Mga singil sa kuryente. Ang singil ng isang proton ay isang pangunahing dami sa pisika ng butil Ano ang singil at masa ng isang proton?
Kabanata 9. Mga singil sa elementarya. Electron at proton
§ 9.1. Electromagnetic mass at singil. Tanong tungkol sa kakanyahan ng bayad
Sa Kabanata 5, nalaman namin ang mekanismo ng pagkawalang-galaw, ipinaliwanag kung ano ang "inertial mass" at kung ano ang mga de-koryenteng phenomena at mga katangian ng elementarya na singil ang tumutukoy dito. Sa Kabanata 7 ginawa namin ang parehong para sa kababalaghan ng gravity at "gravitational mass". Ito ay naka-out na ang parehong pagkawalang-galaw at gravity ng mga katawan ay tinutukoy ng geometric na laki ng elementarya na mga particle at ang kanilang singil. Dahil ang geometric na sukat ay isang pamilyar na konsepto, ang mga pangunahing phenomena tulad ng inertia at gravity ay batay lamang sa isang maliit na pinag-aralan na entity - "singil". Hanggang ngayon, ang konsepto ng "singil" ay misteryoso at halos mystical. Sa una, ang mga siyentipiko ay humarap lamang sa mga macroscopic na singil, i.e. singil ng mga macroscopic na katawan. Sa simula ng pag-aaral ng elektrisidad sa agham, ang mga ideya tungkol sa hindi nakikitang "mga de-koryenteng likido" ay ginamit, ang labis o kakulangan nito ay humahantong sa electrification ng mga katawan. Sa mahabang panahon, ang debate ay tungkol lamang sa kung ito ay isang likido o dalawa sa kanila: positibo at negatibo. Pagkatapos ay nalaman nila na mayroong "elementarya" na mga tagadala ng singil, mga electron at mga ionized na atom, i.e. mga atom na may labis na elektron o nawawalang elektron. Kahit na sa paglaon, natuklasan ang "pinaka elementarya" na mga carrier ng positibong singil - mga proton. Pagkatapos ay lumabas na maraming "elementarya" na mga particle at marami sa kanila ay may electric charge, at sa mga tuntunin ng magnitude ang singil na ito ay palaging
ay isang multiple ng ilang pinakamababang nakikitang bahagi ng singil q 0 ≈ 1.602 10− 19 C. Ito
ang bahagi ay tinawag na "elementarya na bayad". Tinutukoy ng singil ang lawak kung saan nakikilahok ang isang katawan sa mga pakikipag-ugnayang elektrikal at, sa partikular, mga pakikipag-ugnayang electrostatic. Sa ngayon, walang malinaw na paliwanag kung ano ang elementary charge. Ang anumang pangangatwiran sa paksa na ang isang singil ay binubuo ng iba pang mga pagsingil (halimbawa, mga quark na may mga fractional na halaga ng singil) ay hindi isang paliwanag, ngunit isang iskolastikong "paglabo" ng isyu.
Subukan nating mag-isip tungkol sa mga singil sa ating sarili, gamit ang naitatag na natin kanina. Tandaan natin na ang pangunahing batas na itinatag para sa mga singil ay ang batas ng Coulomb: ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang sinisingil na katawan ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga magnitude ng kanilang mga singil at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Lumalabas na kung kukunin natin ang batas ng Coulomb mula sa anumang partikular na napag-aralan nang pisikal na mekanismo, gagawa tayo ng hakbang sa pag-unawa sa esensya ng mga pagsingil. Nasabi na natin na ang mga elementary charge, sa mga tuntunin ng pakikipag-ugnayan sa labas ng mundo, ay ganap na tinutukoy ng kanilang electric field: ang istraktura at paggalaw nito. At sinabi nila na pagkatapos ng paliwanag ng pagkawalang-galaw at gravity, walang natitira sa elementarya na singil maliban sa isang gumagalaw na electric field. At ang electric field ay walang iba kundi ang mga nababagabag na estado ng vacuum, eter, plenum. Well, maging pare-pareho tayo at subukang bawasan ang electron at ang singil nito sa isang gumagalaw na field! Nahulaan na natin sa Kabanata 5 na ang isang proton ay ganap na katulad ng isang elektron, maliban sa tanda ng singil nito at ang geometric na sukat nito. Kung, sa pamamagitan ng pagbabawas ng electron sa isang gumagalaw na patlang, nakita namin na maaari naming ipaliwanag ang parehong tanda ng singil at ang pagsasarili ng halaga ng singil ng mga particle sa laki, kung gayon ang aming gawain ay makukumpleto, hindi bababa sa isang unang approximation.
§ 9.2. Kakaibang alon at kakaibang alon. Flat electron
Una, isaalang-alang natin ang isang napakasimpleng sitwasyon ng modelo (Larawan 9.1) ng isang singsing na singil na gumagalaw sa isang pabilog na landas ng radius r 0 . At hayaan siya sa pangkalahatan
neutral sa kuryente, ibig sabihin. sa gitna nito ay may singil ng kabaligtaran na tanda. Ito ang tinatawag na "flat electron". Hindi namin inaangkin na ito ay kung ano ang isang tunay na electron, sinusubukan lang naming maunawaan sa ngayon kung posible bang makakuha ng isang bagay na neutral na elektrikal na katumbas ng isang libreng elementary charge sa isang flat, two-dimensional na kaso. Subukan nating likhain ang ating singil mula sa mga nauugnay na singil ng ether (vacuum, plenum). Hayaan, para sa katiyakan, ang singil ng singsing ay negatibo, at ang singsing ay gumagalaw pakanan (Larawan 9.1). Sa kasong ito, ang kasalukuyang I t ay dumadaloy sa counterclockwise. Pumili tayo ng maliit
elemento ng singsing na singilin dq at italaga dito ang isang maliit na haba dl. Ito ay malinaw na sa bawat sandali ng oras ang elemento dq ay gumagalaw na may tangential bilis v t at normal na acceleration a n. Sa ganitong paggalaw maaari nating iugnay ang kabuuang kasalukuyang ng elemento dI -
dami ng vector. Ang halaga na ito ay maaaring kinakatawan bilang isang pare-parehong tangential kasalukuyang dI t, na patuloy na "pinipihit" ang direksyon nito sa daloy
oras, iyon ay, pinabilis. Ibig sabihin, pagkakaroon normal na acceleration dI&n. Kahirapan
ang karagdagang pagsasaalang-alang ay dahil sa ang katunayan na hanggang ngayon sa pisika ay pangunahing isinasaalang-alang natin ang mga alternating currents na ang acceleration ay nasa parehong tuwid na linya na may direksyon ng kasalukuyang mismo. Sa kasong ito, iba ang sitwasyon: ang kasalukuyang patayo sa pagbilis nito. At ano? Ito ba ay nagpapawalang-bisa sa dating matatag na itinatag na mga batas ng pisika?
kanin. 9.1. Ring current at ang epekto ng puwersa nito sa test charge
Kung paanong ang magnetic field nito ay nauugnay sa elementarya mismo (ayon sa batas ng Biot-Savart-Laplace), kaya ang acceleration ng elementarya ay nauugnay sa electric field ng induction, tulad ng ipinakita namin sa mga nakaraang kabanata. Ang mga patlang na ito ay nagsasagawa ng puwersang pagkilos F sa panlabas na singil q (Larawan 9.1). Dahil ang radius r 0 ay may hangganan, kung gayon ang mga aksyon
Ang mga elementarya na alon ng kanan (ayon sa figure) kalahati ng singsing ay hindi maaaring ganap na mabayaran ng kabaligtaran na epekto ng elementarya na alon ng kaliwang kalahati.
