Больше электронов чем протонов содержит частица

Тест по теме «Атом»

Просмотр содержимого документа
«Тест по теме «Атом»»

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Больше электронов, чем протонов содержит частица, символ которой:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

В молекуле Sx содержится 64 электрона. Укажите значение х.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Чем различаются между собой нуклиды 79 Br и 81 Br?

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

1) числом нейтронов

2) протонным числом

3) числом электронов

Укажите символы элементарных частиц:

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

Один из нуклидов меди содержит 36 нейтронов, массовое число этого нуклида равно:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

В электронейтральном атоме число протонов всегда равно:

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

1) сумме чисел нейтронов и электронов

3) числу электронов

4) разнице между нуклонным числом и числом электронов

Укажите символ самой тяжёлой частицы:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

Запишите сумму всех элементарных частиц в нуклиде 40 Ar.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Массовая доля атомов водорода наибольшая в составе молекулы, формула которой:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

Заряд ядра определяется числом:

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Выберите один из 4 вариантов ответа:

Источник

15 самых интригующих фактов об атомах

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Все во Вселенной — от ядра Земли до самых дальних галактик — состоит из атомов. Это фундаментальная единица элемента.

К настоящему времени было идентифицировано 118 элементов (все они перечислены в периодической таблице).

Слово «атом», означающее «неделимый», происходит от древнегреческого слова «ἄτομος». Древнегреческие философы считали, что атом невозможно разделить на что-то меньшее. Однако ученые доказали этот факт неправильно в начале 20 века, когда они открыли субатомные частицы (электроны, протоны, нейтроны).

Ниже мы перечислили некоторые из наиболее интригующих фактов об атомах, которые только сделают вас умнее. Так что давайте начнем с самого короткого и простого.

1. Состав атомов

Каждый атом содержит одно ядро ​​[в центре] и один или несколько электронов. Ядро обычно состоит из равного числа протонов и нейтронов, вместе называемых нуклонами.

2. Ядро содержит почти всю массу

Ядро, расположенное в центре атома, составляет более 99,9 % его массы, но занимает лишь одну триллионную его общего объема. Таким образом, большая часть пространства внутри атома пуста.

3. Электроны чрезвычайно малы

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Электрон является наиболее активным компонентом атома, но он почти ничего не вносит в массу атома. Например, в атоме водорода масса электрона составляет всего 0,0005 массы ядра.

4. Атом может иметь электрический заряд

Электроны несут отрицательный заряд, протоны несут положительный заряд, а нейтроны не имеют электрического заряда. Атом электрически нейтрален, если он имеет одинаковое количество электронов и протонов.

Однако, если атом имеет меньше или больше протонов, чем электронов, он имеет общий положительный или отрицательный заряд (известный как Ион).

5. Что удерживает протоны и нейтроны вместе?

Ядерная сила удерживает протоны и нейтроны вместе в ядре атома. Электроны притягиваются к протонам другой силой, называемой электромагнитной силой, которая слабее ядерной силы.

6. 94 Атома естественного происхождения на Земле

Из 118 известных атомов 94 встречаются в природе, хотя некоторые встречаются в незначительных количествах. Остальные 24 были синтезированы только в лабораториях или ядерных реакторах.

7. Каждый атом уникален

Каждый атом содержит определенное количество протонов в ядре. Например, все атомы натрия содержат 11 протонов, а все атомы серебра содержат 47 протонов.

Изотоп элемента определяется числом нейтронов, а магнитные характеристики зависят от количества электронов в атоме.

8. Самый большой и самый маленький атом

Самым большим элементом (по размеру) является Франций, но поскольку он крайне нестабилен, предпочтение отдается Цезию. У него большая валентная оболочка и относительно менее эффективный заряд ядра.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Иллюстрация атома гелия | Предоставлено: Викимедиа.

9. Самый тяжелый и легкий атом

Оганессон, однако, является самым тяжелым синтетическим химическим элементом. Самым тяжелым природным элементом является Уран с атомным весом 238,029.

Элемент, который имеет самый легкий атом-это водород. У него есть только один протон, обращающийся вокруг одного электрона. Его самый распространенный изотоп, известный как Протий, состоит из одного протона и нулевых нейтронов.

10. Возможно ли преобразовать один элемент в другой?

