Šiame straipsnyje rasite informacijos apie protoną, kaip elementarią dalelę, kuri kartu su kitais jos elementais sudaro visatos pagrindą, naudojamą chemijoje ir fizikoje. Bus nustatytos protono savybės, jo charakteristikos chemijoje ir stabilumas.

Kas yra protonas

Protonas yra vienas iš elementariųjų dalelių atstovų, kuris priskiriamas barionams, pvz. kurioje fermionai stipriai sąveikauja, o pati dalelė susideda iš 3 kvarkų. Protonas yra stabili dalelė ir turi asmeninį impulsą – sukimąsi ½. Fizinis protono pavadinimas yra p(arba p +)

Protonas yra elementarioji dalelė, dalyvaujanti termobranduolinio tipo procesuose. Būtent tokio tipo reakcija iš esmės yra pagrindinis žvaigždžių generuojamos energijos šaltinis visoje visatoje. Beveik visas Saulės išskiriamas energijos kiekis egzistuoja tik dėl 4 protonų susijungimo į vieną helio branduolį, susidarius vienam neutronui iš dviejų protonų.

Protonui būdingos savybės

Protonas yra vienas iš barionų atstovų. Tai faktas. Protono krūvis ir masė yra pastovūs dydžiai. Protonas yra elektriškai įkrautas +1, o jo masė nustatoma įvairiais matavimo vienetais ir yra MeV 938,272 0813(58), protono kilogramais svoris yra 1,672 621 898(21) 10 −27 kg, atominių masių vienetais protono svoris yra 1,007 276 466 879(91) a. e.m., o elektrono masės atžvilgiu protonas sveria 1836,152 673 89 (17) elektrono atžvilgiu.

Protonas, kurio apibrėžimas jau buvo pateiktas aukščiau, fizikos požiūriu, yra elementarioji dalelė, kurios projekcija yra izospinas +½, o branduolinė fizika šią dalelę suvokia su priešingu ženklu. Pats protonas yra nukleonas ir susideda iš 3 kvarkų (du u kvarkai ir vienas d kvarkas).

Protono struktūrą eksperimentiškai ištyrė branduolinis fizikas iš Jungtinių Amerikos Valstijų – Robertas Hofstadteris. Siekdamas šio tikslo, fizikas susidūrė su protonais su didelės energijos elektronais ir už apibūdinimą buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija.

Protone yra šerdis (sunkioji šerdis), kurioje yra apie trisdešimt penkis procentus protono elektros krūvio energijos ir kurios tankis yra gana didelis. Šerdį supantis apvalkalas yra santykinai išsikrovęs. Apvalkalas daugiausia susideda iš virtualių ir p tipo mezonų, turi apie penkiasdešimt procentų protono elektrinio potencialo ir yra maždaug 0,25 * 10 13 – 1,4 * 10 13 atstumu. Dar toliau, maždaug 2,5 * 10 13 centimetrų atstumu, apvalkalas susideda iš ir w virtualių mezonų ir jame yra maždaug penkiolika procentų likusių protono elektros krūvio.

Protonų stabilumas ir stabilumas

Laisvoje būsenoje protonas nerodo jokių skilimo požymių, o tai rodo jo stabilumą. Stabilią protono, kaip lengviausio barionų atstovo, būseną lemia barionų skaičiaus išsaugojimo dėsnis. Nepažeisdami SBC dėsnio, protonai gali suskaidyti į neutrinus, pozitronus ir kitas lengvesnes elementarias daleles.

Atomų branduolio protonas turi galimybę užfiksuoti tam tikrų tipų elektronus, turinčius K, L, M atomų apvalkalus. Protonas, užbaigęs elektronų gaudymą, virsta neutronu ir dėl to išskiria neutriną, o elektronų gaudymo metu susidariusi „skylė“ užpildoma elektronais iš viršaus po apatiniais atomo sluoksniais.

Neinercinėse atskaitos sistemose protonai turi įgyti ribotą eksploatavimo laiką, kurį galima apskaičiuoti; taip yra dėl Unruh efekto (spinduliavimo), kuris kvantinio lauko teorijoje numato galimą šiluminės spinduliuotės apmąstymą atskaitos sistemoje, kuri yra pagreitinta šio tipo spinduliuotės nebuvimas. Taigi protonas, jei jo gyvavimo laikas yra ribotas, gali patirti beta skilimą į pozitroną, neutroną arba neutriną, nepaisant to, kad pats tokio skilimo procesas yra uždraustas ZSE.

Protonų panaudojimas chemijoje

Protonas yra H atomas, sudarytas iš vieno protono ir neturintis elektrono, todėl chemine prasme protonas yra vienas H atomo branduolys.Neutronas, susietas su protonu, sukuria atomo branduolį. Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo PTCE elemento numeris nurodo protonų skaičių konkretaus elemento atome, o elemento numerį lemia atomo krūvis.

Vandenilio katijonai yra labai stiprūs elektronų akceptoriai. Chemijoje protonai daugiausia gaunami iš organinių ir mineralinių rūgščių. Jonizacija yra protonų gamybos dujų fazėse būdas.

