Jądro atomowe i jego składniki, Streszczenia z Historia

Pobierz Jądro atomowe i jego składniki i więcej Streszczenia w PDF z Historia tylko na Docsity! Jądro atomowe i jego składniki W 1911 r. Ernest Rutherford publikuje wyniki swoich badań, które dowodzą, że atom zbudowany jest z małego – w porównaniu z jego rozmiarami – jądra, w którym skupiona jest prawie cała masa atomu. Jądro atomu otacza powłoka elektronowa i atom jako całość pozostaje obojętny elektrycznie. Daje to początek nowej gałęzi fizyki – fizyce jądrowej, stawiającej sobie za cel poznanie tego nowo odkrytego elementu atomu. Najczęstsze wyobrażenia dotyczące budowy jądra atomowego przez osoby, które interesują się tym tematem, a nie są fizykami, odpowiadają tak zwanemu modelowi kroplowemu opracowanego jeszcze przez Nielsa Bohra i Johna Wheelera na podstawie koncepcji George'a Gamowa. Obecnie model ten, w którym jądro atomu składa się ze ściśniętych razem protonów i neutronów, tworząc obiekt zbliżony kształtem do kuli, jest uważany za nieadekwatny do rzeczywistości, ale pozwala na dość dobre rozpatrywanie właściwości materii. Już potrafisz stwierdzić, od czego zależą oddziaływania elektrostatyczne; podać definicję kwantu energii promieniowania elektromagnetycznego; obliczyć energię, którą przenosi kwant promieniowania elektromagnetycznego; stwierdzić, że światło w określonych warunkach można traktować jako falę elektromagnetyczną, a w innych – jako strumień kwantów (fotonów, porcji energii); wyjaśnić budowę atomu na podstawie modelu Bohra. Zgłoś problem Tryby dostępności Aktualności  Nauczysz się wymieniać cząstki, z jakich zbudowane jest jądro atomowe; podawać definicję liczby masowej i atomowej; podawać definicję izotopu pierwiastka; podawać definicje kwarków i gluonów; 1. Jądro atomowe W planetarnym modelu budowy atomu przedstawionym przez Rutherforda niemal cała masa atomu skupiona była w niewielkim jądrze ( ) o ładunku dodatnim, a po zamkniętych orbitach krążyły elektrony, tworzące tzw. powłokę elektronową.  m10−15 Współczesny model budowy atomu Odkrycie jądra atomowego sprawiło, że powstało wiele kolejnych wątpliwości. Uważano np., że jeśli jądro atomowe zbudowane byłoby z dodatnio naładowanych cząstek (protonów), musiałaby istnieć siła, która równoważyłaby ich wzajemne odpychanie wynikające z oddziaływań elektrycznych. Warto zdać sobie sprawę z faktu, że dwa protony znajdujące się w odległości rzędu odpychają się elektrostatycznie siłą o wartości . Ta wielkość nie wydaje się bardzo duża, ale trzeba pamiętać, że masa protonu wynosi ok. . Przez pewien czas uważano, że w jądrze znajdują się także elektrony. Dopiero odkrycie neutronu przez Jamesa Chadwicka w 1932 r. (istnienie neutronu zakładał dwanaście lat wcześniej Ernest Rutherford), pozwoliło wyjaśnić ten problem. m10−15 230 N 1,67 ⋅ g10−27 Zgłoś problem Tryby dostępności Aktualności  W latach 30. XX wieku wprowadzono pojęciecząstek elementarnych. Zaliczono do nich: elektrony, protony, neutrony i fotony. Jak widać, rodzajów tych cząstek nie było zbyt dużo. Badania promieniowania kosmicznego prowadzone w następnych latach oraz analiza produktów reakcji jądrowych (zderzanie dwóch jąder) doprowadziły do odkrycia ponad dwustu nowych rodzajów cząstek elementarnych o masach od kilkuset do kilku tysięcy razy większych niż masa elektronu. Większość cząstek o tak dużej masie (większej od masy protonu i neutronu) okazywała się zwykle nietrwała.  Eksperymentalnie udowodniono również eksperymentalnie istnienie tzw.antycząstek. Należy do nich np. pozyton – cząstka o masie równej masie elektronu, ale o ładunku dodatnim. Pozyton został odkryty w produktach zderzeń cząstek atmosfery ziemskiej z cząstkami promieniowania kosmicznego – głównie protonami. W 1955 r. dokonano odkryciaantyprotonui wkrótce stało się jasne, że właściwie każda cząstka elementarna ma swoją antycząstkę. Model opisujący cechy cząstek elementarnych się skomplikował.  Ciekawostka Warto wspomnieć także o polskim udziale w badaniach nad cząstkami elementarnymi. Dwaj polscy fizycy – Marian Danysz i Jerzy Pniewski – w 1952 r. odkryli tzw.hiperjądro. Hiperjądro zamiast jednego z neutronów zawierało cząstkę zwaną„hiperon lambda”o ładunku zero i masie ok. 2200 razy większej niż masa elektronu. Obecnie (w myśl najnowszych teorii) większość tych cząstek nie jest jednak uważana za cząstki elementarne.   