В некоторых экстремальных условиях электромагнитная сила (которая отталкивает электроны и протоны) преодолевает сильную ядерную силу, выбрасывая нуклоны из атомного ядра и оставляя после себя совершенно другой элемент. Это именно то, что происходит при делении ядер.

Однако этот процесс [распада] является дорогостоящим и опасным. Ученые пока не смогли безопасно генерировать энергию с помощью ядерного деления.

11. Атомы в человеческом теле

Тело человека весом 70 кг состоит из 7 × 10 27 атомов. Три атома (водород, кислород и углерод) составляют до 99 процентов от общего количества.

12. Сколько атомов существует во Вселенной?

Наблюдаемая вселенная огромна: она охватывает приблизительно 93 миллиарда световых лет. Согласно теоретической оценке, в нашей вселенной насчитывается от 10 78 до 10 82 атомов.

Это не какой-то выдуманный номер. Расчеты основаны на достоверных данных (что мы знаем о вселенной). Однако между этими оценками существует огромная разница, что говорит о значительной степени ошибки. Более точные цифры будут доступны, когда мы узнаем больше о космосе.

13. Радиоактивные атомы

В нестабильном атоме силы неуравновешенны. В этом случае атомное ядро содержит избыток либо протонов, либо нейтронов. Атом пытается достичь стабильного состояния, выбрасывая свои дополнительные частицы или высвобождая энергию в других формах. Элементы, содержащие такие нестабильные ядра, называются радиоактивными.

Фермий, например, является радиоактивным элементом: его самый стабильный изотоп (Fm-257) имеет период полураспада 100,5 суток.

14. Видя атомы

Поскольку атомы невероятно малы по сравнению с длиной волны видимого света, их нельзя наблюдать даже с самым мощным в мире оптическим микроскопом.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Сканирующий туннельный микроскоп захватывает атомы кремния на поверхности кристаллического карбида кремния

Вот почему ученые используют микроскоп другого типа, известный как сканирующий туннельный микроскоп. Он может обеспечить боковое разрешение 0,1 нм и разрешение по глубине 0,01 нм, что достаточно для изображения отдельных атомов в материалах.

15. Квантовая природа атомных свойств

Поскольку атомы чрезвычайно малы по размеру, они проявляют квантовые свойства, поэтому предсказание их поведения с применением классической физики всегда приведет к неверным результатам.

Когда электрон прыгает с одного энергетического уровня (орбиты) на другой, он не перемещается в пространстве между ними. Вместо этого он исчезает с одной орбиты, а затем сразу же появляется на другой орбите.

Чтобы лучше описать и оценить их поведение, несколько атомных моделей включили в себя законы квантовой физики.

Источник

Атом — его состав и структура

Атом — основная единица элементов. Состав атома и его строение определяет различные свойства элементов. Например, состав атома кристалла кремния будет отличаться от структуры, что представляет, например, вещество уран.
Слово «атом» происходит от греческих корней «а»(без) и «том» (вырезать) что означает «неделимый». Вплоть до 20-го века атомы считались минимально возможными частицами.

Структура атома

Ядро является центральным, очень плотным компонентом атома. Оно состоит из протонов и нейтронов (совместно называемых нуклонами) и отвечает за большую часть атомной массы. Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица Протоны и нейтроны удерживаются вместе в ядре так называемым сильным ядерным взаимодействием (которое является самой сильной известной силой во Вселенной). Вокруг ядра находится облако гораздо меньших и более легких электронов, которые притягиваются к ядру электромагнитной силой от взаимодействия с протонами. Различные количества протонов, нейтронов и электронов приводят к тому, что атом обладает различными химическими свойствами, которые определяют, что это за элемент.

Атомы невообразимо малы, а их ядра в 1000 раз меньше. На самом деле один кубический сантиметр кремния, содержит приблизительно 5 х 10 22 атома (это 5 с 22 нулями после него!). Это масштабы Вселенной, чтобы увидеть визуальное представление о том, насколько они малы.