Iki XX amžiaus pradžios mokslininkai manė, kad atomas yra mažiausia nedaloma materijos dalelė, tačiau tai pasirodė klaidinga. Tiesą sakant, atomo centre yra jo branduolys su teigiamai įkrautais protonais ir neutraliais neutronais, o neigiamo krūvio elektronai sukasi orbitose aplink branduolį (šį atomo modelį 1911 m. pasiūlė E. Rutherfordas). Pastebėtina, kad protonų ir neutronų masės yra beveik lygios, tačiau elektrono masė yra apie 2000 kartų mažesnė.

Nors atome yra ir teigiamai, ir neigiamai įkrautų dalelių, jo krūvis yra neutralus, nes atomas turi tiek pat protonų ir elektronų, o skirtingai įkrautos dalelės viena kitą neutralizuoja.

Vėliau mokslininkai išsiaiškino, kad elektronai ir protonai turi vienodą krūvį, lygų 1,6 10 -19 C (C yra kulonas, elektros krūvio vienetas SI sistemoje.

Ar kada susimąstėte apie klausimą – koks elektronų skaičius atitinka 1 C krūvį?

1/(1,6·10-19) = 6,25·10 18 elektronų

Elektros energija

Elektros krūviai veikia vienas kitą, o tai pasireiškia forma elektrinė jėga.

Jei kūne yra elektronų perteklius, jis turės bendrą neigiamą elektros krūvį, ir atvirkščiai – jei yra elektronų trūkumas, kūnas turės bendrą teigiamą krūvį.

Analogiškai su magnetinėmis jėgomis, kai panašaus krūvio poliai atstumia, o priešingai įkrauti poliai traukia, elektros krūviai elgiasi panašiai. Tačiau fizikoje neužtenka vien kalbėti apie elektros krūvio poliškumą, svarbi jo skaitinė reikšmė.

Norint sužinoti tarp įkrautų kūnų veikiančios jėgos dydį, reikia žinoti ne tik krūvių dydį, bet ir atstumą tarp jų. Visuotinės gravitacijos jėga jau buvo svarstyta anksčiau: F = (Gm 1 m 2)/R 2

• m 1, m 2- kūno masės;
• R- atstumas tarp kūnų centrų;
• G = 6,67 10 -11 Nm 2 /kg- universali gravitacinė konstanta.

Laboratorinių eksperimentų dėka fizikai išvedė panašią elektros krūvių sąveikos jėgos formulę, kuri buvo vadinama Kulono dėsnis:

F = kq 1 q 2 /r 2

• q 1, q 2 - sąveikaujantys krūviai, matuojami C;
• r – atstumas tarp krūvių;
• k - proporcingumo koeficientas ( 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 - elektrinė konstanta.

Pagal Kulono dėsnį, jei du krūviai turi tą patį ženklą, tai tarp jų veikianti jėga F yra teigiama (krūviai atstumia vienas kitą); jei krūviai turi priešingus ženklus, veikianti jėga yra neigiama (krūviai traukia vienas kitą).

Kokia milžiniška yra 1 C krūvio jėga, galima spręsti pagal Kulono dėsnį. Pavyzdžiui, jei darysime prielaidą, kad du krūviai, kurių kiekvienas yra 1 C, yra išdėstyti 10 metrų atstumu vienas nuo kito, jie atstums vienas kitą jėga:

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

Tai gana didelė jėga, maždaug panaši į 5600 tonų masę.

Dabar naudokime Kulono dėsnį, kad išsiaiškintume, kokiu tiesiniu greičiu elektronas sukasi vandenilio atome, darant prielaidą, kad jis juda apskrita orbita.

Pagal Kulono dėsnį elektrostatinė jėga, veikianti elektroną, gali būti prilyginama įcentrinei jėgai:

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

Atsižvelgdami į tai, kad elektrono masė yra 9,1·10 -31 kg, o jo orbitos spindulys = 5,29·10 -11 m, gauname reikšmę 8,22·10 -8 N.

Dabar galime rasti tiesinį elektrono greitį:

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

Taigi vandenilio atomo elektronas sukasi aplink savo centrą maždaug 7,88 mln. km/h greičiu.

Neutroną 1932 m. atrado anglų fizikas Jamesas Chadwickas. Neutrono masė yra 1,675·10-27 kg, tai yra 1839 kartus didesnė už elektrono masę. Neutronas neturi elektros krūvio.

Tarp chemikų įprasta naudoti atominės masės vienetą arba daltoną (d), maždaug lygų protono masei. Protono masė ir neutrono masė yra maždaug lygi vienam atominės masės vienetui.

2.3.2 Atomų branduolių sandara

Yra žinoma, kad yra keli šimtai skirtingų atomų branduolių tipų. Kartu su elektronais, supančiais branduolį, jie sudaro skirtingų cheminių elementų atomus.

Nors išsami branduolių struktūra nenustatyta, fizikai vienbalsiai sutinka, kad branduolius galima laikyti sudarytais iš protonų ir neutronų.

