20-asr boshlarigacha olimlar atom materiyaning eng kichik boʻlinmas zarrasi deb hisoblashgan, ammo bu notoʻgʻri boʻlib chiqdi. Darhaqiqat, atomning markazida uning yadrosi musbat zaryadlangan protonlar va neytral neytronlarga ega, manfiy zaryadlangan elektronlar esa yadro atrofida orbitallarda aylanadi (atomning bu modeli 1911 yilda E. Rezerford tomonidan taklif qilingan). Shunisi e'tiborga loyiqki, proton va neytronlarning massalari deyarli teng, ammo elektronning massasi taxminan 2000 marta kamroq.

Atomda musbat va manfiy zaryadlangan zarrachalar bo'lsa ham, uning zaryadi neytral hisoblanadi, chunki atomda proton va elektronlar soni bir xil bo'lib, har xil zaryadlangan zarralar bir-birini neytrallashtiradi.

Keyinchalik olimlar elektronlar va protonlar bir xil zaryadga ega ekanligini aniqladilar, bu 1,6 10 -19 C ga teng (C - kulon, SI tizimidagi elektr zaryadining birligi.

Savol haqida hech o'ylab ko'rganmisiz - 1 C zaryadga qancha elektronlar to'g'ri keladi?

1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 elektron

Elektr quvvati

Elektr zaryadlari bir-biriga ta'sir qiladi, bu shaklda namoyon bo'ladi elektr quvvati.

Agar tanada elektronlar ortiqcha bo'lsa, u umumiy manfiy elektr zaryadiga ega bo'ladi va aksincha - agar elektronlar etishmovchiligi bo'lsa, tananing umumiy musbat zaryadi bo'ladi.

Magnit kuchlarga o'xshab, o'xshash zaryadlangan qutblar itarganda va qarama-qarshi zaryadlangan qutblar tortganda, elektr zaryadlari xuddi shunday harakat qiladi. Biroq, fizikada elektr zaryadining polaritesi haqida gapirishning o'zi etarli emas, uning raqamli qiymati muhimdir.

Zaryadlangan jismlar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuchning kattaligini bilish uchun nafaqat zaryadlarning kattaligini, balki ular orasidagi masofani ham bilish kerak. Umumjahon tortishish kuchi allaqachon ko'rib chiqilgan: F = (Gm 1 m 2) / R 2

• m 1, m 2- tana massalari;
• R- jismlarning markazlari orasidagi masofa;
• G = 6,67 10 -11 Nm 2 / kg- universal tortishish doimiysi.

Laboratoriya tajribalari natijasida fiziklar elektr zaryadlarining o'zaro ta'sir kuchi uchun shunga o'xshash formulani olishdi, bu Coulomb qonuni:

F = kq 1 q 2 /r 2

• q 1, q 2 - o'zaro ta'sir qiluvchi zaryadlar, C bilan o'lchanadi;
• r - zaryadlar orasidagi masofa;
• k - mutanosiblik koeffitsienti ( SI: k=8,99·10 9 Nm 2 Cl 2; SSSE: k=1).

• k=1/(4πe 0).
• e 0 ≈8,85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - elektr doimiy.

Kulon qonuniga ko'ra, agar ikkita zaryad bir xil belgiga ega bo'lsa, ular o'rtasida ta'sir qiluvchi F kuch musbat (zaryadlar bir-birini itaradi); agar to'lovlar qarama-qarshi belgilarga ega bo'lsa, samarali kuch manfiy (zaryadlar bir-birini tortadi).

1 C zaryadning kuchi qanchalik katta ekanligini Kulon qonuni yordamida aniqlash mumkin. Masalan, har biri 1 C bo'lgan ikkita zaryad bir-biridan 10 metr masofada joylashgan deb faraz qilsak, ular bir-birini kuch bilan qaytaradi:

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

Bu juda katta kuch bo'lib, taxminan 5600 tonna massa bilan solishtiriladi.