Протоны

Протоны — это положительно заряженные частицы, которые находятся внутри ядра атома.
Элемент можно распознать по числу протонов в ядре одного из своих атомов. Кроме того, число протонов определяет место элемента в периодической таблице элементов. Например, состав атома углерода имеет ровно 6 протонов в своем ядре и, таким образом, номер 6 в периодической таблице элементов, торий имеет ровно 90 протонов и, таким образом, номер 90 в периодической таблице элементов.
Протоны отталкиваются друг от друга электромагнитной силой, но стягиваются вместе сильной силой, которая сильнее на коротких расстояниях (эти расстояния составляют около ферми или 10-15 м). Протоны очень маленькие, около 10-15 м в 10 000 раз меньше атома! Несмотря на свои невероятно малые размеры, протоны толкают друг друга с огромной силой, около 100 Н, сравнимой с весом маленькой собаки!
Заряд протона в точности равен и противоположен заряду электрона. Поэтому число электронов в нейтральном атоме всегда равно числу протонов. Протоны состоят из более мелких частиц, называемых кварками, которые также составляют нейтроны.
Число протонов в ядре называется атомным номером, и это число определяет, каким элементом является вещество. Другими словами, изменение числа протонов, изменяет элемент. Это число протонов (атомный номер) изменяется, когда ядро подвергается бета-распаду или альфа-распаду в любой из его различных форм.
Сложность намеренного изменения количества протонов в ядре велика. Вот почему алхимия (средневековая практика превращения свинца в золото) так долго терпит неудачу!

Нейтроны

Нейтроны имеют ту же массу, что и протоны, что делает их легко определяемыми, сколько находятся в составе ядра атома.
Простое вычитание числа протонов из атомной массы атома даст число нейтронов. Например, цезий является номером 55 в периодической таблице элементов и, следовательно, имеет 55 протонов; кроме того, его атомная масса (обычно также найденная в периодической таблице), как известно, составляет 133 (единицы атомной массы). Вычитание 55 из 133 дает 78, то есть число нейтронов в атоме. Один и тот же тип атома (определяемый количеством протонов) может иметь разное количество нейтронов. Они называются различными изотопами атома. Например, углерод-12 является одним изотопом углерода, а углерод-14 — другим изотопом углерода.

Имеется общее название составляющих атомного ядра. Нуклон — частица из протона и нейтрона, которые образуют ядро. Нуклиды — совокупность атомов с определенным значением нейтронов и протонов: одинаковое число протонов, но разным числом нейтронов. Нуклоны и нуклиды разные понятия.

Электроны

Электроны — это отрицательно заряженные частицы, которые существуют в облаке вокруг ядра атома. Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица Они невообразимо малы, настолько малы, что квантовая механика необходима для объяснения их специфического поведения, и насколько физика смогла определить, они являются фундаментальной частицей. Лучше всего представить электроны как крошечные частицы, которые» вращаются » вокруг ядра. Их радиус настолько мал, что никто не смог его обнаружить, но он невероятно круглый. Если бы электрон был увеличен до размера Солнечной системы, он все равно выглядел бы сферическим в пределах толщины человеческого волоса.

Состав атома определяет одинаковое количество протонов и электронов, однако он может потерять или приобрести электрон(ы) становится «несбалансированным». Неуравновешенный атом называется ионом; если он получает электрон (таким образом, имея их больше, чем протонов), он становится отрицательно заряженным ионом или анионом. Если происходит обратное, и атом теряет электрон, он становится положительно заряженный ион или катион. Ионы могут соединяться с другими ионами, создавая большое разнообразие различных смесей.
Один из способов, при котором состав атомов получает или теряет электроны, — это излучение высокой энергии. Это излучение вызывает образование ионов и в результате называется ионизирующим излучением.

Электроны и электричество

Электричество — это поток электронов через проводник, обычно в виде проволоки, этот поток называется электрическим током.

Чтобы этот поток произошел, электроны должны разорвать свою атомную связь (электричество — это поток электронов, а не их поток с ядрами, с которыми они связаны). Разрыв атомной связи между электроном и его ядром требует ввода энергии, которая заставляет электрон преодолевать электромагнитную силу, сдерживающую его, и таким образом свободно течь.

Проводящий материал

Все формы материи содержат электроны, однако в некоторых материалах они более свободно связаны с их ядрами. Эти материалы (известные как проводники или металлы) требуют очень мало энергии для создания электрического тока, потому что слабо связанные электроны требуют гораздо меньше энергии для преодоления электромагнитной силы, удерживающей их на месте.

Что генерирует поток электронов?

Поток электронов можно генерировать различными способами, но основные из них следующие:

Таким образом, структура или состав атома определяет принадлежность к тому или иному химическому элементу.

Источник

Бессмертна ли материя?