Pirmiausia pažvelkime į deuterono pavyzdį. Tai yra sunkiojo vandenilio atomo arba deuterio atomo branduolys. Deuteronas turi tokį patį elektros krūvį kaip protonas, tačiau jo masė yra maždaug du kartus didesnė už protono elektros krūvį, tačiau jo masė yra maždaug du kartus didesnė už protoną. Manoma, kad deuteronas susideda iš vieno protono ir vieno neutrono.

Helio atomo, dar vadinamo alfa dalele arba helionu, branduolio elektrinis krūvis yra du kartus didesnis nei protono, o masė yra maždaug keturis kartus didesnė už protoną. Manoma, kad alfa dalelė susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų.

2.4 Atominė orbita

Atominė orbita yra erdvė aplink branduolį, kurioje greičiausiai randamas elektronas.

Orbitose judantys elektronai sudaro elektronų sluoksnius arba energijos lygius.

Didžiausias elektronų skaičius energijos lygyje nustatomas pagal formulę:

N = 2 n2 ,

Kur n– pagrindinis kvantinis skaičius;

N– maksimalus elektronų skaičius.

Elektronai, turintys tą patį pagrindinį kvantinį skaičių, yra tame pačiame energijos lygyje. Elektriniai lygiai, apibūdinami reikšmėmis n = 1,2,3,4,5 ir tt, žymimi K, L, M, N ir kt. Pagal aukščiau pateiktą formulę pirmame (arčiausiai branduolio) energijos lygyje gali būti 2 elektronai, antrame – 8, trečiame – 18 elektronų ir t.t.

Pagrindinis kvantinis skaičius nurodo energijos vertę atomais. Mažiausią energijos kiekį turintys elektronai yra pirmame energijos lygyje (n=1). Tai atitinka s-orbitalę, kuri turi sferinę formą. Elektronas, kuris užima s orbitą, vadinamas s elektronu.

Pradedant nuo n=2, energijos lygiai skirstomi į polygius, kurie vienas nuo kito skiriasi surišimo su branduoliu energija. Yra s-, p-, d- ir f-polygiai. Formuojasi polygiai, kuriuose gyvena ta pati forma.

Antrasis energijos lygis (n=2) turi s orbitalę (žymima 2s orbitale) ir tris p orbitales (žymima 2p orbitale). 2s elektronas yra toliau nuo branduolio nei 1s elektronas ir turi daugiau energijos. Kiekviena 2p-orbitalė turi trimatės aštuntosios figūros formą, esančią ant ašies, statmenos kitų dviejų p-orbitalių (žymimų px-, py-, pz orbitalių) ašims. Elektronai, esantys p orbitoje, vadinami p elektronais.

Trečiame energijos lygyje yra trys sublygiai (3s, 3p, 3d). D polygis susideda iš penkių orbitų.

Ketvirtasis energijos lygis (n=4) turi 4 polygius (4s, 4p, 4d ir 4f). F polygis susideda iš septynių orbitų.

Pagal Pauli principą vienoje orbitoje gali būti ne daugiau kaip du elektronai. Jei orbitoje yra vienas elektronas, jis vadinamas nesuporuotu. Jei yra du elektronai, jie yra suporuoti. Be to, suporuoti elektronai turi turėti priešingus sukinius. Supaprastintai sukinys gali būti pavaizduotas kaip elektronų sukimasis aplink savo ašį pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę.

Fig. 3 paveiksle parodytas santykinis energijos lygių ir polygių išsidėstymas. Reikėtų pažymėti, kad 4s polygis yra žemiau 3d polygio.

Elektronų pasiskirstymas atomuose energijos lygiuose ir polygiuose pavaizduotas naudojant elektronines formules, pavyzdžiui:

Skaičius prieš raidę rodo energijos lygio skaičių, raidė rodo elektronų debesies formą, skaičius dešinėje virš raidės rodo elektronų, turinčių tam tikrą debesies formą, skaičių.

Grafinėse elektroninėse formulėse atominė orbita vaizduojama kaip kvadratas, elektronas – kaip rodyklė (sukimosi kryptis) (1 lentelė)

Protonai dalyvauja termobranduolinėse reakcijose, kurios yra pagrindinis žvaigždžių generuojamos energijos šaltinis. Visų pirma, reakcijos p-ciklas, kuris yra beveik visos Saulės skleidžiamos energijos šaltinis, susideda iš keturių protonų sujungimo į helio-4 branduolį ir dviejų protonų pavertimą neutronais.

Fizikoje protonas žymimas p(arba p+ ). Protono (laikomo teigiamu vandenilio jonu) cheminis žymėjimas yra H +, astrofizinis - HII.

Atidarymas

Protonų savybės

Protonų ir elektronų masių santykis, lygus 1836,152 673 89(17), 0,002% tikslumu yra lygus reikšmei 6π 5 = 1836,118...