Endi Kulon qonunidan foydalanib, elektron vodorod atomida qanday chiziqli tezlikda aylanishini bilib olaylik, u aylana orbita bo‘ylab harakat qiladi deb faraz qilaylik.

Kulon qonuniga ko'ra, elektronga ta'sir qiluvchi elektrostatik kuchni markazga tortish kuchiga tenglashtirish mumkin:

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

Elektronning massasi 9,1·10 -31 kg, orbitasining radiusi = 5,29·10 -11 m ekanligini hisobga olib, 8,22·10 -8 N qiymatini olamiz.

Endi topishingiz mumkin chiziqli tezlik elektron:

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

Shunday qilib, vodorod atomining elektroni o'z markazi atrofida taxminan 7,88 million km / soat tezlikda aylanadi.

Agar siz shisha tayoqni qog'oz varag'iga surtsangiz, novda "sulton" barglarini (1.1-rasmga qarang), paxmoq va nozik suv oqimlarini jalb qilish qobiliyatiga ega bo'ladi. Quruq sochlarni plastik taroq bilan taraganingizda, sochlar taroqqa tortiladi. Bularda oddiy misollar chaqirilgan kuchlarning namoyon bo'lishi bilan uchrashamiz elektr.

Guruch. 1.1. "Sulton" barglarini elektrlashtirilgan shisha tayoq bilan jalb qilish.

Atrofdagi jismlarga elektr kuchlari bilan ta'sir qiluvchi jismlar yoki zarralar deyiladi zaryadlangan yoki elektrlashtirilgan. Misol uchun, yuqorida aytib o'tilgan shisha tayoq qog'oz varag'iga surtilgandan so'ng, elektrlashtiriladi.

Zarrachalar bir-biri bilan elektr kuchlari orqali o'zaro ta'sir qilsa, elektr zaryadiga ega bo'ladi. Zarrachalar orasidagi masofa ortishi bilan elektr kuchlari kamayadi. Elektr kuchlari ko'p marta kattaroqdir universal tortishish.

Elektr zaryadi- Bu jismoniy miqdor, bu intensivlikni belgilaydi elektromagnit o'zaro ta'sirlar. Elektromagnit o'zaro ta'sirlar - bu zaryadlangan zarralar yoki jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir.

Elektr zaryadlari musbat va manfiyga bo'linadi. Barqaror elementar zarralar musbat zaryadga ega - protonlar Va pozitronlar, shuningdek, metall atomlarining ionlari va boshqalar. Barqaror manfiy zaryad tashuvchilar elektron Va antiproton.

Elektr zaryadsiz zarralar, ya'ni neytral zarralar mavjud: neytron, neytrino. Bu zarralar elektr o'zaro ta'sirida qatnashmaydi, chunki ularning elektr zaryadi nolga teng. Elektr zaryadsiz zarralar bor, lekin zarrachasiz elektr zaryadi mavjud emas.

Ipak bilan ishqalangan oynada ijobiy zaryadlar paydo bo'ladi. Mo'ynali kiyimlarga surtilgan ebonit manfiy zaryadga ega. Zaryadlar bir xil belgilarga ega bo'lsa, zarralar itariladi ( bir xil nomdagi to'lovlar) va turli belgilar bilan ( to'lovlardan farqli o'laroq) zarralar tortiladi.

Barcha jismlar atomlardan tashkil topgan. Atomlar musbat zaryadlangan atom yadrosi va atom yadrosi atrofida harakatlanuvchi manfiy zaryadlangan elektronlardan iborat. Atom yadrosi musbat zaryadlangan protonlar va neytral zarrachalar - neytronlardan iborat. Atomdagi zaryadlar shunday taqsimlanganki, butun atom neytral bo'ladi, ya'ni atomdagi musbat va manfiy zaryadlarning yig'indisi nolga teng bo'ladi.

Elektronlar va protonlar har qanday moddaning bir qismidir va eng kichik barqaror elementar zarralardir. Ushbu zarralar cheksiz vaqt davomida erkin holatda bo'lishi mumkin. Elektron va protonning elektr zaryadiga elementar zaryad deyiladi.

Elementar zaryad barcha zaryadlangan elementar zarrachalarning minimal zaryadidir. Protonning elektr zaryadi ga teng mutlaq qiymat elektron zaryad:

E = 1,6021892(46) * 10 -19 C Har qanday zaryadning kattaligi elementar zaryadning mutlaq qiymatida, ya'ni elektron zaryadining ko'paytmasidir. Elektron yunon tilidan tarjima qilingan elektron - amber, proton - yunoncha protos - birinchidan, neytron lotincha neytrumdan - na u, na boshqasi.

Supero'tkazuvchilar va dielektriklar

Elektr zaryadlari harakatlanishi mumkin. Elektr zaryadlari erkin harakatlana oladigan moddalar deyiladi o'tkazgichlar. Barcha metallar yaxshi o'tkazgichlar (I turdagi o'tkazgichlar), suvli eritmalar tuzlar va kislotalar - elektrolitlar(II turdagi o'tkazgichlar), shuningdek issiq gazlar va boshqa moddalar. Inson tanasi ham o'tkazuvchidir. Supero'tkazuvchilar yuqori elektr o'tkazuvchanligiga ega, ya'ni ular elektr tokini yaxshi o'tkazadilar.

Elektr zaryadlari erkin harakatlana olmaydigan moddalar deyiladi dielektriklar(ingliz tilidan dielektrik, yunoncha dia - orqali, orqali va inglizcha elektr - elektr). Bu moddalar ham deyiladi izolyatorlar. Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi metallarga nisbatan juda past. Yaxshi izolyatorlar chinni, shisha, amber, ebonit, kauchuk, ipak, xona haroratidagi gazlar va boshqa moddalardir.

Supero'tkazuvchilar va izolyatorlarga bo'linish o'zboshimchalik bilan amalga oshiriladi, chunki o'tkazuvchanlik turli omillarga, shu jumladan haroratga bog'liq. Misol uchun, shisha faqat quruq havoda yaxshi izolyatsiya qiladi va havo namligi yuqori bo'lganda yomon izolyatorga aylanadi.

Supero'tkazuvchilar va dielektriklar elektr energiyasining zamonaviy qo'llanilishida katta rol o'ynaydi.

TA’RIF

Proton vodorod atomining yadrosi bo'lgan adronlar sinfiga mansub barqaror zarracha deb ataladi.

Olimlar qaysi ilmiy hodisani protonning kashfiyoti deb hisoblash kerakligi borasida kelisha olmaydi. Protonning kashf etilishida muhim rol o'ynadi:

1. E.Rezerford tomonidan atomning sayyoraviy modelini yaratish;
2. F. Soddi, J. Tomson, F. Aston tomonidan izotoplarning ochilishi;
3. vodorod atomlari yadrolarining azot yadrolaridan alfa zarralari tomonidan urib tushirilganda harakatlarini kuzatishlari E. Rezerford tomonidan.

Proton izlarining birinchi fotosuratlari P.Blekett tomonidan bulutli kamerada elementlarning sun'iy o'zgarishi jarayonlarini o'rganayotganda olingan. Blekket azot yadrolari tomonidan alfa zarralarini tutib olish jarayonini o'rgandi. Bu jarayonda proton ajralib chiqdi va azot yadrosi kislorod izotopiga aylandi.

Protonlar neytronlar bilan birgalikda barcha yadrolarning bir qismidir kimyoviy elementlar. Yadrodagi protonlar sonini aniqlaydi atom raqami element ichida davriy jadval DI. Mendeleev.