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица

Живые существа смертны. Даже звезды умирают. Тем не менее, говорят, что мы сделаны из звездной пыли. Может ли умереть сама материя?

Материя состоит из атомов, которые сами состоят из ядра, содержащего протоны и нейтроны с вращающимися вокруг него электронами: это область элементарных частиц. Эти частицы не умирают, хотя и могут распадаться. Из 400 или около того известных элементарных частиц только протон, электрон и нейтрино, по-видимому, бессмертны.

В чем разница между смертью и распадом частицы?

К счастью, большинство частиц, протонов и электронов, не распадаются априори. Почему? Это очередное следствие законов сохранения.

Великое объединение предсказывает распад протонов

Все это положило бы конец дискуссии, если бы не было физиков-теоретиков, стремящихся объяснить все физические явления на основе великих принципов. При этом они осмеливаются представить, что протоны смертны.

Одной из первых целей теоретического подхода является унификация сил, т.е. приведение всех известных взаимодействий в единую структуру. Существуют четыре фундаментальные силы: гравитация Ньютона, электромагнитная сила, действующая между заряженными частицами (Максвелл объединил законы электричества и магнетизма в своих уравнениях электромагнетизма), сильная сила, которая скрепляет протоны и нейтроны внутри ядер, и слабая сила, преобладающая для нейтрино. Электромагнитная сила и слабая сила были объединены в 1970-х годах в так называемую «электрослабую» силу, которая была подтверждена экспериментально в 1983 году. Таким образом, теперь существует только три независимые силы (гравитация, сильная сила, электрослабая сила), и вскоре после 1970 года теория заинтересовалась следующим шагом: объединением сильной и электрослабой сил. Новая теория была названа «великим объединением». Единственная загвоздка в том, что это явно нарушает сохранение барионного заряда.

Напомним, что барионный заряд является единственной гарантией бессмертия протонов. В контексте великого объединения это ограничение исчезает, и протон может распадаться, например, на нейтральный пион и позитрон. Если протон распадется, материя может исчезнуть со временем.

Этот процесс трансгрессивен более чем в одном: он не только нарушает барионный заряд, но и преобразует материю (протон) в антиматерию (позитрон), при этом получающийся пион является чистой энергией. Однако позвольте нам успокоиться, теория вычислила продолжительность жизни этого распада протона более 10 31 лет, то есть в триллионы миллиардов раз больше возраста нашей Вселенной, возраст которой составляет 14 миллиардов лет.

Как измерить такую ​​гигантскую продолжительность жизни?

При такой продолжительности жизни только один протон из 10 21 исчез бы со времен Большого взрыва. Для примерно 10 29 протонов, присутствующих в тонне воды, в год распадается менее одного протона.

При распаде протона образуются позитрон и нейтральный пион; освобожденный пион быстро превращается в 2 фотона. Энергии достаточно, чтобы вызвать эффект Черенкова: в резервуар с водой детектора излучается световой сигнал, который может быть обнаружен. Этот метод позволяет с большой эффективностью искать предполагаемый процесс распада протонов. Однако, после нескольких лет тщательного изучения, никакого распада не наблюдалось, что привело к ограничению времени жизни протона в 10 34 года. Таким образом, мы знаем, что после Большого взрыва из 10 000 миллиардов миллиардов звезд, населяющих небосвод, исчезла менее доли звезды, иными словами, почти ничего.

Таким образом, в масштабах Вселенной кажется, что протон бессмертен, и поэтому в нашем мире не будет недостатка материи для его создания. Что касается электронов, то никто не предполагал, что они могут исчезнуть.

Источник

Ядра атомов: в самом сердце материи

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 1

Ядро атома получается крохотным, его радиус в 10 000–100 000 раз меньше всего атома. Каждое ядро содержит определённое количество протонов (обозначим его Z) и определённое количество нейтронов (обозначим его N), скреплённых вместе в виде шарика, по размеру не сильно превышающего сумму их размеров. Отметим, что протоны и нейтроны вместе часто называют «нуклонами», а Z+N часто называют A – общее количество нуклонов в ядре. Также Z, «атомное число» – количество электронов в атоме.

Типичное мультяшное изображение атома (рис. 1) чрезвычайно преувеличивает размер ядра, но более-менее правильно представляет ядро как небрежно соединённое скопление протонов и нейтронов.