Protono vidinę struktūrą pirmasis eksperimentiškai ištyrė R. Hofstadteris, tirdamas didelės energijos elektronų (2 GeV) pluošto susidūrimus su protonais (1961 m. Nobelio fizikos premija). Protonas susideda iš sunkios šerdies (šerdies), kurios spindulys cm, turinčios didelį masės ir krūvio tankį, nešančios ≈ 35 % (\displaystyle \apytiksliai 35\,\%) protono ir jį supančio palyginti reto apvalkalo elektrinis krūvis. Per atstumą nuo ≈ 0, 25 ⋅ 10–13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) prieš ≈ 1 , 4 ⋅ 10–13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm šis apvalkalas daugiausia susideda iš virtualių ρ - ir π -mezonų ≈ 50 % (\displaystyle \apytiksliai 50\,\%) protono elektrinis krūvis, tada į atstumą ≈ 2, 5 ⋅ 10–13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm pratęsia virtualių ω - ir π -mezonų apvalkalą, pernešantį ~ 15% protono elektros krūvio.

Slėgis protono centre, kurį sukuria kvarkai, yra apie 10 35 Pa (10 30 atmosferų), tai yra didesnis nei slėgis neutroninių žvaigždžių viduje.

Protono magnetinis momentas matuojamas matuojant protono magnetinio momento precesijos rezonansinio dažnio santykį tam tikrame vienodame magnetiniame lauke ir protono žiedinės orbitos tame pačiame lauke ciklotrono dažnį.

Yra trys fiziniai dydžiai, susiję su protonu, kurių ilgis yra toks:

Protono spindulio matavimai naudojant paprastus vandenilio atomus, atlikti įvairiais metodais nuo septintojo dešimtmečio, davė rezultatą (CODATA -2014). 0,8751 ± 0,0061 femtometras(1 fm = 10–15 m). Pirmieji eksperimentai su miuoniniais vandenilio atomais (kai elektronas pakeistas miuonu) šiam spinduliui davė 4 % mažesnį rezultatą: 0,84184 ± 0,00067 fm. Šio skirtumo priežastys vis dar neaiškios.

Stabilumas

Laisvasis protonas yra stabilus, eksperimentiniai tyrimai neatskleidė jokių jo skilimo požymių (apatinė gyvenimo trukmė yra 2,9⋅10 29 metai, nepriklausomai nuo skilimo kanalo, 1,6⋅10 34 metai skilimui į pozitroną ir neutralų pioną, 7,7⋅ 10 33 metai skilimui į teigiamą miuoną ir neutralų pioną). Kadangi protonas yra lengviausias iš barionų, protono stabilumas yra bariono skaičiaus išsaugojimo dėsnio pasekmė – protonas negali suskaidyti į jokias lengvesnes daleles (pavyzdžiui, į pozitroną ir neutriną), nepažeisdamas šio dėsnio. Tačiau daugelis teorinių standartinio modelio plėtinių numato procesus (dar nepastebėti), dėl kurių barionų skaičius neišsaugos, taigi ir protonų skilimas.

Atomo branduolyje surištas protonas gali užfiksuoti elektroną iš atomo elektronų K, L arba M apvalkalo (vadinamasis „elektronų gaudymas“). Atomo branduolio protonas, sugėręs elektroną, virsta neutronu ir kartu išspinduliuoja neutriną: p+e − →+ν e . K-, L- arba M-sluoksnyje esanti „skylė“, susidaranti elektronų gaudymo būdu, užpildoma elektronu iš vieno iš viršutinių atomo elektronų sluoksnių, skleidžiančiu būdingus rentgeno spindulius, atitinkančius atominį skaičių. Z− 1, ir (arba) Augerio elektronai. Yra žinoma daugiau nei 1000 izotopų iš 7
nuo 4 iki 262
105, suyra elektronų gaudymo būdu. Esant pakankamai didelei turimai skilimo energijai (aukščiau 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) atsidaro konkuruojantis skilimo kanalas – pozitronų skilimas p → +e ++ν e . Pabrėžtina, kad šie procesai galimi tik protonui kai kuriuose branduoliuose, kur trūkstamą energiją papildo susidariusio neutrono perėjimas į žemesnį branduolio apvalkalą; laisvajam protonui juos draudžia energijos tvermės įstatymas.

Protonų šaltinis chemijoje yra mineralinės (azoto, sieros, fosforo ir kitos) ir organinės (skruzdžių, acto, oksalo ir kitos) rūgštys. Vandeniniame tirpale rūgštys gali disociuoti, pašalindamos protoną, sudarydamos hidronio katijoną.

Dujinėje fazėje protonai gaunami jonizacijos būdu – elektrono pašalinimu iš vandenilio atomo. Nesužadinto vandenilio atomo jonizacijos potencialas yra 13,595 eV. Kai molekulinis vandenilis jonizuojamas greitais elektronais esant atmosferos slėgiui ir kambario temperatūrai, iš pradžių susidaro molekulinis vandenilio jonas (H 2 +) – fizinė sistema, susidedanti iš dviejų protonų, kuriuos vienas elektronas laiko kartu 1,06 atstumu. Tokios sistemos stabilumą, anot Paulingo, lemia elektrono rezonansas tarp dviejų protonų, kurių „rezonanso dažnis“ lygus 7·10 14 s −1. Kai temperatūra pakyla iki kelių tūkstančių laipsnių, vandenilio jonizacijos produktų sudėtis pasikeičia protonų - H + - naudai.

