлшемді (жазық) жуықтауда электронның электростатикалық мағынада токтың айналмалы қозғалысына эквивалент болатынын көрсетейік, ол шамасы бойынша r 0 радиусы бойынша жылдамдықпен қозғалатын q 0 заряд тогына тең. жарық жылдамдығына тең c .

Ол үшін жалпы дөңгелек ток I (9.1-сурет) Idl элементар токтарға бөлеміз, q сынақ заряды орналасқан нүктеде әрекет етуші dE ind есептеп, сақина үстінде біріктіреміз.

Сонымен, біздің жағдайда сақина арқылы өтетін ток мынаған тең:

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

Бұл ток қисық сызықты, яғни жеделдетілген болғандықтан, ол

айнымалылар:

И. Мисюченко								Құдайдың соңғы құпиясы
			dt 2 π r				2πр

мұндағы a - әрбір ток элементінің шеңбер бойымен c жылдамдығымен қозғалған кездегі центрге тартқыш үдеу.

a = c 2 үдеуіне кинематикадан белгілі өрнекті қойып, мынаны аламыз: r 0

					q0 c2
			2πр		2 π r 2

Ағымдағы элементтің туындысы мына формуламен өрнектелетіні анық:

					dl =	q0 c2	дл.
				2πр		2 π r 2

Био-Саварт-Лаплас заңынан келесідей, әрбір ток элементі Idl сынақ заряды орналасқан жерде «элементар» магнит өрісін жасайды:

(9,5) дБ =			I[dl,rr]

4-тараудан қарапайым токтың айнымалы магнит өрісі электр тогын тудыратыны белгілі:

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

Енді осы өрнекке (9.4) элементар дөңгелек токтың туындысының мәнін ауыстырайық:

									dl sin(β)
		dE =
						2 π r 2

Осы қарапайым электр өрісінің кернеуліктерін ағымдағы контур бойымен, яғни шеңберде анықтаған барлық dl бойынша біріктіру қалады:

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

Бұрыштар бойынша интегралдау мынаны беретінін көру оңай (9.1-сурет):

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

Сәйкесінше, сынақ заряды орналасқан нүктедегі біздің қисық сызықты токтан индукцияның E инд электр өрісінің кернеулігінің жалпы мәні тең болады.