Содержимое ядра

Откуда нам известно, что находится в ядре? Эти крохотные объекты просто охарактеризовать (и это было просто исторически) благодаря трём фактам природы.

1. Протон и нейтрон отличаются по массе всего лишь на тысячную часть, так что если нам не нужна чрезвычайная точность, можно сказать, что у всех нуклонов масса одинакова, и назвать её массой нуклона, mнуклон:

(≈ означает «примерно равно»)

2. Количество энергии, необходимой для удержания вместе протонов и нейтронов в ядре, относительно мало – порядка тысячной доли части энергии массы (E = mc 2 ) протонов и нейтронов, так что масса ядра почти равна сумме масс его нуклонов:

3. Масса электрона равняется 1/1835 массы протона – так что почти вся масса атома содержится в его ядре:

Тут подразумевается наличие четвёртого важного факта: все атомы определённого изотопа определённого элемента одинаковы, как и все их электроны, протоны и нейтроны.

Поскольку в самом распространённом изотопе водорода содержится один электрон и один протон:

масса атома Mатом определённого изотопа просто равна Z+N, помноженному на массу атома водорода

и погрешность этих уравнений примерно равна 0,1%.

Поскольку нейтроны электрически нейтральны, электрический заряд Qядро ядра просто равен количеству протонов, помноженному на электрический заряд протона («e»):

В отличие от предыдущих уравнений, это уравнение выполняется точно.

Эти уравнения проиллюстрированы на рис. 2

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 2

Используя открытия последних десятилетий XIX века и первых десятилетий XX, физики знали, как измерить в эксперименте оба обозначенных красным значения: заряд ядра в e, и массу любого атома в атомах водорода. Так что эти значения были известны уже в 1910-х. Однако правильно интерпретировать их смогли только в 1932 году, когда Джеймс Чедвик определил, что нейтрон (идею которого предложил Эрнест Резерфорд в 1920-м) является отдельной частицей. Но как только стало понятно, что нейтроны существуют, и что их масса практически равна массе протона, сразу же стало ясно, как интерпретировать числа Z и N — количество протонов и нейтронов. А также сразу родилась новая загадка – почему у протонов и нейтронов почти одинаковая масса.

Честно говоря, физикам того времени с научной точки зрения страшно повезло, что всё это было так легко установить. Закономерности масс и зарядов настолько просты, что даже самые долгие загадки были раскрыты сразу после открытия нейтрона. Если бы хотя бы один из перечисленных мною фактов природы оказался неверным, тогда на то, чтобы понять, что происходит внутри атомов и их ядер, ушло бы гораздо больше времени.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 3

Откуда нам известно, что ядро атома маленькое?

Одно дело – убедить себя, что определённое ядро определённого изотопа содержит Z протонов и N нейтронов; другое – убедить себя, что ядра атомов крохотные, и что протоны с нейтронами, будучи сжатыми вместе, не размазываются в кашу и не разбалтываются в месиво, а сохраняют свою структуру, как подсказывает нам мультяшное изображение. Как это можно подтвердить?

Я уже упоминал, что атомы практически пусты. Это легко проверить. Представьте себе алюминиевую фольгу; сквозь неё ничего не видно. Поскольку она непрозрачная, вы можете решить, что атомы алюминия:
1. Настолько крупные, что между ними нет просветов,
2. Настолько плотные и твёрдые, что свет сквозь них не проходит.

Насчёт первого пункта вы будете правы; в твёрдом веществе между двумя атомами почти нет свободного пространства. Это можно наблюдать на изображениях атомов, полученных при помощи особых микроскопов; атомы похожи на маленькие сферы (краями которых служат края электронных облаков), и они довольно плотно упакованы. Но со вторым пунктом вы ошибётесь.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 4

Если бы атомы были непроницаемыми, тогда сквозь алюминиевую фольгу ничто не смогло бы пройти – ни фотоны видимого света, ни рентгеновские фотоны, ни электроны, ни протоны, ни атомные ядра. Всё, что вы направили бы в сторону фольги, либо застревало бы в ней, либо отскакивало бы – точно так же, как любой кинутый объект должен отскочить или застрять в гипсокартонной стенке (рис. 3). Но на самом деле электроны высокой энергии легко могут пройти через кусочек алюминиевой фольги, как и рентгеновские фотоны, высокоэнергетические протоны, высокоэнергетические нейтроны, высокоэнергетические ядра, и так далее. Электроны и другие частицы – почти все, если точнее – могут пройти через материал, не потеряв ни энергии, ни импульса в столкновениях с чем-либо, содержащимся внутри атомов. Лишь малая часть их ударится об атомное ядро или электрон, и в этом случае они могут потерять большую часть своей начальной энергии движения. Но большая часть электронов, протонов, нейтронов, рентгеновских лучей и всякого такого просто спокойно пройдут насквозь (рис. 4). Это не похоже на швыряние гальки в стену; это похоже на швыряние гальки в сетчатый забор (рис. 5).