Taikymas

Pagreitintų protonų pluoštai naudojami eksperimentinėje elementariųjų dalelių fizikoje (sklaidos procesų tyrimas ir kitų dalelių pluoštų gamyba), medicinoje (protonų terapija sergant vėžiu).

taip pat žr

Pastabos

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Pagrindinės fizinės konstantos --- Visas sąrašas
2. CODATA reikšmė: protonų masė
3. CODATA reikšmė: protonų masė u
4. Ahmed S. ir kt. Nukleonų skilimo apribojimai per nematomus režimus iš Sudbury Neutrino observatorijos (anglų kalba) // Fizinės apžvalgos laiškai: žurnalas. - 2004. - T. 92, Nr. 10 . - P. 102004. – DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. - Bibcode: 2004PhRvL..92j2004A. - arXiv:hep-ex/0310030. – PMID 15089201.
5. CODATA reikšmė: protonų masės energijos ekvivalentas MeV
6. CODATA reikšmė: protonų ir elektronų masės santykis
7. , Su. 67.
8. Hofstadteris P. Branduolų ir nukleonų sandara // Fizik. - 1963. - T. 81, Nr. 1. - P. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Ščelkinas K. I. Virtualūs procesai ir nukleono sandara // Mikropasaulio fizika - M.: Atomizdat, 1965. - P. 75.
10. Ždanovas G. B. Elastinė sklaida, periferinė sąveika ir rezonansai // Didelės energijos dalelės. Didelės energijos erdvėje ir laboratorijose - M.: Nauka, 1965. - P. 132.
11. Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X.

2 skyrius. Elektrinis laukas ir elektra

§ 2.1. Elektrinio lauko samprata. Lauko materijos nesunaikinamumas

§ 2.2. Elektros krūviai ir laukas. Nesąmoninga tautologija

§ 2.3. Krūvių judėjimas ir laukų judėjimas. Elektros srovės

§ 2.4. Dielektrikai ir jų pagrindinės savybės. Geriausias dielektrikas pasaulyje

§ 2.5. Laidininkai ir jų savybės. Mažiausias laidininkas

§ 2.6. Paprasti ir nuostabūs eksperimentai su elektra

3 skyrius. Magnetinis laukas ir magnetizmas

§ 3.1. Magnetinis laukas, atsirandantis dėl elektrinio lauko judėjimo. Magnetinio lauko charakteristikos.

§ 3.2. Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas ir Gauso teorema

§ 3.3. Magnetinės medžiagos savybės. Labiausiai nemagnetinė medžiaga

§ 3.4. Srovę nešančio laidininko judėjimo magnetiniame lauke darbas. Magnetinio lauko energija

§ 3.5. Magnetinio lauko paradoksai

4 skyrius. Elektromagnetinė indukcija ir saviindukcija

§ 4.1. Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis ir jo mistika

§ 4.2. Induktyvumas ir saviindukcija

§ 4.3. Tiesios vielos atkarpos indukcijos ir saviindukcijos reiškiniai

§ 4.4. Faradėjaus indukcijos įstatymo demistifikavimas

§ 4.5. Ypatingas begalinės tiesios vielos ir rėmo abipusės indukcijos atvejis

§ 4.6. Paprasti ir nuostabūs eksperimentai su indukcija

5 skyrius. Inercija kaip elektromagnetinės indukcijos pasireiškimas. Kūnų masė

§ 5.1. Pagrindinės sąvokos ir kategorijos

§ 5.2. Elementaraus krūvio modelis

§ 5.3. Modelio elementariojo krūvio induktyvumas ir talpa

§ 5.4. Elektronų masės išraiškos išvedimas iš energijos sumetimų

§ 5.5. Kintamosios konvekcijos srovės ir inercinės masės saviindukcijos EMF

§ 5.6. Nematomas dalyvis, arba Macho principo atgaivinimas

§ 5.7. Dar vienas subjektų mažinimas

§ 5.8. Įkrauto kondensatoriaus energija, „elektrostatinė“ masė ir

§ 5.9. A. Sommerfeld ir R. Feynman elektromagnetinė masė elektrodinamikoje

§ 5.10. Elektrono savaiminis induktyvumas kaip kinetinis induktyvumas

§ 5.11. Apie protonų masę ir dar kartą apie mąstymo inerciją

§ 5.12. Ar tai dirigentas?

§ 5.13. Kiek svarbi forma?

§ 5.14. Dalelių tarpusavio ir saviindukcija kaip bet kokios abipusės ir saviindukcijos apskritai pagrindas

6 skyrius. Pasaulio aplinkos elektrinės savybės

§ 6.1. Trumpa tuštumos istorija

§ 6.2. Globali aplinka ir psichologinė inercija

§ 6.3. Tvirtai nustatytos vakuuminės savybės

§ 6.4. Galimos vakuumo savybės. Uždarymo vietos

§ 7.1. Įvadas į problemą

§ 7.3. Sferinio krūvio sąveika su pagreitinto krintimo eteriu

§ 7.4. Pagreitinto eterio judėjimo šalia krūvių ir masių mechanizmas

§ 7.5. Kai kurie skaitiniai ryšiai

§ 7.6. Ekvivalentiškumo principo ir Niutono gravitacijos dėsnio išvedimas

§ 7.7. Ką ši teorija turi bendro su bendruoju reliatyvumu?

8 skyrius. Elektromagnetinės bangos

§ 8.1. Svyravimai ir bangos. Rezonansas. Bendra informacija

§ 8.2. Elektromagnetinės bangos sandara ir pagrindinės savybės

§ 8.3. Elektromagnetinių bangų paradoksai

§ 8.4. Skraidančios tvoros ir žilaplaukiai profesoriai

§ 8.5. Taigi tai ne banga... Kur banga?

§ 8.6. Ne bangų emisija.

9 skyrius. Elementarieji mokesčiai. Elektronas ir protonas

§ 9.1. Elektromagnetinė masė ir krūvis. Klausimas apie mokesčio esmę

§ 9.2. Keistos srovės ir keistos bangos. Plokščiasis elektronas

§ 9.3. Kulono dėsnis kaip Faradėjaus indukcijos dėsnio pasekmė

§ 9.4. Kodėl visi elementarieji krūviai yra vienodo dydžio?

§ 9.5. Minkštas ir klampus. Spinduliuotė pagreičio metu. Elementinio krūvio pagreitis

§ 9.6. Skaičius „pi“ arba elektrono savybės, apie kurias pamiršote pagalvoti

§ 9.7. „Reliatyvistinė“ elektrono ir kitų įkrautų dalelių masė. Kaufmano eksperimentų paaiškinimas iš krūvių prigimties

10 skyrius. Neelementarios dalelės. Neutronas. Masinis defektas

§ 10.1. Abipusė elementariųjų krūvių indukcija ir masės defektas

§ 10.2. Dalelių traukos energija

§ 10.3. Antidalelės

§ 10.4. Paprasčiausias neutrono modelis

§ 10.5. Branduolinių jėgų paslaptis

11 skyrius. Vandenilio atomas ir materijos sandara

§ 11.1. Paprasčiausias vandenilio atomo modelis. Ar viskas ištirta?

§ 11.2. Bohro postulatai, kvantinė mechanika ir sveikas protas

§ 11.3. Surišimo energijos indukcinė korekcija

§ 11.4. Atsižvelgiant į šerdies masės baigtinumą

§ 11.5. Pataisos vertės apskaičiavimas ir tikslios jonizacijos energijos vertės apskaičiavimas

§ 11.6. Alfa ir keisti sutapimai

§ 11.7. Paslaptingasis hidrido jonas ir šešių proc

12 skyrius. Kai kurie radijo inžinerijos klausimai

§ 12.1. Koncentruotas ir pavienis reaktyvumas

§ 12.2. Įprastas rezonansas ir nieko daugiau. Paprastų antenų valdymas

§ 12.3. Nėra priėmimo antenų. Superlaidumas imtuve

§ 12.4. Tinkamas sutrumpinimas veda prie sustorėjimo

§ 12.5. Apie nesamą ir nereikalingą. EZ, EH ir Korobeinikovo bankai

§ 12.6. Paprasti eksperimentai

Taikymas

P1. Konvekcinės srovės ir elementariųjų dalelių judėjimas

P2. Elektronų inercija

P3. Raudonasis poslinkis pagreičio metu. Eksperimentuokite

P4. „Skersinis“ dažnio poslinkis optikoje ir akustikoje

P5. Judantis laukas. Įrenginys ir eksperimentas

P6. Gravitacija? Tai labai paprasta!

Visas naudotos literatūros sąrašas

Pokalbis

9 skyrius. Elementarieji mokesčiai. Elektronas ir protonas

§ 9.1. Elektromagnetinė masė ir krūvis. Klausimas apie mokesčio esmę

5 skyriuje išsiaiškinome inercijos mechanizmą, paaiškinome, kas yra „inercinė masė“ ir kokie elektriniai reiškiniai bei elementariųjų krūvių savybės ją lemia. 7 skyriuje mes padarėme tą patį dėl gravitacijos reiškinio ir „gravitacinės masės“. Paaiškėjo, kad tiek kūnų inerciją, tiek gravitaciją lemia elementariųjų dalelių geometrinis dydis ir jų krūvis. Kadangi geometrinis dydis yra pažįstama sąvoka, tokie pagrindiniai reiškiniai kaip inercija ir gravitacija yra pagrįsti tik vienu mažai ištirtu subjektu - „krūviu“. Iki šiol sąvoka „mokestis“ yra paslaptinga ir beveik mistinė. Iš pradžių mokslininkai užsiėmė tik makroskopiniais krūviais, t.y. makroskopinių kūnų krūviai. Elektros tyrinėjimo moksle pradžioje buvo naudojamos idėjos apie nematomus „elektrinius skysčius“, kurių perteklius ar trūkumas lemia kūnų elektrifikaciją. Ilgą laiką diskutuota tik apie tai, ar tai vienas skystis, ar du iš jų: teigiamas ir neigiamas. Tada jie išsiaiškino, kad yra „elementarių“ krūvininkų, elektronų ir jonizuotų atomų, t.y. atomai, kuriuose yra elektrono perteklius arba trūksta elektrono. Dar vėliau buvo atrasti „elementariausi“ teigiamų krūvininkų – protonai. Tada paaiškėjo, kad yra daug „elementariųjų“ dalelių ir daugelis jų turi elektros krūvį, o pagal dydį šis krūvis visada yra

yra tam tikros minimalios aptinkamos krūvio dalies q 0 ≈ 1,602 10–19 C kartotinis. Tai

dalis buvo vadinama „elementariu krūviu“. Krūvis lemia, kiek kūnas dalyvauja elektrinėje sąveikoje, o ypač elektrostatinėje sąveikoje. Iki šiol nėra suprantamo paaiškinimo, kas yra elementarus mokestis. Bet koks samprotavimas tema, kad krūvis susideda iš kitų krūvių (pavyzdžiui, kvarkų su trupmeninių krūvių reikšmėmis), yra ne paaiškinimas, o scholastinis problemos „išliejimas“.

Pabandykime apie mokesčius galvoti patys, pasinaudodami tuo, ką jau nustatėme anksčiau. Prisiminkime, kad pagrindinis krūviams nustatytas dėsnis yra Kulono dėsnis: dviejų įkrautų kūnų sąveikos jėga yra tiesiogiai proporcinga jų krūvių dydžių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Pasirodo, jei Kulono dėsnį gausime iš kokių nors konkrečių jau ištirtų fizinių mechanizmų, žengsime žingsnį, kad suprastume krūvių esmę. Jau sakėme, kad elementariuosius krūvius, kalbant apie sąveiką su išoriniu pasauliu, visiškai lemia jų elektrinis laukas: jo struktūra ir judėjimas. Ir jie sakė, kad po inercijos ir gravitacijos paaiškinimo elementariuose krūviuose neliko nieko, išskyrus judantį elektrinį lauką. O elektrinis laukas yra ne kas kita, kaip sutrikusios vakuumo, eterio, pleno būsenos. Na, būkime nuoseklūs ir pabandykime elektroną ir jo krūvį redukuoti į judantį lauką! Jau 5 skyriuje spėjome, kad protonas yra visiškai panašus į elektroną, išskyrus jo krūvio ženklą ir geometrinį dydį. Jei, redukuodami elektroną į judantį lauką, pamatysime, kad galime paaiškinti ir krūvio ženklą, ir dalelių krūvio dydžio nepriklausomybę nuo dydžio, tada mūsų užduotis bus baigta, bent jau pirmuoju aproksimavimu.

§ 9.2. Keistos srovės ir keistos bangos. Plokščiasis elektronas

Pirmiausia panagrinėkime itin supaprastintą modelio situaciją (9.1 pav.), kai žiedinis krūvis juda apskritimu, kurio spindulys yra r 0 . Ir tegul jis apskritai

elektra neutralus, t.y. jo centre yra priešingo ženklo krūvis. Tai vadinamasis „plokščiasis elektronas“. Neteigiame, kad tai yra tikras elektronas, tik kol kas bandome suprasti, ar įmanoma plokščiame dvimačiame korpuse gauti elektriškai neutralų objektą, prilygstantį laisvajam elementiniam krūviui. Pabandykime sukurti savo krūvį iš susijusių eterio krūvių (vakuuminis, pilnas). Apibrėžtumo dėlei tegul žiedo krūvis yra neigiamas, o žiedas juda pagal laikrodžio rodyklę (9.1 pav.). Šiuo atveju srovė I t teka prieš laikrodžio rodyklę. Išsirinkime mažus

žiedo krūvio dq elementą ir priskirkite jam mažo ilgio dl. Akivaizdu, kad kiekvienu laiko momentu elementas dq juda tangentiniu greičiu v t ir normaliuoju pagreičiu a n. Su tokiu judėjimu galime susieti visą elemento dI srovę -

vektorinis kiekis. Šią reikšmę galima pavaizduoti kaip pastovią tangentinę srovę dI t, nuolat „sukant“ savo kryptį su srautu

laiko, tai yra pagreitintas. Tai yra, turintis normalus pagreitis dI&n. Sunkumai

Tolesnis svarstymas susijęs su tuo, kad iki šiol fizikoje daugiausia buvo svarstomos kintamos srovės, kurių pagreitis buvo toje pačioje tiesėje su pačios srovės kryptimi. Šiuo atveju situacija kitokia: srovė statmenai iki jo pagreičio. Ir ką? Ar tai paneigia anksčiau tvirtai nusistovėjusius fizikos dėsnius?

Ryžiai. 9.1. Žiedo srovė ir jos jėgos poveikis bandomajam krūviui

Kaip jos magnetinis laukas yra susietas su pačia elementaria srove (pagal Biot-Savarto-Laplaso dėsnį), taip ir elementariosios srovės pagreitis yra susijęs su elektriniu indukcijos lauku, kaip parodėme ankstesniuose skyriuose. Šie laukai išorinį krūvį q veikia jėgą F (9.1 pav.). Kadangi spindulys r 0 yra baigtinis, tai veiksmai

Dešiniosios (pagal paveikslą) žiedo pusės elementariųjų srovių negalima visiškai kompensuoti priešingu kairiosios pusės elementariųjų srovių poveikiu.

Taigi tarp žiedo srovės I ir išorinio bandymo krūvio q turi

atsiranda jėgos sąveika.

Dėl to mes nustatėme, kad galime spėlioti sukurti objektą, kuris, kaip visuma, bus visiškai elektriškai neutralus, tačiau turi žiedinę srovę. Kas yra žiedo srovė vakuume? Tai poslinkio srovė. Galime įsivaizduoti kaip sukamąjį susietų neigiamų (arba atvirkščiai - teigiamų) vakuuminių krūvių judesį su visais likusiais priešingais krūviais.

V centras. Jį taip pat galima įsivaizduoti kaip bendrą sukamąjį teigiamų ir neigiamų surištų krūvių judėjimą, tačiau skirtingu greičiu arba skirtingais spinduliais arba

V skirtingos pusės... Galiausiai, kad ir kaip žiūrėtume į situaciją, ji taip ir bus

redukuoti iki besisukančio elektrinio lauko E, uždaro apskritime . Taip sukuriamas magnetinis laukas B, siejamas su tuo, kad teka srovės ir papildoma, neribota kr adresu hom elektrinis laukas Eind , dėl to, kad šios srovės paspartėjo.

Būtent tai mes stebime šalia realių elementarių krūvių (pavyzdžiui, elektronų)! Štai mūsų vadinamosios „elektrostatinės“ sąveikos fenomenologija. Elektronui sukurti nereikia laisvųjų krūvių (su trupmeninėmis ar kitomis krūvio reikšmėmis). Užtenka tik surištieji vakuuminiai krūviai! Atminkite, kad pagal šiuolaikines koncepcijas fotonas taip pat susideda iš judančio elektrinio lauko ir paprastai yra elektriškai neutralus. Jei fotonas yra „sulenktas“ į žiedą, jis turės krūvį, nes jo elektrinis laukas dabar judės ne tiesiškai ir tolygiai, o pagreitintas. Dabar aišku, kaip formuojasi skirtingų ženklų krūviai: jei laukas E „žiedo modelyje“ (9.1 pav.) nukreiptas iš centro į dalelės periferiją, tai krūvis yra vieno ženklo, jei atvirkščiai. , tada iš kito. Jei atidarome elektroną (arba pozitroną), sukuriame fotoną. Iš tikrųjų, norint išsaugoti kampinį impulsą, norint paversti krūvį fotonu, reikia paimti du priešingus krūvius, juos sujungti ir galiausiai gauti du elektriškai neutralius fotonus. Šis reiškinys (naikinimo reakcija) iš tikrųjų stebimas eksperimentuose. Taigi toks yra mokestis – tai yra elektrinio lauko sukimo momentas! Toliau pabandysime atlikti formules ir skaičiavimus bei išvesti Kulono dėsnį iš indukcijos dėsnių, taikomų kintamos poslinkio srovės atveju.

§ 9.3. Kulono dėsnis kaip Faradėjaus indukcijos dėsnio pasekmė

Parodykime, kad dvimatėje (plokščiamoje) aproksimacijoje elektronas elektrostatine prasme yra lygiavertis sukamajam srovės judėjimui, kuris savo dydžiu yra lygus įkrovos srovei q 0, judančiai spinduliu r 0 greičiu. lygus šviesos greičiui c .

Tam suminę žiedinę srovę I (9.1 pav.) padaliname į elementariąsias sroves Idl, apskaičiuojame dE ind, veikiančią taške, kur yra bandomasis krūvis q, ir integruojame virš žiedo.

Taigi srovė, tekanti mūsų atveju per žiedą, yra lygi:

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

Kadangi ši srovė yra kreivinė, tai yra, pagreitinta, ji yra

kintamieji:

I. Misiučenko								Paskutinė Dievo paslaptis
			dt 2 π r				2πr

kur a yra įcentrinis pagreitis, kurį patiria kiekvienas srovės elementas judėdamas apskritimu c greičiu.

Iš kinematikos žinomą išraišką pakeitę pagreitį a = c 2, gauname: r 0

					q0 c2
			2πr		2 π r 2

Akivaizdu, kad dabartinio elemento išvestinė bus išreikšta formule:

					dl =	q0 c2	dl.
				2πr		2 π r 2

Kaip matyti iš Biot-Savart-Laplace dėsnio, kiekvienas srovės elementas Idl sukuria "elementarų" magnetinį lauką taške, kuriame yra bandomasis krūvis:

(9,5) dB =			Aš[ dl , rr ]

Iš 4 skyriaus žinoma, kad kintamasis elementariosios srovės magnetinis laukas sukuria elektrinį:

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

Dabar į šią išraišką pakeiskime elementarios apskritimo srovės išvestinės reikšmę iš (9.4):

									dl nuodėmės (β)
		dE =
						2 π r 2

Belieka integruoti šiuos elementarius elektrinio lauko stiprumus išilgai srovės kontūro, ty per visus dl, kuriuos nustatėme apskritime:

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

Nesunku pastebėti (9.1 pav.), kad integravimas per kampus duos:

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

Atitinkamai, bendra indukcijos E ind elektrinio lauko stiprio vertė iš mūsų kreivinės srovės taške, kur yra bandomasis krūvis, bus lygi.