Kaya, sa pagitan ng kasalukuyang singsing na I at ang panlabas na singil sa pagsubok q ay dapat
nagkakaroon ng force interaction.
Bilang resulta, nalaman namin na maaari kaming gumawa ng speculatively ng isang bagay na, sa kabuuan, ay magiging ganap na neutral sa konstruksyon, ngunit naglalaman ng kasalukuyang singsing. Ano ang kasalukuyang singsing sa isang vacuum? Ito ang kasalukuyang bias. Maiisip natin ito bilang isang pabilog na paggalaw ng nauugnay na negatibo (o kabaligtaran - positibo) na mga singil sa vacuum na may kumpletong natitirang bahagi ng kabaligtaran na mga singil na matatagpuan
V gitna. Maaari din itong isipin bilang magkasanib na pabilog na paggalaw ng mga positibo at negatibong nakatali na mga singil, ngunit sa magkaibang bilis, o sa magkaibang radii o
V magkaibang panig... Sa bandang huli, kahit paano natin tingnan ang sitwasyon, magiging
bawasan sa isang umiikot na electric field E, sarado sa isang bilog . Lumilikha ito ng magnetic field B, nauugnay sa katotohanan na ang mga alon ay dumadaloy at karagdagang, hindi limitado cr sa hom electric field Eind , dahil sa katotohanan na ang mga alon na ito pinabilis.
Ito ay eksakto kung ano ang aming obserbahan malapit sa tunay na elementarya singil (halimbawa, mga electron)! Narito ang aming phenomenology ng tinatawag na "electrostatic" na pakikipag-ugnayan. Ang mga libreng singil (na may fractional o iba pang mga halaga ng singil) ay hindi kinakailangan upang bumuo ng isang electron. Sapat na lang nakatali na mga singil sa vacuum! Tandaan na ayon sa mga modernong konsepto, ang isang photon ay binubuo din ng isang gumagalaw na electric field at sa pangkalahatan ay neutral sa kuryente. Kung ang isang photon ay "nakabaluktot" sa isang singsing, kung gayon ito ay magkakaroon ng singil, dahil ang electric field nito ay hindi na gumagalaw nang rectilinearly at pare-pareho, ngunit pinabilis. Ngayon ay malinaw na kung paano nabuo ang mga singil ng iba't ibang mga palatandaan: kung ang patlang E sa "modelo ng singsing" (Larawan 9.1) ay nakadirekta mula sa gitna hanggang sa periphery ng particle, kung gayon ang singil ay isang tanda, kung kabaligtaran , pagkatapos ng isa pa. Kung magbubukas tayo ng electron (o positron), lumikha tayo ng photon. Sa katotohanan, dahil sa pangangailangang pangalagaan ang angular momentum, upang maging photon ang isang singil, kailangan mong kumuha ng dalawang magkasalungat na singil, pagsama-samahin ang mga ito at sa huli ay makakuha ng dalawang electron neutral na photon. Ang phenomenon na ito (annihilation reaction) ay aktwal na naobserbahan sa mga eksperimento. Kaya iyon ang singil - ito ay metalikang kuwintas ng electric field! Susunod, susubukan naming gumawa ng mga formula at kalkulasyon at makuha ang batas ng Coulomb mula sa mga batas ng induction na inilapat sa kaso ng alternating bias current.
§ 9.3. Ang batas ng Coulomb bilang resulta ng batas ng induction ni Faraday
Ipakita natin na sa isang two-dimensional (flat) approximation, ang isang electron sa electrostatic sense ay katumbas ng circular motion ng isang current, na katumbas ng magnitude sa charge current q 0 na gumagalaw kasama ang radius r 0 na may bilis. katumbas ng bilis ng liwanag c .
Upang gawin ito, hinahati namin ang kabuuang pabilog na kasalukuyang I (Larawan 9.1) sa elementarya na alon Idl, kalkulahin ang dE ind na kumikilos sa punto kung saan matatagpuan ang test charge q, at isama sa ibabaw ng singsing.
Kaya, ang kasalukuyang dumadaloy sa aming kaso sa pamamagitan ng singsing ay katumbas ng:
(9.1) I = q 0 v = q 0 c . 2 π r 0 2 π r 0
Dahil ang kasalukuyang ito ay curvilinear, iyon ay, pinabilis, ito ay
mga variable:
I. Misyuchenko |
Huling Lihim ng Diyos |
|||||||
dt 2 π r |
2π r |
|||||||
kung saan ang a ay ang centripetal acceleration na nararanasan ng bawat kasalukuyang elemento kapag gumagalaw sa isang bilog sa bilis c.
Ang pagpapalit ng expression na kilala mula sa kinematics para sa acceleration a = c 2, makuha namin ang: r 0
q0 c2 |
||||||
2π r |
2 π r 2 |
|||||
Malinaw na ang derivative para sa kasalukuyang elemento ay ipapahayag ng formula:
dl = |
q0 c2 |
dl. |
|||||
2π r |
2 π r 2 |
||||||
Tulad ng sumusunod mula sa batas ng Biot-Savart-Laplace, ang bawat kasalukuyang elementong Idl ay lumilikha ng isang "elementarya" na magnetic field sa punto kung saan matatagpuan ang test charge:
(9.5) dB = |
Ako[ dl , rr ] |
|||
Mula sa Kabanata 4, alam na ang alternating magnetic field ng elementarya ay bumubuo ng isang electric:
(9.6) dE r = v r B dB r = |
μ 0 |
|||||||||
ako[dl,r] |
||||||||||
Ngayon ay palitan natin sa expression na ito ang halaga ng derivative ng elementarya na pabilog na kasalukuyang mula sa (9.4):
dl kasalanan(β) |
|||||||||||
dE = |
|||||||||||
2 π r 2 |
|||||||||||
Nananatili itong pagsamahin ang mga elementarya na lakas ng patlang ng kuryente sa kasalukuyang tabas, iyon ay, sa lahat ng dl na natukoy natin sa bilog:
q0 c2 |
kasalanan(β) |
r 2 ∫ |
kasalanan(β) |
||||||||
E = ∫ dE = ∫ 8 π |
2 π r 2 |
dl = |
16 π 2 ε |
dl. |
|||||||
Madaling makita (Larawan 9.1) na ang pagsasama-sama sa mga anggulo ay magbibigay ng:
(9.9) ∫ |
kasalanan(β) |
4 π r 2 |
|||
dl = 2 π r0 |
r 20 |
r 20 . |
Alinsunod dito, ang kabuuang halaga ng lakas ng electric field ng induction E ind mula sa aming curvilinear current sa punto kung saan matatagpuan ang test charge ay magiging pantay.
Ang isang atom ay ang pinakamaliit na butil ng isang elemento ng kemikal na nagpapanatili ng lahat ng mga katangian ng kemikal nito. Ang isang atom ay binubuo ng isang nucleus, na may positibong singil sa kuryente, at mga electron na may negatibong singil. Ang singil ng nucleus ng anumang elemento ng kemikal ay katumbas ng produkto ng Z at e, kung saan ang Z ay ang serial number ng elementong ito sa periodic system ng mga elemento ng kemikal, e ang halaga ng elementarya na singil sa kuryente.
Elektron ay ang pinakamaliit na particle ng isang substance na may negatibong electric charge e=1.6·10 -19 coulombs, kinuha bilang elementary electric charge. Ang mga electron, na umiikot sa paligid ng nucleus, ay matatagpuan sa mga shell ng elektron na K, L, M, atbp. Ang K ay ang shell na pinakamalapit sa nucleus. Ang laki ng isang atom ay tinutukoy ng laki ng shell ng elektron nito. Ang isang atom ay maaaring mawalan ng mga electron at maging isang positibong ion o makakuha ng mga elektron at maging isang negatibong ion. Tinutukoy ng singil ng isang ion ang bilang ng mga electron na nawala o nakuha. Ang proseso ng paggawa ng neutral na atom sa isang sisingilin na ion ay tinatawag na ionization.
Atomic nucleus(ang gitnang bahagi ng atom) ay binubuo ng mga elementarya na nuklear na particle - mga proton at neutron. Ang radius ng nucleus ay humigit-kumulang isang daang libong beses na mas maliit kaysa sa radius ng atom. Ang density ng atomic nucleus ay napakataas. Mga proton- ito ay mga matatag na elementarya na particle na may isang positibong singil sa kuryente at isang mass na 1836 beses na mas malaki kaysa sa mass ng isang electron. Ang proton ay ang nucleus ng isang atom ng pinakamagaan na elemento, ang hydrogen. Ang bilang ng mga proton sa nucleus ay Z. Neutron ay isang neutral (walang electric charge) elementarya na particle na may mass na napakalapit sa mass ng isang proton. Dahil ang masa ng nucleus ay binubuo ng masa ng mga proton at neutron, ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng isang atom ay katumbas ng A - Z, kung saan ang A ay ang mass number ng isang ibinigay na isotope (tingnan). Ang proton at neutron na bumubuo sa nucleus ay tinatawag na mga nucleon. Sa nucleus, ang mga nucleon ay pinagsama-sama ng mga espesyal na puwersang nuklear.
Ang atomic nucleus ay naglalaman ng isang malaking reserba ng enerhiya, na inilabas sa panahon ng mga reaksyong nuklear. Ang mga reaksyong nuklear ay nangyayari kapag ang atomic nuclei ay nakikipag-ugnayan sa elementarya na mga particle o sa nuclei ng iba pang mga elemento. Bilang resulta ng mga reaksyong nuklear, nabuo ang mga bagong nuclei. Halimbawa, ang isang neutron ay maaaring mag-transform sa isang proton. Sa kasong ito, ang isang beta particle, ibig sabihin, isang electron, ay pinalabas mula sa nucleus.
Ang paglipat ng isang proton sa isang neutron sa nucleus ay maaaring isagawa sa dalawang paraan: alinman sa isang particle na may mass na katumbas ng masa ng electron, ngunit may positibong singil, na tinatawag na isang positron (positron decay), ay ibinubuga mula sa ang nucleus, o ang nucleus ay kumukuha ng isa sa mga electron mula sa K-shell na pinakamalapit dito (K -capture).
Minsan ang nagreresultang nucleus ay may labis na enerhiya (nasa isang nasasabik na estado) at, sa pagbalik sa normal na estado, naglalabas ng labis na enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation na may napakaikling wavelength - . Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng mga reaksyong nuklear ay praktikal na ginagamit sa iba't ibang mga industriya.
Ang isang atom (Greek atomos - hindi mahahati) ay ang pinakamaliit na particle ng isang kemikal na elemento na may mga katangiang kemikal nito. Ang bawat elemento ay binubuo ng mga atomo ng isang tiyak na uri. Ang atom ay binubuo ng isang nucleus, na nagdadala ng isang positibong singil ng kuryente, at mga negatibong sisingilin na mga electron (tingnan), na bumubuo sa mga shell ng elektron nito. Ang magnitude ng electric charge ng nucleus ay katumbas ng Z-e, kung saan ang e ay ang elementary electric charge na katumbas ng magnitude sa charge ng electron (4.8·10 -10 electric units), at Z ang atomic number ng elementong ito sa ang pana-panahong sistema ng mga elemento ng kemikal (tingnan ang .). Dahil ang isang non-ionized atom ay neutral, ang bilang ng mga electron na kasama dito ay katumbas din ng Z. Ang komposisyon ng nucleus (tingnan ang Atomic nucleus) ay kinabibilangan ng mga nucleon, elementarya na mga particle na may mass na humigit-kumulang 1840 beses na mas malaki kaysa sa masa ng electron (katumbas ng 9.1 10 - 28 g), protons (tingnan), positively charged, at neutrons na walang charge (tingnan). Ang bilang ng mga nucleon sa nucleus ay tinatawag na mass number at itinalaga ng titik A. Ang bilang ng mga proton sa nucleus, katumbas ng Z, ay tumutukoy sa bilang ng mga electron na pumapasok sa atom, ang istraktura ng mga shell ng elektron at ang kemikal. mga katangian ng atom. Ang bilang ng mga neutron sa nucleus ay A-Z. Ang mga isotopes ay mga uri ng parehong elemento, ang mga atomo na naiiba sa bawat isa sa mass number A, ngunit may parehong Z. Kaya, sa nuclei ng mga atom ng iba't ibang isotopes ng parehong elemento mayroong iba't ibang bilang ng mga neutron na may parehong bilang ng mga proton. Kapag nagsasaad ng isotopes, ang mass number A ay nakasulat sa itaas ng simbolo ng elemento, at ang atomic number sa ibaba; halimbawa, ang mga isotopes ng oxygen ay itinalaga: 
Ang mga sukat ng isang atom ay tinutukoy ng mga sukat ng mga shell ng elektron at para sa lahat ng Z isang halaga ng pagkakasunud-sunod na 10 -8 cm Dahil ang masa ng lahat ng mga electron ng isang atom ay ilang libong beses na mas mababa kaysa sa masa ng nucleus , ang masa ng atom ay proporsyonal sa mass number. Ang kamag-anak na masa ng isang atom ng isang ibinigay na isotope ay tinutukoy na may kaugnayan sa masa ng isang atom ng carbon isotope C12, kinuha bilang 12 mga yunit, at tinatawag na isotope mass. Ito ay lumalabas na malapit sa mass number ng kaukulang isotope. Ang relatibong bigat ng isang atom ng isang elemento ng kemikal ay ang average (isinasaalang-alang ang relatibong kasaganaan ng isotopes ng isang partikular na elemento) na halaga ng isotopic weight at tinatawag na atomic weight (mass).
Ang atom ay isang mikroskopiko na sistema, at ang istraktura at katangian nito ay maipapaliwanag lamang gamit ang quantum theory, na nilikha pangunahin noong 20s ng ika-20 siglo at nilayon upang ilarawan ang mga phenomena sa atomic scale. Ipinakita ng mga eksperimento na ang mga microparticle - mga electron, proton, atoms, atbp. - bilang karagdagan sa mga corpuscular, ay may mga katangian ng alon, na ipinakita sa diffraction at interference. Sa quantum theory, upang ilarawan ang estado ng mga micro-object, isang tiyak na wave field ang ginagamit, na nailalarawan sa pamamagitan ng wave function (Ψ-function). Tinutukoy ng function na ito ang mga probabilidad ng mga posibleng estado ng isang microobject, ibig sabihin, nailalarawan ang mga potensyal na posibilidad para sa pagpapakita ng ilang mga katangian nito. Ang batas ng pagkakaiba-iba ng function Ψ sa espasyo at oras (Schrodinger's equation), na nagpapahintulot sa isa na mahanap ang function na ito, ay gumaganap ng parehong papel sa quantum theory gaya ng mga batas ng paggalaw ni Newton sa klasikal na mekanika. Ang paglutas ng Schrödinger equation sa maraming kaso ay humahantong sa mga hiwalay na posibleng estado ng system. Kaya, halimbawa, sa kaso ng isang atom, isang serye ng mga function ng wave para sa mga electron na naaayon sa iba't ibang (quantized) na mga halaga ng enerhiya ay nakuha. Ang sistema ng mga antas ng atomic na enerhiya, na kinakalkula ng mga pamamaraan ng quantum theory, ay nakatanggap ng napakatalino na kumpirmasyon sa spectroscopy. Ang paglipat ng isang atom mula sa ground state na tumutugma sa pinakamababang antas ng enerhiya E 0 sa alinman sa mga excited na estado E i ay nangyayari sa pagsipsip ng isang tiyak na bahagi ng enerhiya E i - E 0 . Ang isang nasasabik na atom ay napupunta sa isang hindi gaanong excited o ground state, kadalasan sa pamamagitan ng paglabas ng isang photon. Sa kasong ito, ang photon energy hv ay katumbas ng pagkakaiba sa mga energies ng atom sa dalawang estado: hv = E i - E k kung saan ang h ay ang pare-pareho ng Planck (6.62·10 -27 erg·sec), v ay ang frequency ng liwanag.
Bilang karagdagan sa atomic spectra, ginawang posible ng quantum theory na ipaliwanag ang iba pang mga katangian ng mga atom. Sa partikular, ang valence, ang likas na katangian ng mga bono ng kemikal at ang istraktura ng mga molekula ay ipinaliwanag, at ang teorya ng periodic table ng mga elemento ay nilikha.
DEPINISYON
Proton ay isang matatag na particle na kabilang sa klase ng mga hadron, na siyang nucleus ng isang hydrogen atom.
Hindi sumasang-ayon ang mga siyentipiko kung aling pang-agham na kaganapan ang dapat isaalang-alang ang pagtuklas ng proton. Ang isang mahalagang papel sa pagtuklas ng proton ay ginampanan ng:
- paglikha ng isang planetaryong modelo ng atom ni E. Rutherford;
- pagtuklas ng isotopes ni F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
- obserbasyon ng pag-uugali ng nuclei ng hydrogen atoms kapag sila ay knocked out sa pamamagitan ng alpha particle mula sa nitrogen nuclei ni E. Rutherford.
Ang mga unang litrato ng mga proton track ay nakuha ni P. Blackett sa isang cloud chamber habang pinag-aaralan ang mga proseso ng artipisyal na pagbabagong-anyo ng mga elemento. Pinag-aralan ni Blackett ang proseso ng pagkuha ng mga alpha particle ng nitrogen nuclei. Sa prosesong ito, isang proton ang ibinubuga at ang nitrogen nucleus ay na-convert sa isang isotope ng oxygen.
Ang mga proton, kasama ang mga neutron, ay bahagi ng nuclei ng lahat ng elemento ng kemikal. Tinutukoy ng bilang ng mga proton sa nucleus ang atomic number ng elemento sa periodic table D.I. Mendeleev.
Ang proton ay isang particle na may positibong charge. Ang singil nito ay katumbas ng magnitude sa elementary charge, iyon ay, ang halaga ng electron charge. Ang singil ng isang proton ay madalas na tinutukoy bilang , pagkatapos ay maaari nating isulat na:
Sa kasalukuyan ay pinaniniwalaan na ang proton ay hindi isang elementarya na butil. Mayroon itong kumplikadong istraktura at binubuo ng dalawang u-quark at isang d-quark. Ang electric charge ng isang u-quark () ay positibo at ito ay katumbas ng
Ang electric charge ng isang d-quark () ay negatibo at katumbas ng:
Ang mga quark ay nag-uugnay sa pagpapalitan ng mga gluon, na mga field quanta; Ang katotohanan na ang mga proton ay may ilang mga point scattering center sa kanilang istraktura ay nakumpirma ng mga eksperimento sa scattering ng mga electron ng mga proton.
May hangganan ang sukat ng proton, na pinagtatalunan pa rin ng mga siyentipiko. Sa kasalukuyan, ang proton ay kinakatawan bilang isang ulap na may malabong hangganan. Ang nasabing hangganan ay binubuo ng patuloy na pag-usbong at pagpuksa ng mga virtual na particle. Ngunit sa karamihan ng mga simpleng problema, ang isang proton, siyempre, ay maaaring ituring na isang point charge. Ang natitirang masa ng isang proton () ay humigit-kumulang katumbas ng:
Ang masa ng isang proton ay 1836 beses na mas malaki kaysa sa masa ng isang elektron.
Ang mga proton ay nakikibahagi sa lahat ng pangunahing pakikipag-ugnayan: pinagsasama-sama ng malakas na pakikipag-ugnayan ang mga proton at neutron sa nuclei, ang mga electron at mga proton ay nagsasama-sama sa mga atomo gamit ang mga pakikipag-ugnayang electromagnetic. Bilang mahinang pakikipag-ugnayan, maaari nating banggitin, halimbawa, ang beta decay ng isang neutron (n):
kung saan ang p ay proton; - elektron; - antineutrino.
Hindi pa nakukuha ang proton decay. Ito ay isa sa mga mahahalagang modernong problema ng pisika, dahil ang pagtuklas na ito ay magiging isang makabuluhang hakbang sa pag-unawa sa pagkakaisa ng mga puwersa ng kalikasan.
Mga halimbawa ng paglutas ng problema
HALIMBAWA 1
| Mag-ehersisyo | Ang nuclei ng sodium atom ay binomba ng mga proton. Ano ang puwersa ng electrostatic repulsion ng isang proton mula sa nucleus ng isang atom kung ang proton ay nasa malayo  Isaalang-alang na ang singil ng nucleus ng isang sodium atom ay 11 beses na mas malaki kaysa sa singil ng isang proton. Ang impluwensya ng electron shell ng sodium atom ay maaaring balewalain. |
| Solusyon | Bilang batayan para sa paglutas ng problema, kukunin natin ang batas ng Coulomb, na maaaring isulat para sa ating problema (ipagpalagay na ang mga particle ay parang pointlike) tulad ng sumusunod:
kung saan ang F ay ang puwersa ng electrostatic na pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na particle; Ang Cl ay ang proton charge; - singil ng nucleus ng sodium atom; - dielectric na pare-pareho ng vacuum; - de-koryenteng pare-pareho. Gamit ang data na mayroon kami, maaari naming kalkulahin ang kinakailangang repulsive force: |
| Sagot | N |
HALIMBAWA 2
| Mag-ehersisyo | Isinasaalang-alang ang pinakasimpleng modelo ng hydrogen atom, pinaniniwalaan na ang electron ay gumagalaw sa isang pabilog na orbit sa paligid ng proton (ang nucleus ng hydrogen atom). Ano ang bilis ng isang electron kung ang radius ng orbit nito ay m? |
| Solusyon | Isaalang-alang natin ang mga puwersa (Larawan 1) na kumikilos sa isang elektron na gumagalaw sa isang bilog. Ito ang puwersa ng pagkahumaling mula sa proton. Ayon sa batas ng Coulomb, isinusulat namin na ang halaga nito ay katumbas ng ():
kung saan =— singil ng elektron; |
- singil ng proton; - de-koryenteng pare-pareho. Ang puwersa ng atraksyon sa pagitan ng isang elektron at isang proton sa anumang punto sa orbit ng elektron ay nakadirekta mula sa elektron patungo sa proton sa kahabaan ng radius ng bilog.Kung pamilyar ka sa istruktura ng isang atom, malamang na alam mo na ang isang atom ng anumang elemento ay binubuo ng tatlong uri ng elementarya na mga particle: mga proton, electron, at neutron. Ang mga proton ay pinagsama sa mga neutron upang bumuo ng isang atomic nucleus Dahil ang singil ng isang proton ay positibo, ang atomic na nucleus ay palaging may positibong singil. ang atomic nucleus ay binabayaran ng ulap ng iba pang elementarya na mga particle na nakapalibot dito. Ang negatibong sisingilin na elektron ay ang bahagi ng atom na nagpapatatag sa singil ng proton. Depende sa nakapaligid na atomic nucleus, ang isang elemento ay maaaring maging neutral sa kuryente (sa kaso ng pantay na bilang ng mga proton at electron sa atom) o may positibo o negatibong singil (sa kaso ng kakulangan o labis ng mga electron, ayon sa pagkakabanggit. ). Ang isang atom ng isang elemento na nagdadala ng isang tiyak na singil ay tinatawag na isang ion.
Mahalagang tandaan na ito ay ang bilang ng mga proton na tumutukoy sa mga katangian ng mga elemento at ang kanilang posisyon sa periodic table. D. I. Mendeleev. Ang mga neutron na nakapaloob sa atomic nucleus ay walang bayad. Dahil sa ang katunayan na ang mga proton ay nakakaugnay at halos katumbas ng bawat isa, at ang masa ng elektron ay bale-wala kumpara sa kanila (1836 beses na mas kaunti), ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng isang atom ay gumaganap ng isang napakahalagang papel, lalo na: tinutukoy nito ang katatagan ng sistema at ang bilis ng nuclei.
Gayunpaman, dahil sa pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng mga sisingilin na particle, ang mga proton at electron ay may iba't ibang partikular na singil (ang halagang ito ay tinutukoy ng ratio ng singil ng isang elementarya na particle sa masa nito). Bilang resulta, ang tiyak na singil ng proton ay 9.578756(27)·107 C/kg kumpara sa -1.758820088(39)·1011 para sa electron. Dahil sa mataas na partikular na singil, ang mga libreng proton ay hindi maaaring umiral sa likidong media: maaari silang ma-hydrated.
Ang masa at singil ng isang proton ay mga tiyak na halaga na itinatag sa simula ng huling siglo. Sinong siyentipiko ang gumawa nito - isa sa mga pinakadakilang - natuklasan noong ikadalawampu siglo? Noong 1913, si Rutherford, batay sa katotohanan na ang masa ng lahat ng kilalang elemento ng kemikal ay mas malaki kaysa sa masa ng hydrogen atom sa pamamagitan ng isang integer na bilang ng beses, iminungkahi na ang nucleus ng hydrogen atom ay kasama sa nucleus ng atom. ng anumang elemento. Maya-maya, nagsagawa si Rutherford ng isang eksperimento kung saan pinag-aralan niya ang pakikipag-ugnayan ng nuclei ng isang nitrogen atom na may mga particle ng alpha. Bilang resulta ng eksperimento, isang particle ang lumipad mula sa nucleus ng atom, na tinawag ni Rutherford na "proton" (mula sa salitang Griyego na "protos" - una) at ipinapalagay na ito ang nucleus ng hydrogen atom. Ang palagay ay napatunayan nang eksperimento sa pamamagitan ng pag-uulit ng siyentipikong eksperimentong ito sa isang silid sa ulap.
Ang parehong Rutherford noong 1920 ay naglagay ng hypothesis tungkol sa pagkakaroon sa atomic nucleus ng isang particle na ang masa ay katumbas ng masa ng isang proton, ngunit hindi nagdadala ng anumang electric charge. Gayunpaman, si Rutherford mismo ay nabigo upang makita ang butil na ito. Ngunit noong 1932, ang kanyang estudyanteng si Chadwick ay eksperimento na pinatunayan ang pagkakaroon ng isang neutron sa atomic nucleus - isang particle, gaya ng hinulaang ni Rutherford, humigit-kumulang katumbas ng masa sa isang proton. Mas mahirap na tuklasin ang mga neutron, dahil wala silang singil sa kuryente at, nang naaayon, hindi nakikipag-ugnayan sa ibang nuclei. Ang kawalan ng singil ay nagpapaliwanag ng napakataas na kakayahang tumagos ng mga neutron.
Ang mga proton at neutron ay pinagsama-sama sa atomic nucleus sa pamamagitan ng isang napakalakas na puwersa. Ngayon sumasang-ayon ang mga physicist na ang dalawang elementarya na nuclear particle ay halos magkapareho sa isa't isa. Kaya, mayroon silang pantay na pag-ikot, at ang mga puwersang nuklear ay kumikilos sa kanila nang ganap na pantay. Ang pagkakaiba lamang ay ang proton ay may positibong singil, habang ang neutron ay walang singil sa lahat. Ngunit dahil ang singil ng kuryente ay walang kahulugan sa mga pakikipag-ugnayang nuklear, maaari lamang itong ituring bilang isang uri ng marka ng proton. Kung aalisan mo ang isang proton ng isang singil sa kuryente, mawawalan ito ng sariling katangian.
Ang artikulong ito, batay sa etherodynamic na kakanyahan ng singil ng kuryente at ang mga istruktura ng elementarya na mga particle, ay nagbibigay ng pagkalkula ng mga halaga ng mga singil sa kuryente ng proton, electron at photon.
Ang maling kaalaman ay mas mapanganib kaysa sa kamangmangan
J.B. Shaw
Panimula. Sa modernong pisika, ang singil ng kuryente ay isa sa pinakamahalagang katangian at mahalagang pag-aari ng elementarya na mga particle. Mula sa pisikal na kakanyahan ng singil sa kuryente, na tinukoy batay sa konsepto ng etherodynamic, isang bilang ng mga katangian ang sumusunod, tulad ng proporsyonalidad ng magnitude ng singil ng kuryente sa masa ng carrier nito; ang singil ng kuryente ay hindi binibilang, ngunit inililipat ng quanta (mga partikulo); ang magnitude ng electric charge ay may isang tiyak na senyales, iyon ay, ito ay palaging positibo; na nagpapataw ng makabuluhang mga paghihigpit sa likas na katangian ng elementarya na mga particle. Namely: sa kalikasan walang elementarya na mga particle na walang electric charge; Ang magnitude ng electric charge ng elementary particle ay positibo at mas malaki kaysa sa zero. Batay sa pisikal na kakanyahan, ang magnitude ng electric charge ay tinutukoy ng masa, ang bilis ng daloy ng eter na bumubuo sa istraktura ng elementarya na particle at ang kanilang mga geometric na parameter. Ang pisikal na kakanyahan ng electric charge ( Ang electric charge ay isang sukatan ng daloy ng eter) hindi malabo na tumutukoy sa etherodynamic na modelo ng elementarya na mga particle, sa gayon ay inaalis ang tanong ng istruktura ng elementarya na mga particle sa isang banda at nagpapahiwatig ng hindi pagkakapare-pareho ng pamantayan, quark at iba pang mga modelo ng elementarya na mga particle sa kabilang banda.
Tinutukoy din ng magnitude ng electric charge ang intensity ng electromagnetic interaction ng elementary particles. Sa tulong ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic, nangyayari ang pakikipag-ugnayan ng mga proton at electron sa mga atomo at molekula. Kaya, tinutukoy ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ang posibilidad ng isang matatag na estado ng naturang mga microscopic system. Ang kanilang mga sukat ay makabuluhang tinutukoy ng magnitude ng mga singil sa kuryente ng electron at proton.
Ang maling interpretasyon ng mga ari-arian sa pamamagitan ng modernong pisika, tulad ng pagkakaroon ng positibo at negatibo, elementarya, discrete, quantized electric charge, atbp., maling interpretasyon ng mga eksperimento sa pagsukat ng magnitude ng electric charge ay humantong sa isang bilang ng mga gross error sa elementary particle physics (kawalan ng istruktura ng electron, zero mass at singil ng isang photon, pagkakaroon ng isang neutrino, pagkakapantay-pantay sa ganap na halaga ng mga electric charge ng isang proton at electron sa isang elementarya).
Mula sa itaas ay sumusunod na ang electric charge ng elementarya na mga particle sa modernong pisika ay may tiyak na kahalagahan sa pag-unawa sa mga pundasyon ng microcosm at nangangailangan ng balanse at makatwirang pagtatasa ng kanilang mga halaga.
Sa ilalim ng natural na mga kondisyon, ang mga proton at mga electron ay nasa isang nakatali na estado, na bumubuo ng mga pares ng proton-electron. Ang hindi pagkakaunawaan sa sitwasyong ito, pati na rin ang maling ideya na ang mga singil ng isang elektron at isang proton ay pantay sa ganap na halaga sa mga elementarya, ay nag-iwan ng modernong pisika na walang sagot sa tanong: ano ang tunay na halaga ng mga singil sa kuryente ng isang proton, electron at photon?
Electric charge ng isang proton at electron. Sa natural na estado nito, ang pares ng proton-electron ay umiiral sa anyo ng elementong kemikal na hydrogen atom. Ayon sa teorya: "Ang hydrogen atom ay isang hindi mababawasang istrukturang yunit ng bagay, na nangunguna sa periodic table ng Mendeleev. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang radius ng hydrogen atom ay dapat na uriin bilang isang pangunahing pare-pareho. ... Ang kinakalkulang Bohr radius ay = 0.529 Å. Mahalaga ito dahil walang direktang pamamaraan para sa pagsukat ng radius ng isang hydrogen atom. ...ang Bohr radius ay ang radius ng bilog ng circular orbit ng electron, at ito ay binibigyang-kahulugan nang buong alinsunod sa pangkalahatang tinatanggap na pag-unawa sa terminong "radius."
Alam din na ang mga sukat ng proton radius ay isinagawa gamit ang mga ordinaryong hydrogen atoms, na humantong (CODATA -2014) sa isang resulta ng 0.8751 ± 0.0061 femtometers (1 fm = 10 −15 m).
Upang matantya ang magnitude ng electric charge ng isang proton (electron), ginagamit namin ang pangkalahatang expression para sa electric charge:
q = (1/ k) 1/2 u r (ρ S) 1/2 , (1)
kung saan k = 1 / 4πε 0 – koepisyent ng proporsyonalidad mula sa pagpapahayag ng batas ng Coulomb,
ε0 ≈ 8.85418781762039·10 −12 F m −1 – pare-parehong elektrikal; u - bilis, ρ - density ng daloy ng eter; S – cross section ng proton (electron) body.
Ibahin natin ang ekspresyon (1) tulad ng sumusunod
q = (1/ k) 1/2 u r (MS/ V) 1/2 ,
saan V = r S – dami ng katawan, m — mass ng elementary particle.
Ang isang proton at isang electron ay mga dueton: - isang istraktura na binubuo ng dalawang hugis torus na katawan na konektado ng mga lateral surface ng tori, simetriko na nauugnay sa dibisyon ng eroplano, samakatuwid
q = (1/ k) 1/2 u r (m2 S T/2 V T) 1/2 ,
saan S T- seksyon, r- haba, V T = r ST— dami ng torus.
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 (Ginoo) 1/2 . (2)
Ang expression (2) ay isang pagbabago ng expression (1) para sa electric charge ng isang proton (electron).
Hayaan ang R 2 = 0.2 R 1 , kung saan ang R 1 ay ang panlabas at R 2 ang panloob na radii ng torus.
r= 2π 0.6 R 1 ,
ang electric charge ng isang proton at electron, ayon sa pagkakabanggit
q = ( 1/ k) 1/2 u (m 2π 0.6 R 1 ) 1/2 ,
q= (2π 0.6 / k) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 ,
q= 2π ( 1.2 ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2
q = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 (3)
Ang expression (3) ay isang anyo ng pagpapahayag ng magnitude ng electric charge para sa isang proton at isang electron.
Sa u = 3∙10 8 m / с – pangalawang bilis ng tunog ng eter, expression 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 .
Ipagpalagay natin na ang radius ng proton (electron) sa istraktura na ipinakita sa itaas ay ang radius R 1 .
Para sa isang proton, alam na m р = 1.672∙10 -27 kg, R 1 = r р = 0.8751∙10 -15 m, pagkatapos
qR = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 s -1 ] ∙ (1.672∙10 -27 [kg] ∙
0.8751∙10 -15 [m]) 1/2 = 0.743∙10 -17 Cl.
Kaya, ang electric charge ng isang proton qR= 0.743∙10 -17 Cl.
Para sa isang elektron ay kilala na m e = 0.911∙10 -31 kg. Upang matukoy ang radius ng electron, sa ilalim ng pagpapalagay na ang istraktura ng electron ay katulad ng istraktura ng proton, at ang ether flux density sa katawan ng electron ay katumbas din ng ether flux density sa katawan ng proton, ginagamit namin ang kilalang ratio sa pagitan ng mga masa ng proton at elektron, na katumbas ng
m r / m e = 1836.15.