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 5

Чем толще фольга – к примеру, если складывать всё больше и больше листов фольги вместе – тем вероятнее частицы, запущенные в неё, столкнуться с чем-либо, потеряют энергию, отскочат, изменят направление движения или даже остановятся. То же было бы верно, если бы вы наслаивали одну за другой проволочные сетки (рис. 6). И, как вы понимаете, из того, насколько далеко средняя галька может проникнуть сквозь слои сетки и насколько велики разрывы в сетке, учёные могут подсчитать на основании пройденной электронами или атомными ядрами дистанции, насколько атом пустой.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 6

Посредством таких экспериментов физики начала XX века установили, что внутри атома ничто – ни атомное ядро, ни электроны – не может быть большим, чем одна тысячная миллионных миллионных долей метра, то есть в 100 000 раз меньше самого атома. То, что такого размера достигает ядро, а электроны по меньшей мере в 1000 раз меньше, мы устанавливаем в других экспериментах – например, в рассеянии высокоэнергетических электронов друг с друга, или с позитронов.

Чтобы быть ещё более точным, следует упомянуть, что некоторые частицы потеряют часть энергии в процессе ионизации, в котором электрические силы, действующие между летящей частицей и электроном, могут вырвать электрон из атома. Это дальнодействующий эффект, и столкновением на самом деле не является. Итоговая потеря энергии значительна для летящих электронов, но не для летящего ядра.

Вы можете задуматься над тем, похоже ли то, как частицы проходят сквозь фольгу, на то, как пуля проходить сквозь бумагу – расталкивая части бумаги в стороны. Возможно, первые несколько частиц просто расталкивают атомы в стороны, оставляя большие отверстия, через которые проходят последующие? Мы знаем, что это не так, поскольку мы можем провести эксперимент, в котором частицы проходят внутрь и наружу контейнера, сделанного из металла или стекла, внутри которого вакуум. Если бы частица, проходя через стенки контейнера, создавала отверстия по размеру превышающие атомы, тогда внутрь устремились бы молекулы воздуха, и вакуум бы исчез. Но в таких экспериментах вакуум остаётся!

Также довольно легко определить, что ядро – это не особенно структурированная кучка, внутри которой нуклоны сохраняют свою структуру. Об этом уже можно догадаться по тому факту, что масса ядра очень близка к сумме масс содержащихся в нём протонов и нейтронов. Это выполняется и для атомов, и для молекул – их массы почти равны сумме масс их содержимого, кроме небольшой коррекции на связывающую энергию – и это отражено в том факте, что молекулы довольно легко разбить на атомы (к примеру, нагрев их так, чтобы они сильнее сталкивались друг с другом), и выбить электроны из атомов (опять-таки, при помощи нагрева). Сходным образом относительно легко разбить ядра на части, и этот процесс будет называться расщеплением, или собрать ядро из более мелких ядер и нуклонов, и этот процесс будет называться синтезом. К примеру, относительно медленно двигающиеся протоны или небольшие ядра, сталкивающиеся с более крупным ядром, могут разбить его на части; нет необходимости, чтобы сталкивающиеся частицы двигались со скоростью света.

Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть фото Больше электронов чем протонов содержит частица. Смотреть картинку Больше электронов чем протонов содержит частица. Картинка про Больше электронов чем протонов содержит частица. Фото Больше электронов чем протонов содержит частица
Рис. 7

Но чтобы понять, что это не является неизбежным, упомяну, что этими свойствами не обладают сами протоны и нейтроны. Масса протона не равняется примерной сумме масс содержащихся в нём объектов; протон нельзя разбить на части; а для того, чтобы протон продемонстрировал что-нибудь интересное, необходимы энергии, сравнимые с энергией массы самого протона. Молекулы, атомы и ядра относительно просты; протоны и нейтроны чрезвычайно сложны.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *