Sarcini electrice. Sarcini electrice Care este sarcina unui proton în fizică

DEFINIȚIE

Proton numită particulă stabilă aparținând clasei de hadroni, care este nucleul unui atom de hidrogen.

Oamenii de știință nu sunt de acord cu privire la evenimentele științifice care ar trebui considerate descoperirea protonului. Un rol important în descoperirea protonului l-au jucat:

1. crearea de către E. Rutherford a modelului planetar al atomului;
2. descoperirea izotopilor de către F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
3. observații ale comportamentului nucleelor ​​atomilor de hidrogen atunci când sunt eliminați de particulele alfa din nucleele de azot de E. Rutherford.

Primele fotografii ale urmelor de protoni au fost obținute de P. Blackett într-o cameră cu nori în timp ce studia procesele de transformare artificială a elementelor. Blackett a investigat captarea particulelor alfa de către nucleele de azot. În acest proces, a fost emis un proton și nucleul de azot a fost transformat într-un izotop de oxigen.

Protonii, împreună cu neutronii, fac parte din nucleele tuturor elementelor chimice. Numărul de protoni din nucleu determină numărul atomic al elementului din D.I. Mendeleev.

Un proton este o particulă încărcată pozitiv. Sarcina sa este egală ca modul cu sarcina elementară, adică mărimea sarcinii electronului. Sarcina unui proton este adesea notată ca , atunci putem scrie că:

În prezent, se crede că protonul nu este o particulă elementară. Are o structură complexă și constă din doi cuarci u și un cuarc d. Sarcina electrică a quarcului u () este pozitivă și este egală cu

Sarcina electrică a cuarcului d () este negativă și egală cu:

Quarcii leagă schimbul de gluoni, care sunt cuante de câmp, ei poartă interacțiunea puternică. Faptul că protonii au mai mulți centri de împrăștiere punctuali în structura lor este confirmat de experimentele privind împrăștierea electronilor de către protoni.

Protonul are o dimensiune finită, despre care oamenii de știință încă se ceartă. În prezent, protonul este reprezentat ca un nor care are o margine neclară. O astfel de graniță constă în apariția și anihilarea constantă a particulelor virtuale. Dar în majoritatea sarcini simple protonul, desigur, poate fi considerat o sarcină punctiformă. Masa în repaus a unui proton () este aproximativ egală cu:

Masa unui proton este de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron.

Protonii participă la toate interacțiunile fundamentale: interacțiunile puternice unesc protonii și neutronii în nuclee, electronii și protonii se combină în atomi cu ajutorul interacțiunilor electromagnetice. Putem cita, de exemplu, dezintegrarea beta a unui neutron (n) ca o interacțiune slabă:

unde p este un proton; - electron; - antineutrino.

Dezintegrarea protonului nu a fost încă obținută. Aceasta este una dintre sarcinile moderne importante ale fizicii, deoarece această descoperire ar fi un pas semnificativ în înțelegerea unității forțelor naturii.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Nucleele atomului de sodiu sunt bombardate cu protoni. Care este forța de repulsie electrostatică a unui proton din nucleul unui atom dacă protonul se află la distanță m. Să considerăm că sarcina nucleului atomului de sodiu este de 11 ori mai mare decât sarcina protonului. Influența învelișului electronic al atomului de sodiu poate fi ignorată.
Soluţie	Vom lua legea lui Coulomb ca bază pentru rezolvarea problemei, care poate fi scrisă pentru problema noastră (presupunând că particulele sunt particule punctiforme) după cum urmează: unde F este forța interacțiunii electrostatice a particulelor încărcate; Cl este sarcina de proton; - sarcina nucleului atomului de sodiu; - permitivitatea vidului; este constanta electrică. Folosind datele pe care le avem, putem calcula forța de respingere dorită:
Răspuns	H

EXEMPLUL 2

Până la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință considerau atomul ca fiind cea mai mică particulă indivizibilă de materie, dar acest lucru s-a dovedit a nu fi cazul. De fapt, nucleul său cu protoni încărcați pozitiv și neutroni neutri este situat în centrul atomului, electronii încărcați negativ se rotesc în jurul nucleului în orbitali (acest model al atomului a fost propus în 1911 de E. Rutherford). Este de remarcat faptul că masele de protoni și neutroni sunt aproape egale, dar masa unui electron este de aproximativ 2000 de ori mai mică.

Deși un atom conține atât particule încărcate pozitiv, cât și negativ, sarcina lui este neutră, deoarece atomul are același număr de protoni și electroni, iar particulele încărcate diferit se neutralizează reciproc.

Mai târziu, oamenii de știință au descoperit că electronii și protonii au aceeași cantitate de sarcină, egală cu 1,6 10 -19 C (C - coulomb, o unitate de sarcină electrică în sistemul SI.

Te-ai gândit vreodată la întrebarea - ce număr de electroni corespunde unei sarcini de 1 C?

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

forta electrica

Sarcini electrice influențați reciproc, ceea ce se manifestă sub formă forta electrica.

Dacă un corp are un exces de electroni, va avea o sarcină electrică negativă totală, și invers - cu un deficit de electroni, corpul va avea o sarcină totală pozitivă.

Prin analogie cu forțele magnetice, când polii cu încărcare similară se resping și polii încărcați opus se atrag, sarcinile electrice se comportă într-un mod similar. Cu toate acestea, în fizică nu este suficient să vorbim pur și simplu despre polaritatea sarcinii electrice, valoarea sa numerică este importantă.

Pentru a afla magnitudinea forței care acționează între corpurile încărcate, este necesar să se cunoască nu numai mărimea sarcinilor, ci și distanța dintre ele. Forța gravitației universale a fost deja luată în considerare: F = (Gm 1 m 2) / R 2

• m1, m2- mase de corpuri;
• R- distanta intre centrele corpurilor;
• G \u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg este constanta gravitațională universală.

Ca rezultat al experimentelor de laborator, fizicienii au derivat o formulă similară pentru forța de interacțiune a sarcinilor electrice, care se numește legea lui Coulomb:

F = kq 1 q 2 /r 2

• q 1 , q 2 - sarcini care interacționează, măsurate în C;
• r - distanta dintre sarcini;
• k - coeficient de proporționalitate ( SI: k=8,99 109 Nm2C2; SGSE: k=1).

• k=1/(4πε 0).
• ε 0 ≈8,85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - constantă electrică.

Conform legii lui Coulomb, dacă două sarcini au același semn, atunci forța F care acționează între ele este pozitivă (sarcinile se resping reciproc); dacă sarcinile au semne opuse, forța care acționează este negativă (sarcinile sunt atrase una de cealaltă).

Cât de mare este o încărcare de 1 C poate fi judecat folosind legea lui Coulomb. De exemplu, dacă presupunem că două sarcini, fiecare la 1 C, sunt separate la o distanță de 10 metri una de cealaltă, atunci se vor respinge cu forță:

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

Aceasta este o forță destul de mare, aproximativ comparabilă cu o masă de 5600 de tone.

Acum, folosind legea lui Coulomb, să aflăm cu ce viteză liniară se rotește un electron într-un atom de hidrogen, presupunând că se mișcă pe o orbită circulară.

Forța electrostatică care acționează asupra unui electron, conform legii lui Coulomb, poate fi echivalată cu forța centripetă:

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

Ținând cont de faptul că masa unui electron este de 9,1 10 -31 kg, iar raza orbitei sale = 5,29 10 -11 m, obținem valoarea 8,22 10 -8 N.

Acum puteți găsi viteza liniară a electronului:

8,22 10 -8 \u003d (9,1 10 -31) v 2 / (5,29 10 -11) v \u003d 2,19 10 6 m / s

Astfel, electronul atomului de hidrogen se rotește în jurul centrului său cu o viteză egală cu aproximativ 7,88 milioane km/h.

În acest articol, pe baza esenței eterodinamice a sarcinii electrice și a structurilor particulelor elementare, este dat calculul valorilor sarcinilor electrice ale protonului, electronului și fotonului.

Cunoașterea falsă este mai periculoasă decât ignoranța
J. B. Shaw

Introducere.În fizica modernă, sarcina electrică este una dintre cele mai importante caracteristici și o proprietate integrală a particulelor elementare. Din esența fizică a sarcinii electrice, definită pe baza conceptului eterodinamic, urmează o serie de proprietăți, cum ar fi proporționalitatea mărimii sarcinii electrice cu masa purtătorului acesteia; sarcina electrică nu este cuantificată, ci este purtată de cuante (particule); mărimea sarcinii electrice este definită de semn, adică întotdeauna pozitivă; care impun restricţii semnificative asupra naturii particulelor elementare. Și anume: în natură nu există particule elementare care să nu aibă sarcină electrică; valoarea sarcinii electrice a particulelor elementare este pozitivă și mai mare decât zero. Pe baza esenței fizice, mărimea sarcinii electrice este determinată de masă, debitul eterului, care alcătuiește structura particulei elementare, și de parametrii lor geometrici. Esența fizică a sarcinii electrice ( sarcina electrică este o măsură a fluxului de eter) definește în mod unic modelul eterodinamic al particulelor elementare, eliminând astfel problema structurii particulelor elementare, pe de o parte, și subliniază inconsecvența standardului, a cuarcului și a altor modele de particule elementare, pe de altă parte.

Mărimea sarcinii electrice determină și intensitatea interacțiunii electromagnetice a particulelor elementare. Cu ajutorul interacțiunii electromagnetice, se realizează interacțiunea protonilor și electronilor din atomi și molecule. Astfel, interacțiunea electromagnetică determină posibilitatea unei stări stabile a unor astfel de sisteme microscopice. Dimensiunile lor sunt determinate în esență de mărimea sarcinilor electrice ale electronului și protonului.

Interpretarea eronată a proprietăților de către fizica modernă, cum ar fi existența sarcinii electrice pozitive și negative, elementare, discrete, cuantificate etc., interpretarea incorectă a experimentelor de măsurare a mărimii sarcinii electrice, a condus la o serie de erori grosolane în elementul elementar. fizica particulelor (nestructurarea electronilor, masa zero și sarcina unui foton, existența unui neutrin, egalitatea în valoare absolută a sarcinilor electrice ale protonului și electronului cu cea elementară).

Din cele de mai sus rezultă că sarcina electrică a particulelor elementare în fizica modernă este de o importanță decisivă în înțelegerea fundamentelor microlumii și necesită o evaluare echilibrată și rezonabilă a mărimii acestora.

În condiții naturale, protonii și electronii sunt într-o stare legată, formând perechi proton-electron. Înțelegerea greșită a acestei circumstanțe, precum și ideea eronată că sarcinile electronului și protonului sunt egale în valoare absolută cu cea elementară, au lăsat fizica modernă fără răspuns la întrebarea: care este valoarea reală a sarcinilor electrice ale protonul, electronul și fotonul?

Sarcina electrică de proton și electron.În starea sa naturală, perechea proton-electron există sub forma unui element chimic al atomului de hidrogen. Conform teoriei: „Atomul de hidrogen este o unitate structurală ireductibilă a materiei, în fruntea tabelului periodic al lui Mendeleev. În acest sens, raza atomului de hidrogen ar trebui clasificată ca o constantă fundamentală. … Raza Bohr calculată este = 0,529 Å. Acest lucru este important deoarece nu există metode directe de măsurare a razei unui atom de hidrogen. … raza Bohr este raza circumferinței orbitei circulare a unui electron și este definită în deplină conformitate cu înțelegerea general acceptată a termenului „rază”.

De asemenea, se știe că măsurătorile razei protonilor au fost efectuate folosind atomi de hidrogen obișnuiți, ceea ce a condus (CODATA -2014) la un rezultat de 0,8751 ± 0,0061 femtometre (1 fm = 10 −15 m).

Pentru a estima mărimea sarcinii electrice a unui proton (electron), folosim expresia generală pentru sarcina electrică:

q = (1/ k) 1/2 u r (ρ S) 1/2 , (1)

unde k = 1 / 4πε 0 este coeficientul de proporționalitate din expresia legii lui Coulomb,

ε0 ≈ 8,85418781762039 10 −12 F m −1 este constanta electrică; u – viteza, ρ – densitatea fluxului de eter; S este secțiunea transversală a corpului protonului (electronului).

Transformăm expresia (1) după cum urmează

q = (1/ k) 1/2 u r (DOMNIȘOARĂ/ V) 1/2 ,

Unde V = r S – volumul corpului, m — masa unei particule elementare.

Protonul și electronul sunt duetoni: - o structură formată din două corpuri toroidale legate prin suprafețele laterale ale tori, simetrice față de planul de fisiune, deci

q = (1/ k) 1/2 u r (m2 S T/2 V T) 1/2 ,

Unde S T- secțiune, r- lungime, V T = r ST este volumul torusului.

q = (1/ k) 1/2 u r (mS T/ V T) 1/2 ,

q = (1/k) 1/2 u r (mS T /rS T) 1/2 ,

q = (1/ k) 1/2 u (Domnul) 1/2 . (2)

Expresia (2) este o modificare a expresiei (1) pentru sarcina electrică a unui proton (electron).

Fie R2 = 0,2 R1, unde R1 este razele exterioare și R2 sunt razele interioare ale torului.

r= 2π 0,6 R 1 ,

respectiv sarcina electrică a protonului și electronului

q = ( 1/ k) 1/2 u (m 2π 0,6 R1 ) 1/2 ,

q= (2π 0,6 / k) 1/2 u (m R1 ) 1/2 ,

q= 2π ( 1.2 ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 1/2

q = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 1/2 (3)

Expresia (3) este o formă de exprimare a mărimii sarcinii electrice pentru proton și electron.

La u = 3∙10 8 m / c - viteza a doua a sunetului a eterului, expresie 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u = 2.19 π( 8,85418781762 10 −12 f/m ) 1/2 3∙10 8 m / c = 0,6142∙ 10 4 m 1/2 F 1/2 s -1 .

Să presupunem că raza protonului (electronului) din structura de mai sus este raza R 1 .

Pentru un proton, se știe că m p \u003d 1,672 ∙ 10 -27 kg, R 1 \u003d r p \u003d 0,8751 10 -15 m, atunci

qR = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 1/2 = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 s -1 ] ∙ (1,672∙10 -27 [kg] ∙

0,8751∙10 -15 [m]) 1/2 = 0,743∙10 -17 C.

Astfel, sarcina electrică a protonului qR= 0,743∙10 -17 C.

Pentru un electron, se știe că m e \u003d 0,911 ∙ 10 -31 kg. Pentru a determina raza electronului, presupunând că structura electronului este similară cu structura protonului, iar densitatea fluxului de eter în corpul electronului este, de asemenea, egală cu densitatea fluxului de eter din corp. a protonului, folosim relația cunoscută dintre masele protonului și electronului, care este egală cu

m p / m e = 1836,15.

Atunci r p / r e = (m p / m e) 1/3 = 1836,15 1/3 = 12,245, adică r e = r p / 12,245.

Înlocuind datele pentru electron în expresia (3), obținem

q e = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 / s] ∙ (0,911∙10 -31 [kg] 0,8751∙10 -15 [m] / 12,245) 1/2 =

0,157∙10 -19 C.

Astfel, sarcina electrică a unui electron quh = 0,157∙10 -19 Cl.

Sarcina specifică a unui proton

q p /m p = 0,743∙10 -17 [C] / 1,672∙10 -27 [kg] = 0,444∙10 10 C /kg.

Sarcina specifică a unui electron

q e / m e \u003d 0,157 ∙ 10 -19 [C] / 0,911 ∙ 10 -31 [kg] = 0,172 ∙ 10 12 C / kg.

Valorile obținute ale sarcinilor electrice ale protonului și electronului sunt estimative și nu au un statut fundamental. Acest lucru se datorează faptului că parametrii geometrici și fizici ai protonului și electronului din perechea proton-electron sunt interdependenți și sunt determinați de locația perechii proton-electron în atomul substanței și sunt reglementați de legea lui conservarea momentului unghiular. Odată cu o modificare a razei orbitei electronului, masele protonului și respectiv electronului se modifică și, în consecință, viteza de rotație în jurul axa proprie rotație. Deoarece sarcina electrică este proporțională cu masa, o modificare a masei unui proton sau, respectiv, a unui electron, va duce la o modificare a sarcinilor electrice ale acestora.

Astfel, în toți atomii materiei, sarcinile electrice ale protonilor și electronilor diferă unele de altele și au propria lor valoare specifică, totuși, în prima aproximare, valorile lor pot fi estimate ca valori ale sarcinii electrice a protonul și electronul atomului de hidrogen, definite mai sus. În plus, această circumstanță indică faptul că sarcina electrică a unui atom al unei substanțe este caracteristica sa unică, care poate fi folosită pentru a o identifica.

Cunoscând mărimea sarcinilor electrice ale protonului și electronului pentru atomul de hidrogen, se pot estima forțele electromagnetice care asigură stabilitatea atomului de hidrogen.

Conform legii lui Coulomb modificate forta electrica atracţie Fpr va fi egal cu

Fpr \u003d k (q 1 - q 2) 2 / r 2, la q 1 ≠ q 2,

unde q 1 este sarcina electrică a protonului, q 2 este sarcina electrică a electronului, r este raza atomului.

Fpr =(1/4πε 0)(q 1 - q 2) 2 / r 2 = (1/4π 8,85418781762039 10 −12 f m −1)

• (0,743∙10 -17 C - 0,157∙10 -19 C) 2 / (5,2917720859 10 -11) 2 \u003d 0,1763 10 -3 N.

Într-un atom de hidrogen, asupra electronului acționează o forță de atracție electrică (Coulomb) egală cu 0,1763 10 -3 N. Deoarece atomul de hidrogen este într-o stare stabilă, forța magnetică de respingere este de asemenea 0,1763 10 -3 N. Pentru comparație, întreaga literatură științifică și educațională oferă un calcul al forței interacțiunii electrice, de exemplu, care dă un rezultat de 0,923 10 -7 N. Calculul dat în literatură este incorect, deoarece se bazează pe erorile discutate mai sus.

Fizica modernă afirmă că energia minimă necesară pentru a scoate un electron dintr-un atom se numește energie de ionizare sau energie de legare, care pentru un atom de hidrogen este de 13,6 eV. Să estimăm energia de legare a unui proton și a unui electron într-un atom de hidrogen pe baza valorilor obținute ale sarcinii electrice a protonului și electronului.

EST. \u003d F pr r n \u003d 0,1763 10 -3 6,24151 10 18 eV / m 5,2917720859 10 -11 \u003d 58271 eV.

Energia de legare a unui proton și a unui electron într-un atom de hidrogen este de 58,271 KeV.

Rezultatul obținut indică incorectitudinea conceptului de energie de ionizare și eroarea celui de-al doilea postulat al lui Bohr: „ Lumina este emisă atunci când un electron trece de la o stare staționară de energie superioară la o stare staționară de energie mai mică. Energia fotonului emis este egală cu diferența dintre energiile stărilor staționare.”În procesul de excitare a unei perechi proton-electron sub influența factorilor externi, electronul este deplasat (înlăturat) din proton cu o anumită cantitate, valoare maximă care este determinată de energia de ionizare. După generarea de fotoni de către perechea proton-electron, electronul revine pe orbita sa anterioară.

Să estimăm mărimea deplasării maxime a unui electron atunci când un atom de hidrogen este excitat de un factor extern cu o energie de 13,6 eV.

Raza atomului de hidrogen va deveni egală cu 5,29523 10 −11, adică va crește cu aproximativ 0,065%.

Sarcina electrică a unui foton. Conform conceptului eterodinamic, un foton este: o particulă elementară, care este un vârtej toroidal închis de eter compactat cu o mișcare inelară a torusului (ca roțile) și o mișcare șurub în interiorul acestuia, care efectuează mișcare de translație-cicloidă (de-a lungul unei traiectorii șuruburilor), datorită momentelor giroscopice ale propria sa rotație și rotație de-a lungul unei traiectorii circulare și concepute pentru a transfera energie.

Pe baza structurii unui foton ca corp de vortex toroidal care se deplasează de-a lungul unei traiectorii elicoidale, unde r γ λ este raza exterioară, m γ λ este masa, ω γ λ este frecvența naturală de rotație, sarcina electrică a fotonului poate fi reprezentat astfel.

Pentru a simplifica calculele, să luăm lungimea fluxului de eter în corpul unui foton r =2π r γ λ ,

u = ω γ λ r γ λ , r 0 λ = 0,2 r γ λ este raza secțiunii corpului fotonic.

q γ λ = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ 2πr γ λ (m λ /V V/2πr γ λ) 1/2 = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ ( m λ 2πr γ λ) 1/2 =

= (4πε 0) 1/2 ω γ λ r γ λ (m λ 2πr γ λ) 1/2 = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ) 1/2 ,

q γ λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ ) 1/2 . (4)

Expresia (4) reprezintă sarcina electrică proprie a fotonului fără a ține cont de mișcarea de-a lungul unei traiectorii circulare. Parametrii ε 0 , m λ , r γ λ sunt cvasi-constanți, adică. variabile, ale căror valori se modifică nesemnificativ (fracții de %) în întreaga regiune de existență a unui foton (de la infraroșu la gamma). Aceasta înseamnă că sarcina electrică proprie a fotonului este o funcție a frecvenței de rotație în jurul propriei axe. După cum se arată în lucrare, raportul dintre frecvențele fotonului gamma ω γ λ Г la fotonul infraroșu ω γ λ И este de aproximativ ω γ λ Г /ω γ λ И ≈ 1000, iar mărimea sarcinii electrice proprii fotonului se modifică în consecință. În condițiile moderne, această valoare nu poate fi măsurată, de aceea are doar o valoare teoretică.

Conform definiției unui foton, acesta are o mișcare elicoidală complexă, care poate fi descompusă în mișcare de-a lungul unui traseu circular și rectiliniu. Pentru a estima valoarea totală a sarcinii electrice a unui foton, este necesar să se țină cont de mișcarea de-a lungul unei traiectorii circulare. În acest caz, sarcina electrică proprie a fotonului se dovedește a fi distribuită de-a lungul acestei traiectorii circulare. Ținând cont de periodicitatea mișcării, în care pasul traiectoriei elicoidale este interpretat ca lungimea de undă a fotonului, putem vorbi despre dependența valorii sarcinii electrice totale a fotonului de lungimea sa de undă.

Din natura fizică a sarcinii electrice rezultă proporționalitatea mărimii sarcinii electrice cu masa ei și, prin urmare, cu volumul acesteia. Astfel, sarcina electrică proprie a fotonului este proporțională cu volumul propriului corp al fotonului (V γ λ). În mod similar, sarcina electrică totală a unui foton, ținând cont de mișcarea pe o traiectorie circulară, va fi proporțională cu volumul (V λ), care va forma un foton care se deplasează de-a lungul unei traiectorii circulare.

q λ = q γ λ V λ /V γ λ = q γ λ 2π 2 R λ r 2 γ λ /2π 2 Lr 3 γ λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ ,

q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ . (5)

unde L = r 0γλ /r γλ este parametrul structurii fotonului, egal cu raportul raza secțiunii la raza exterioară a corpului fotonic (≈ 0,2), V Т = 2π 2 R r 2 – volumul torului, R – raza cercului de rotație a cercului generator al torului; r este raza cercului generator al torului.

q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ) 1/2 R λ / L 2 r γ λ ,

q λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r γ λ ) 1/2 R λ / L 2 . (6)

Expresia (6) reprezintă sarcina electrică totală a unui foton. Din cauza dependenței sarcinii electrice totale de parametrii geometrici ai fotonului, ale căror valori sunt cunoscute în prezent cu o eroare mare, nu este posibil să se obțină valoarea exactă a sarcinii electrice prin calcul. Cu toate acestea, evaluarea sa ne permite să tragem o serie de concluzii teoretice și practice semnificative.

Pentru datele de la serviciu, de ex. la λ = 225 nm, ω γ λ ≈ 6,6641 10 30 rpm,

m λ≈ 10 -40 kg, r γ λ ≈ 10 -20 m, R λ ≈ 0,179 10 -16 m, L≈ 0,2, obținem valoarea sarcinii electrice totale a fotonului:

q λ = 0, 786137 10 -19 Cl.

Valoarea obţinută a sarcinii electrice totale a unui foton cu lungimea de undă de 225 nm este în bună concordanţă cu valoarea măsurată de R. Millikan (1,592 10 -19 C), devenită ulterior o constantă fundamentală, în condiţiile în care valoarea sa corespunde cu sarcina electrică a doi fotoni. Valoarea dublată a sarcinii electrice calculate a fotonului:

2q λ = 1,57227 10 -19 C,

în Sistemul Internațional de Unități (SI), sarcina electrică elementară este 1,602 176 6208(98) 10 −19 C. Valoarea dublată a sarcinii electrice elementare se datorează faptului că perechea proton-electron, datorită simetriei sale, generează întotdeauna doi fotoni. Această împrejurare este confirmată experimental de existența unui astfel de proces precum anihilarea unei perechi electron-pozitron, adică. în procesul de anihilare reciprocă a unui electron și a unui pozitron, doi fotoni au timp să fie generați, precum și existența unor dispozitive atât de cunoscute precum fotomultiplicatoarele și laserele.

Concluzii. Deci, în această lucrare se arată că sarcina electrică este o proprietate fundamentală a naturii, care joacă un rol important în înțelegerea esenței particulelor elementare, a atomilor și a altor structuri ale microlumii.

Esența eterodinamică a sarcinii electrice face posibilă fundamentarea interpretării structurilor, proprietăților și parametrilor particulelor elementare care diferă de cele cunoscute de fizica modernă.

Pe baza modelului eterodinamic al atomului de hidrogen și a naturii fizice a sarcinii electrice, sunt date estimările calculate ale sarcinilor electrice ale protonului, electronului și fotonului.

Date pentru proton și electron, din cauza lipsei confirmării experimentale pe acest moment, sunt de natură teoretică, însă, ținând cont de eroare, pot fi folosite atât în ​​teorie, cât și în practică.

Datele pentru foton sunt în bună concordanță cu rezultatele unor experimente binecunoscute privind măsurarea mărimii sarcinii electrice și fundamentează reprezentarea eronată a sarcinii electrice elementare.

Literatură:

1. Lyamin VS, Lyamin DV Esența fizică a sarcinii electrice.
2. Kasterin N. P. Generalizarea ecuațiilor de bază ale aerodinamicii și electrodinamicii
   (partea aerodinamică) . Probleme de hidrodinamică fizică / Colecția de articole, ed. Academician al Academiei de Științe a BSSR A.V. Lykov. - Minsk: Institutul de transfer de căldură și masă al Academiei de Științe a BSSR, 1971, p. 268 - 308.
3. Atsyukovsky V.A. Eterodinamica generala. Modelarea structurilor și câmpurilor materiei pe baza conceptelor de eter gazos. A doua editie. M.: Energoatomizdat, 2003. 584 p.
4. Emelyanov V. M. Modelul standard și extensiile sale. - M.: Fizmatlit, 2007. - 584 p.
5. Închideți F. Introducere în quarci și partoni. - M.: Mir, 1982. - 438 p.
6. Akhiezer A I, Rekalo MP „Încărcare electrică a particulelor elementare” UFN 114 487–508 (1974).
.
7. Enciclopedia fizică. În 5 volume. - M.: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1988.

Lyamin V.S. , Lyamin D. V. Lvov

Dacă sunteți familiarizat cu structura atomului, atunci probabil știți că atomul oricărui element este format din trei tipuri de particule elementare: protoni, electroni, neutroni. Protonii se combină cu neutronii pentru a forma un nucleu atomic.Deoarece protonul are o sarcină pozitivă, nucleul atomic este întotdeauna încărcat pozitiv. a nucleului atomic este compensat de norul de alte particule elementare care îl înconjoară. Electronul încărcat negativ este partea atomului care stabilizează sarcina protonului. În funcție de ce nucleu atomic înconjoară, un element poate fi fie neutru din punct de vedere electric (în cazul unui număr egal de protoni și electroni în atom), fie să aibă o sarcină pozitivă sau negativă (în cazul lipsei sau excesului de electroni, respectiv). Un atom al unui element care poartă o anumită sarcină se numește ion.

Este important să ne amintim că numărul de protoni este cel care determină proprietățile elementelor și poziția lor în tabelul periodic lor. D. I. Mendeleev. Neutronii dintr-un nucleu atomic nu au sarcină. Datorită faptului că ambii protoni sunt comparabili și practic egali între ei, iar masa unui electron este neglijabilă în comparație cu ei (de 1836 de ori mai puțin, numărul de neutroni din nucleul unui atom joacă un rol foarte important și anume: determină stabilitatea sistemului şi viteza nucleelor.Conţinut neutroni este determinat de izotopul (varietatea) elementului.

Cu toate acestea, din cauza discrepanței dintre masele particulelor încărcate, protonii și electronii au sarcini specifice diferite (această valoare este determinată de raportul dintre sarcina unei particule elementare și masa ei). Ca rezultat, sarcina specifică a protonului este de 9,578756(27) 107 C/kg față de -1,758820088(39) 1011 pentru electron. Datorită valorii ridicate a încărcăturii specifice, protonii liberi nu pot exista în mediile lichide: sunt susceptibili de hidratare.

Masa și sarcina protonului sunt cantități specifice care au fost stabilite la începutul secolului trecut. Care om de știință a făcut această - una dintre cele mai mari - descoperiri din secolul al XX-lea? În 1913, Rutherford, pe baza faptului că masele tuturor elementelor chimice cunoscute sunt mai mari decât masa unui atom de hidrogen de un număr întreg de ori, a sugerat că nucleul unui atom de hidrogen este inclus în nucleul unui atom. a oricărui element. Ceva mai târziu, Rutherford a efectuat un experiment în care a studiat interacțiunea nucleelor ​​atomului de azot cu particulele alfa. Ca rezultat al experimentului, o particulă a zburat din nucleul atomului, pe care Rutherford l-a numit „proton” (din cuvântul grecesc „protos” - primul) și a sugerat că este nucleul atomului de hidrogen. Ipoteza a fost dovedită experimental în timpul re-conducerii acestui experiment științific într-o cameră cu nori.

Același Rutherford a formulat în 1920 o ipoteză despre existența în nucleul atomic a unei particule a cărei masă este egală cu masa unui proton, dar care nu poartă nicio sarcină electrică. Cu toate acestea, Rutherford însuși nu a reușit să detecteze această particulă. Dar în 1932, studentul său Chadwick a dovedit experimental existența unui neutron în nucleul atomic - o particulă, așa cum a prezis Rutherford, aproximativ egală ca masă cu un proton. A fost mai dificil de detectat neutronii, deoarece aceștia nu au o sarcină electrică și, în consecință, nu interacționează cu alte nuclee. Absența unei sarcini explică o astfel de proprietate a neutronilor ca o putere de penetrare foarte mare.

Protonii și neutronii sunt legați în nucleul atomic printr-o interacțiune foarte puternică. Acum, fizicienii sunt de acord că aceste două particule nucleare elementare sunt foarte asemănătoare între ele. Deci, au spate egal și forte nucleare functioneaza exact la fel. Singura diferență este că sarcina protonului este pozitivă, în timp ce neutronul nu are nicio sarcină. Dar, din moment ce sarcina electrică în interacțiunile nucleare nu contează, ea poate fi considerată doar un fel de etichetă pentru proton. Dacă totuși, pentru a priva protonul de o sarcină electrică, atunci își va pierde individualitatea.

Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care își păstrează tot Proprietăți chimice. Un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ. Sarcina nucleului oricărui element chimic este egală cu produsul lui Z cu e, unde Z este numărul de serie al acestui element în sistemul periodic al elementelor chimice, e este valoarea sarcinii electrice elementare.

Electron- aceasta este cea mai mică particulă a unei substanțe cu sarcină electrică negativă e=1,6·10 -19 coulombi, luată ca sarcină electrică elementară. Electronii, care se rotesc în jurul nucleului, sunt localizați pe învelișurile de electroni K, L, M etc. K este învelișul cel mai apropiat de nucleu. Mărimea unui atom este determinată de mărimea învelișului său de electroni. Un atom poate pierde electroni și deveni un ion pozitiv sau poate câștiga electroni și deveni un ion negativ. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau câștigați. Procesul de transformare a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.

nucleul atomic(partea centrală a atomului) constă din particule nucleare elementare - protoni și neutroni. Raza nucleului este de aproximativ o sută de mii de ori mai mică decât raza atomului. Densitatea nucleului atomic este extrem de mare. Protoni- este stabil particule elementare, având o unitate de sarcină electrică pozitivă și o masă de 1836 de ori mai mare decât masa unui electron. Protonul este nucleul atomului însuși element luminos- hidrogen. Numărul de protoni din nucleu este Z. Neutroni este o particulă elementară neutră (fără sarcină electrică) cu o masă foarte apropiată de masa unui proton. Deoarece masa nucleului este suma masei protonilor și neutronilor, numărul de neutroni din nucleul unui atom este A - Z, unde A este numărul de masă al unui izotop dat (vezi). Protonul și neutronul care formează nucleul se numesc nucleoni. În nucleu, nucleonii sunt legați de forțe nucleare speciale.

Nucleul atomic are un depozit uriaș de energie, care este eliberată în timpul reacțiilor nucleare. Reacțiile nucleare apar atunci când nucleele atomice interacționează cu particulele elementare sau cu nucleele altor elemente. Ca rezultat al reacțiilor nucleare, se formează noi nuclee. De exemplu, un neutron se poate transforma într-un proton. În acest caz, o particulă beta, adică un electron, este ejectată din nucleu.

Tranziția în nucleul unui proton într-un neutron poate fi efectuată în două moduri: fie o particulă cu o masă egală cu masa unui electron, dar cu o sarcină pozitivă, numită pozitron (desintegrarea pozitronului), este emisă din nucleul sau nucleul captează unul dintre electronii din cel mai apropiat înveliș K (K -capture).

Uneori, nucleul format are un exces de energie (este într-o stare excitată) și, trecând în starea normală, eliberează excesul de energie sub formă de radiație electromagnetică cu o lungime de undă foarte scurtă -. Energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare este utilizată practic în diverse industrii.

Un atom (greacă atomos - indivizibil) este cea mai mică particulă a unui element chimic care are proprietățile sale chimice. Fiecare element este format din anumite tipuri de atomi. Structura unui atom include nucleul care poartă o sarcină electrică pozitivă și electroni încărcați negativ (vezi), formând învelișurile sale electronice. Valoarea sarcinii electrice a nucleului este egală cu Z-e, unde e este sarcina electrică elementară, egală ca mărime cu sarcina electronului (4,8 10 -10 unități e.-st.), iar Z este numărul atomic a acestui element în sistemul periodic al elementelor chimice (vezi .). Deoarece un atom neionizat este neutru, numărul de electroni incluși în el este, de asemenea, egal cu Z. Compoziția nucleului (vezi. Nucleul atomic) include nucleoni, particule elementare cu o masă de aproximativ 1840 de ori mai mare decât masa unui atom. electroni (egal cu 9,1 10 - 28 g), protoni (vezi), încărcați pozitiv și neutroni fără sarcină (vezi). Numărul de nucleoni din nucleu se numește număr de masă și este notat cu litera A. Numărul de protoni din nucleu, egal cu Z, determină numărul de electroni care intră în atom, structura învelișuri de electroniși proprietățile chimice ale atomului. Numărul de neutroni din nucleu este A-Z. Izotopii sunt numiți varietăți ale aceluiași element, ale căror atomi diferă între ei ca număr de masă A, dar au același Z. Astfel, în nucleele atomilor diferiților izotopi ai unui element există număr diferit neutroni pentru același număr de protoni. La desemnarea izotopilor, numărul de masă A este scris în partea de sus a simbolului elementului, iar numărul atomic în partea de jos; de exemplu, izotopii oxigenului sunt notați:

Dimensiunile unui atom sunt determinate de dimensiunile învelișurilor de electroni și pentru tot Z sunt de aproximativ 10 -8 cm. Deoarece masa tuturor electronilor atomului este de câteva mii de ori mai mică decât masa nucleului, masa de atomul este proporțional cu numărul de masă. Masa relativă a unui atom al unui izotop dat este determinată în raport cu masa unui atom al izotopului de carbon C 12, luată ca 12 unități, și se numește masă izotopică. Se dovedește a fi aproape de numărul de masă al izotopului corespunzător. Greutatea relativă a unui atom al unui element chimic este valoarea medie (ținând cont de abundența relativă a izotopilor unui element dat) a greutății izotopice și se numește greutatea atomică (masă).

Un atom este un sistem microscopic, iar structura și proprietățile sale pot fi explicate doar cu ajutorul teoriei cuantice, creată în principal în anii 20 ai secolului XX și menită să descrie fenomene la scară atomică. Experimentele au arătat că microparticulele - electroni, protoni, atomi etc. - pe lângă cele corpusculare, au proprietățile valurilor manifestată prin difracție și interferență. În teoria cuantică, un anumit câmp de undă caracterizat printr-o funcție de undă (funcția Ψ) este utilizat pentru a descrie starea micro-obiectelor. Această funcție determină probabilitățile stărilor posibile ale unui micro-obiect, adică caracterizează posibilitățile potențiale de manifestare a uneia sau alteia dintre proprietățile sale. Legea de variație a funcției Ψ în spațiu și timp (ecuația Schrödinger), care face posibilă găsirea acestei funcții, joacă același rol în teoria cuantică ca și legile mișcării lui Newton din mecanica clasică. Rezolvarea ecuației Schrödinger conduce în multe cazuri la stări posibile discrete ale sistemului. Deci, de exemplu, în cazul unui atom, se obține o serie de funcții de undă pentru electroni corespunzătoare unor valori diferite (cuantificate) de energie. Sistemul nivelurilor de energie ale atomului, calculat prin metodele teoriei cuantice, a primit o confirmare strălucitoare în spectroscopie. Tranziția unui atom de la starea fundamentală corespunzătoare celui mai scăzut nivel de energie E 0 la oricare dintre stările excitate E i are loc atunci când o anumită porțiune de energie E i - E 0 este absorbită. Un atom excitat intră într-o stare mai puțin excitată sau fundamentală, de obicei cu emisia unui foton. În acest caz, energia fotonului hv este egală cu diferența dintre energiile unui atom în două stări: hv= E i - E k unde h este constanta lui Planck (6,62·10 -27 erg·sec), v este frecvența de lumina.

Pe lângă spectrele atomice, teoria cuantică a făcut posibilă explicarea altor proprietăți ale atomilor. În special, au fost explicate valența, natura legăturii chimice și structura moleculelor, a fost creată o teorie sistem periodic elemente.