Pagkatapos r r /r e = (m r /m e) 1/3 = 1836.15 1/3 = 12.245, ibig sabihin, r e = r r /12.245.
Ang pagpapalit ng data para sa electron sa expression (3) ay nakukuha natin
q e = 0.6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 /s] ∙ (0.911∙10 -31 [kg] 0.8751∙10 -15 [m]/12.245) 1/2 =
0.157∙10 -19 Cl.
Kaya, ang electric charge ng isang electron qeh = 0,157∙10 -19 Cl.
Proton specific charge
q р /m р = 0.743∙10 -17 [C] /1.672∙10 -27 [kg] = 0.444∙10 10 C /kg.
Tukoy na singil ng elektron
q e / m e = 0.157∙10 -19 [C] /0.911∙10 -31 [kg] = 0.172∙10 12 C /kg.
Ang mga nakuhang halaga ng mga singil sa kuryente ng proton at elektron ay mga pagtatantya at walang pangunahing katayuan. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang geometric at pisikal na mga parameter ng proton at electron sa pares ng proton-electron ay magkakaugnay at tinutukoy ng lokasyon ng pares ng proton-electron sa atom ng sangkap at kinokontrol ng batas ng konserbasyon ng angular momentum. Kapag ang radius ng orbit ng elektron ay nagbabago, ang masa ng proton at elektron at, nang naaayon, ang bilis ng pag-ikot sa paligid ng sarili nitong axis ng pag-ikot ay nagbabago nang naaayon. Dahil ang singil ng kuryente ay proporsyonal sa masa, ang pagbabago sa masa ng isang proton o elektron ay, nang naaayon, ay hahantong sa pagbabago sa kanilang mga singil sa kuryente.
Kaya, sa lahat ng mga atomo ng isang sangkap, ang mga singil sa kuryente ng mga proton at mga electron ay naiiba sa bawat isa at may sariling tiyak na kahulugan, gayunpaman, sa isang unang pagtatantya, ang kanilang mga halaga ay maaaring tantyahin bilang mga halaga ng singil ng kuryente. ng proton at electron ng hydrogen atom, na tinukoy sa itaas. Bilang karagdagan, ang sitwasyong ito ay nagpapahiwatig na ang electric charge ng isang atom ng isang sangkap ay ang natatanging katangian nito, na maaaring magamit upang makilala ito.
Ang pag-alam sa laki ng mga singil sa kuryente ng isang proton at elektron para sa isang hydrogen atom, maaaring tantiyahin ng isa ang mga electromagnetic na pwersa na nagsisiguro sa katatagan ng hydrogen atom.
Ayon sa binagong batas ng Coulomb, ang electric force of attraction Fpr magiging pantay
Fpr = k (q 1 - q 2) 2 / r 2, sa q 1 ≠ q 2,
kung saan ang q 1 ay ang electric charge ng isang proton, ang q 2 ay ang electric charge ng isang electron, ang r ay ang radius ng atom.
Fpr =(1/4πε 0)(q 1 - q 2) 2 / r 2 = (1/4π 8.85418781762039 10 −12 F m −1)
- (0.743∙10 -17 C - 0.157∙10 -19 C) 2 /(5.2917720859·10 −11 ) 2 = 0.1763·10 -3 N.
Sa isang hydrogen atom, ang isang electric (Coulomb) na puwersa ng atraksyon na katumbas ng 0.1763·10 -3 N ay kumikilos sa isang electron Dahil ang hydrogen atom ay nasa isang stable na estado, ang magnetic repulsive force ay katumbas din ng 0.1763·10 -3 N. . sa itaas.
Sinasabi ng modernong pisika na ang pinakamababang enerhiya na kinakailangan upang alisin ang isang electron mula sa isang atom ay tinatawag na ionization energy o binding energy, na para sa isang hydrogen atom ay 13.6 eV. Tantyahin natin ang nagbubuklod na enerhiya ng isang proton at isang electron sa isang hydrogen atom batay sa mga nakuhang halaga ng electric charge ng proton at electron.
E St. = F pr ·r n = 0.1763·10 -3 · 6.24151·10 18 eV/m · 5.2917720859·10 −11 = 58271 eV.
Ang nagbubuklod na enerhiya ng isang proton at isang elektron sa isang hydrogen atom ay 58.271 KeV.
Ang nakuha na resulta ay nagpapahiwatig ng hindi tama ng konsepto ng enerhiya ng ionization at ang kamalian ng pangalawang postulate ni Bohr: " Ang light emission ay nangyayari kapag ang isang electron ay lumipat mula sa isang nakatigil na estado na may mas mataas na enerhiya patungo sa isang nakatigil na estado na may mas mababang enerhiya. Ang enerhiya ng inilabas na photon ay katumbas ng pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga nakatigil na estado." Sa panahon ng proseso ng paggulo ng isang pares ng proton-electron sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na kadahilanan, ang elektron ay inilipat (inilipat palayo) mula sa proton sa pamamagitan ng isang tiyak na halaga, ang pinakamataas na halaga nito ay tinutukoy ng enerhiya ng ionization. Matapos mabuo ang mga photon ng pares ng proton-electron, babalik ang electron sa dati nitong orbit.
Tantyahin natin ang magnitude ng maximum na pag-aalis ng elektron sa paggulo ng isang hydrogen atom sa pamamagitan ng ilang panlabas na kadahilanan na may enerhiya na 13.6 eV.
Ang radius ng hydrogen atom ay magiging katumbas ng 5.29523·10 −11, ibig sabihin, tataas ito ng humigit-kumulang 0.065%.
Electric charge ng isang photon. Ayon sa konsepto ng etherodynamic, ang isang photon ay: isang elementary particle, na isang saradong toroidal vortex ng densified ether na may ring motion ng torus (tulad ng isang gulong) at isang screw motion sa loob nito, na nagsasagawa ng translational cycloidal motion (kasama ang isang screw trajectory), na dulot ng gyroscopic moments nito. sariling pag-ikot at pag-ikot sa isang pabilog na landas at nilayon para sa paglipat ng enerhiya.
Batay sa istraktura ng photon bilang isang toroidal vortex body na gumagalaw kasama ang isang helical trajectory, kung saan ang r γ λ ay ang panlabas na radius, m γ λ ang masa, ω γ λ ay ang natural na dalas ng pag-ikot, ang electric charge ng photon ay maaaring katawanin tulad ng sumusunod.
Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, ipinapalagay namin ang haba ng daloy ng eter sa photon body r = 2π r γ λ ,
u = ω γ λ r γ λ , r 0 λ = 0.2 r γ λ ay ang cross-sectional radius ng photon body.