Proton musbat zaryadlangan zarrachadir. Uning zaryadi kattaligi bo'yicha elementar zaryadga, ya'ni elektron zaryadining qiymatiga teng. Protonning zaryadi ko'pincha quyidagicha belgilanadi, shuning uchun biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

Hozirgi vaqtda proton elementar zarracha emas, deb ishoniladi. U murakkab tuzilishga ega va ikkita u-kvark va bitta d-kvarkdan iborat. U-kvarkning elektr zaryadi () musbat va u ga teng

d-kvarkning elektr zaryadi () manfiy va quyidagilarga teng:

Kvarklar kuchli o'zaro ta'sirga chidaydigan maydon kvantlari bo'lgan glyuonlar almashinuvini bog'laydi; Protonlarning tuzilishida bir nechta nuqtali tarqalish markazlari mavjudligini protonlar tomonidan elektronlarning tarqalishi bo'yicha tajribalar tasdiqlaydi.

Proton cheklangan o'lchamga ega, olimlar bu haqda hali ham bahslashmoqda. Hozirda proton chegarasi xiralashgan bulut sifatida tasvirlangan. Bunday chegara doimiy ravishda paydo bo'ladigan va yo'q qilinadigan virtual zarralardan iborat. Ammo ko'pchilikda oddiy vazifalar Albatta, protonni nuqta zaryadi deb hisoblash mumkin. Protonning qolgan massasi () taxminan ga teng:

Protonning massasi elektronning massasidan 1836 marta katta.

Protonlar hammasida ishtirok etadi fundamental o'zaro ta'sirlar: kuchli o'zaro ta'sirlar proton va neytronlarni yadrolarga birlashtiradi, elektronlar va protonlar elektromagnit o'zaro ta'sirlar yordamida atomlarda birlashadi. Zaif o'zaro ta'sir sifatida, masalan, neytronning (n) beta-parchalanishini keltirishimiz mumkin:

bu erda p - proton; - elektron; - antineytrino.

Proton parchalanishi hali olinmagan. Bu muhimlaridan biri zamonaviy vazifalar fizika, chunki bu kashfiyot tabiat kuchlarining birligini tushunishda muhim qadam bo'ladi.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Mashq qilish	Natriy atomining yadrolari protonlar bilan bombardimon qilinadi. Agar proton uzoqda bo'lsa, proton atom yadrosidan elektrostatik itarilish kuchi qanday bo'ladi? m natriy atomi yadrosining zaryadi protonning zaryadidan 11 marta katta ekanligini hisobga oling. Natriy atomining elektron qobig'ining ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin.
Yechim	Muammoni hal qilish uchun asos sifatida bizning muammomiz uchun (zarralar nuqta zarralari deb faraz qilingan holda) yozilishi mumkin bo'lgan Kulon qonunini olamiz: bu erda F - zaryadlangan zarralarning elektrostatik o'zaro ta'sir kuchi; Cl - proton zaryadi; - natriy atomi yadrosining zaryadi; - vakuumning dielektrik o'tkazuvchanligi; - elektr doimiyligi. Bizda mavjud bo'lgan ma'lumotlardan foydalanib, biz kerakli itaruvchi kuchni hisoblashimiz mumkin:
Javob	N

2-MISA

Agar siz atomning tuzilishi bilan tanish bo'lsangiz, ehtimol siz har qanday elementning atomi uch turdagi elementar zarrachalardan iborat ekanligini bilasiz: protonlar, elektronlar va neytronlar. Protonlar neytronlar bilan birlashib, atom yadrosini hosil qiladi, chunki protonning zaryadi musbat bo'lganligi sababli, atom yadrosi doimo musbat zaryadlangan. atom yadrosi uni o'rab turgan boshqa elementar zarrachalar buluti bilan kompensatsiyalanadi. Salbiy zaryadlangan elektron protonning zaryadini barqarorlashtiradigan atomning tarkibiy qismidir. Atrofdagi atom yadrosiga qarab, element elektr neytral bo'lishi mumkin (atomda proton va elektronlar soni teng bo'lsa) yoki musbat yoki manfiy zaryadga ega bo'lishi mumkin (mos ravishda elektronlar etishmasligi yoki ortiqcha bo'lsa). ). Elementning ma'lum bir zaryadga ega bo'lgan atomiga ion deyiladi.

Elementlarning xususiyatlarini va ularning joylashuvini aniqlaydigan protonlar soni ekanligini yodda tutish kerak davriy jadval ular. D.I.Mendeleyev. Atom yadrosidagi neytronlar zaryadga ega emas. Protonlar bir-biriga bog'langanligi va deyarli bir-biriga teng bo'lganligi va elektronning massasi ularga nisbatan ahamiyatsiz (1836 marta kam) bo'lganligi sababli, atom yadrosidagi neytronlar soni juda muhim rol o'ynaydi. muhim rol, ya'ni: tizimning barqarorligini va yadrolarning tezligini aniqlaydi. Neytron tarkibi elementning izotopini (turini) aniqlaydi.

Biroq, zaryadlangan zarrachalarning massalari o'rtasidagi tafovut tufayli protonlar va elektronlar turli xil o'ziga xos zaryadlarga ega (bu qiymat zaryad nisbati bilan belgilanadi. elementar zarracha uning massasiga). Natijada protonning solishtirma zaryadi elektron uchun -1,758820088(39)·1011 ga nisbatan 9,578756(27)·107 C/kg ni tashkil qiladi. Yuqori o'ziga xos zaryad tufayli erkin protonlar suyuq muhitda bo'lolmaydi: ular gidratlanishi mumkin.

Protonning massasi va zaryadi o'tgan asrning boshlarida o'rnatilgan o'ziga xos qiymatlardir. Yigirmanchi asrning eng buyuk kashfiyotlaridan biri bu qaysi olim? 1913 yilda Rezerford barcha ma'lum kimyoviy elementlarning massalari vodorod atomining massasidan butun son marta katta ekanligiga asoslanib, vodorod atomining yadrosi atom yadrosiga kiradi, degan fikrni ilgari surgan edi. har qanday elementdan. Biroz vaqt o'tgach, Rezerford tajriba o'tkazdi, unda u azot atomi yadrolarining alfa zarralari bilan o'zaro ta'sirini o'rgandi. Tajriba natijasida atom yadrosidan zarracha uchib chiqdi, uni Ruterford "proton" (yunoncha "protos" so'zidan - birinchi) deb atagan va u vodorod atomining yadrosi deb taxmin qilgan. Buni takrorlash orqali taxmin eksperimental tarzda isbotlangan ilmiy tajriba bulutli kamerada.

Xuddi shu Rezerford 1920 yilda atom yadrosida massasi proton massasiga teng bo'lgan, lekin hech qanday elektr zaryadini olib yurmaydigan zarracha mavjudligi haqidagi farazni ilgari surdi. Biroq, Ruterfordning o'zi bu zarrani aniqlay olmadi. Ammo 1932 yilda uning shogirdi Chadvik atom yadrosida neytron - Ruterford bashorat qilganidek, massasi protonga teng bo'lgan zarracha mavjudligini eksperimental ravishda isbotladi. Neytronlarni aniqlash qiyinroq edi, chunki ular elektr zaryadiga ega emas va shunga mos ravishda boshqa yadrolar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Zaryadning yo'qligi neytronlarning juda yuqori kirib borish qobiliyatini tushuntiradi.

Protonlar va neytronlar atom yadrosida juda kuchli kuch bilan bir-biriga bog'langan. Endi fiziklar bu ikki elementar yadro zarralari bir-biriga juda o'xshash ekanligiga rozi bo'lishadi. Demak, ular teng spinga ega va yadro kuchlari ularga mutlaqo teng ta'sir qiladi. Faqatgina farq shundaki, proton musbat zaryadga ega, neytron esa umuman zaryadga ega emas. Ammo yadroviy o'zaro ta'sirlarda elektr zaryadi hech qanday ma'noga ega emasligi sababli, uni faqat protonning o'ziga xos belgisi sifatida ko'rib chiqish mumkin. Agar siz protonni elektr zaryadidan mahrum qilsangiz, u o'zining individualligini yo'qotadi.