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)
Ang expression (4) ay kumakatawan sa sariling electric charge ng photon nang hindi isinasaalang-alang ang paggalaw sa isang pabilog na landas. Ang mga parameter ε 0, m λ, r γ λ ay quasi-constant, i.e. mga variable na ang mga halaga ay hindi gaanong nagbabago (mga fraction ng %) sa buong saklaw ng pagkakaroon ng photon (mula sa infrared hanggang gamma). Nangangahulugan ito na ang sariling electric charge ng photon ay isang function ng dalas ng pag-ikot sa paligid ng sarili nitong axis. Tulad ng ipinakita sa trabaho, ang ratio ng mga frequency ng gamma photon ω γ λ Г sa isang infrared photon ω γ λ И ay nasa pagkakasunud-sunod ng ω γ λ Г /ω γ λ И ≈ 1000, at ang halaga ng photon's ang sariling singil ng kuryente ay nagbabago rin nang naaayon. Sa ilalim ng modernong mga kondisyon, ang dami na ito ay hindi masusukat, at samakatuwid ay mayroon lamang teoretikal na kahalagahan.
Ayon sa kahulugan ng isang photon, mayroon itong kumplikadong helical motion, na maaaring mabulok sa paggalaw sa isang pabilog na landas at rectilinear. Upang matantya ang kabuuang halaga ng singil ng kuryente ng photon, kinakailangang isaalang-alang ang paggalaw sa isang pabilog na landas. Sa kasong ito, ang sariling electric charge ng photon ay lumalabas na ibinahagi sa pabilog na landas na ito. Isinasaalang-alang ang periodicity ng paggalaw, kung saan ang hakbang ng helical trajectory ay binibigyang kahulugan bilang wavelength ng photon, maaari nating pag-usapan ang pag-asa ng halaga ng kabuuang electric charge ng photon sa wavelength nito.
Mula sa pisikal na kakanyahan ng singil ng kuryente ay sumusunod na ang magnitude ng singil ng kuryente ay proporsyonal sa masa nito, at samakatuwid ay sa dami nito. Kaya, ang sariling singil ng kuryente ng photon ay proporsyonal sa sariling dami ng katawan ng photon (V γ λ). Katulad nito, ang kabuuang singil ng kuryente ng isang photon, na isinasaalang-alang ang paggalaw nito sa isang pabilog na landas, ay magiging proporsyonal sa volume (V λ) na bubuo ng isang photon na gumagalaw sa isang pabilog na landas.
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)
kung saan ang L = r 0γλ /r γλ ay ang photon structure parameter, katumbas ng ratio ng cross-sectional radius sa panlabas na radius ng photon body (≈ 0.2), V T = 2π 2 R r 2 ang volume ng torus , R ay ang radius ng bilog ng pag-ikot ng generatrix ng torus; r ay ang radius ng generatrix ng torus circle.
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)
Ang expression (6) ay kumakatawan sa kabuuang singil ng kuryente ng photon. Dahil sa pag-asa ng kabuuang singil ng kuryente sa mga geometric na parameter ng photon, ang mga halaga nito ay kasalukuyang kilala na may malaking error, hindi posible na makuha ang eksaktong halaga ng electric charge sa pamamagitan ng pagkalkula. Gayunpaman, ang pagtatasa nito ay nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng isang bilang ng mga makabuluhang teoretikal at praktikal na konklusyon.
Para sa data mula sa trabaho, i.e. sa λ = 225 nm, ω γ λ ≈ 6.6641·10 30 r/s,
m λ≈ 10 -40 kg, r γ λ ≈ 10 -20 m, R λ ≈ 0.179·10 -16 m, L≈ 0.2, nakuha namin ang halaga ng kabuuang singil ng kuryente ng photon:
q λ = 0, 786137 ·10 -19 Cl.
Ang nakuhang halaga ng kabuuang singil ng kuryente ng isang photon na may wavelength na 225 nm ay sumasang-ayon nang mabuti sa halagang sinusukat ng R. Millikan (1.592·10 -19 C), na kalaunan ay naging isang pangunahing pare-pareho, na isinasaalang-alang ang katotohanan na ang ang halaga ay tumutugma sa electric charge ng dalawang photon. Doblehin ang nakalkulang singil sa kuryente ng photon:
2q λ = 1.57227·10 -19 Cl,
sa International System of Units (SI), ang elementary electric charge ay katumbas ng 1.602 176 6208(98) 10 −19 C. Ang dobleng halaga ng elementarya na singil ng kuryente ay dahil sa ang katunayan na ang pares ng proton-electron, dahil sa mahusay na proporsyon nito, ay palaging bumubuo ng dalawang photon. Ang pangyayaring ito ay eksperimento na nakumpirma sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang proseso tulad ng paglipol ng isang pares ng electron - positron, i.e. sa proseso ng magkaparehong pagkasira ng isang elektron at isang positron, ang dalawang photon ay may oras na mabuo, pati na rin ang pagkakaroon ng mga kilalang aparato tulad ng mga photomultiplier at laser.
Mga konklusyon. Kaya, sa gawaing ito ay ipinapakita na ang electric charge ay isang pangunahing pag-aari ng kalikasan, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-unawa sa kakanyahan ng elementarya na mga particle, atomo at iba pang mga istruktura ng microworld.
Ang eter-dynamic na kakanyahan ng electric charge ay nagbibigay-daan sa amin na magbigay ng katwiran para sa interpretasyon ng mga istruktura, katangian at parameter ng elementarya na mga particle na naiiba sa mga kilala sa modernong pisika.
Batay sa eter-dynamic na modelo ng hydrogen atom at ang pisikal na kakanyahan ng electric charge, ang mga kalkuladong pagtatantya ng mga electric charge ng proton, electron at photon ay ibinibigay.
Ang data para sa proton at elektron, dahil sa kakulangan ng pang-eksperimentong kumpirmasyon sa ngayon, ay teoretikal sa kalikasan, gayunpaman, isinasaalang-alang ang error, maaari silang magamit pareho sa teorya at sa pagsasanay.
Ang data para sa photon ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng mga kilalang eksperimento sa pagsukat ng magnitude ng electric charge at pagbibigay-katwiran sa maling representasyon ng elementarya na electric charge.
Panitikan:
- Lyamin V. S., Lyamin D. V. Pisikal na kakanyahan ng electric charge.
- Kasterin N.P. Generalization ng mga pangunahing equation ng aerodynamics at electrodynamics
(Aerodynamic na bahagi). Mga problema ng pisikal na hydrodynamics / Koleksyon ng mga artikulo ed. Academician ng Academy of Sciences ng BSSR A.V. Lykova. – Minsk: Institute of Heat and Mass Transfer ng Academy of Sciences ng BSSR, 1971, p. 268 – 308. - Atyukovsky V.A. Pangkalahatang dinamika ng eter. Pagmomodelo ng mga istruktura ng bagay at mga patlang batay sa konsepto ng gas-like ether. Ikalawang edisyon. M.: Energoatomizdat, 2003. 584 p.
- Emelyanov V. M. Standard na modelo at mga extension nito. - M.: Fizmatlit, 2007. - 584 p.
- Isara F. Panimula sa quark at parton. - M.: Mir, 1982. - 438 p.
- Akhiezer A I, Rekalo M P "Sisingilin ng kuryente ng mga elementarya na particle" UFN 114 487–508 (1974). .
- Pisikal na ensiklopedya. Sa 5 volume. - M.: Encyclopedia ng Sobyet. Editor-in-chief A. M. Prokhorov. 1988.
Lyamin V.S. , Lyamin D. V. Lvov