Fizycy dość szybko doszli do wniosku, że świat cząstek elementarnych jest jednak zbyt skomplikowany. W roku 1964 r.Murray Gell‐ManniGeorge Zweig wysunęli hipotezę, że dotychczasowy model cząstek elementarnych można uprościć, jeśli założy się istnieniekwarków. Ciekawostka Jeśli nie lubicie fizyki, to powinniście wiedzieć, że Gell‐Mann również nie chciał jej studiować. A.K. Wróblewski w książce pt. „Historia fizyki” napisał, że interesował się on ornitologią, archeologią i lingwistyką, a do studiowania fizyki przekonał go ojciec. W 1969 r., w wieku czterdziestu lat, Gell‐Mann otrzymał Nagrodę Nobla za prace wcześniejsze niż hipoteza kwarków. Podobnie było z Jamesem Chadwickiem, który na fizykę w Manchesterze dostał się przez przypadek – na egzaminie usiadł w niewłaściwej ławce. Po egzaminie Chadwickowi oznajmiono mu, że został przyjęty na Wydział Fizyki. Ponieważ był nieśmiały, wstydził się przyznać do swojej pomyłki. W 1935 r. otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie neutronu. 3. Kwarki i gluony Jak wspomnieliśmy, jeszcze w latach 60. XX wieku przyjmowano, że podstawowym budulcem atomów, a zarazem najmniejszymi, niepodzielnymi składnikami materii, są trzy rodzaje cząstek: Zgłoś problem Tryby dostępności Aktualności  neutrony, protony i elektrony. Okazało się jednak, że w skład protonu i neutronu wchodzą jeszcze mniejsze cząstki, tzw.kwarki. Protony i neutrony zbudowane są z mniejszych cząstek zwanych kwarkami Hipoteza Gell‐Manna i Zweiga pozostawała przez pewien czas jedynie hipotezą. Kwarki nie występują jako cząstki swobodne. Skąd zatem wiadomo, że jednak istnieją? Od 1968 r. zaczęto wykonywać cykl doświadczeń, w których badano zderzenia elektronów z protonami. Analiza wyników wykazała, że protony mają pewną wewnętrzną strukturę, a jej elementy są obdarzone ładunkiem elektrycznym. W 1990 r. Friedman, Kendall i Taylor otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „za ich pionierskie badania dotyczące głęboko nieelastycznego rozpraszania elektronów na protonach i wiązanych neutronach, co miało istotny wpływ na rozwój modelu kwarkowego w fizyce cząstek”. Poniższa tabela przedstawia nazwy poszczególnych typów kwarków oraz wartości i znaki ich ładunków elektrycznych. Kwarki i ich ładunki elektryczne Nazwa Symbol Ładunek [e] górny u +⅔ dolny d −⅓ dziwny s −⅓ powabny c +⅔ niski, piękny b −⅓ wysoki, prawdziwy t +⅔ Zgłoś problem Tryby dostępności Aktualności  Kwarki utrzymują się razem dzięki cząstkom nazywanymgluonami, których nazwa pochodzi od angielskiego słowa „glue” – („klej”). Cząstki te powodują, że kwarki w protonie czy neutronie tworzą stabilny układ. Polecenie 2 Czy proton i neutron są cząstkami elementarnymi? Uzasadnij swoją odpowiedź. Polecenie 3 Składniki protonu to dwa kwarki u i jeden d. Składniki neutronu to dwa kwarki d i jeden u. Wykaż, że proton i neutron mają w związku z tym ładunki zgodne z obserwacjami. 4. Izotopy Wiesz już, że jądro każdego atomu składa się z pewnej liczby dodatnio naładowanych protonów oraz elektrycznie obojętnych neutronów.  Liczbę protonów w jądrze oznaczamy literą „ ”. Jest to tak zwana liczba atomowa lub porządkowa. Iloczyn jest ładunkiem jądra atomu. W atomie elektrycznie obojętnym liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów znajdujących się na powłokach wokół jądra. Z kolei liczba wszystkich nukleonów (protonów i neutronów) w jądrze jest oznaczana literą „ ”. To tzw.liczba masowa. Z Z ⋅ e A Będziemy używali pewnego symbolicznego, uproszczonego zapisu. Jeżeli dany pierwiastek będzie miał liczbę masową i liczbę atomową (porządkową) , zapis ten będzie wyglądał następująco: X A Z X Z A Odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową (liczbą neutronów) nazywamy izotopami. Pierwiastki występujące w przyrodzie są mieszaninami swoich izotopów, w tym radioaktywnych (promieniotwórczych). Jądra wszystkich izotopów danego pierwiastka mają tę samą liczbę atomową „ ”, ale różnią się wartościami liczby masowej „ ”. Z A Zgłoś problem Tryby dostępności Aktualności  Tryby dostępności =) 5 Aktualności © > 8 Zgłoś problem © Tryby dostępności =) 5 Aktualności O > 8 Zgłoś problem © Tryby dostępności = (9) 5 Aktualności O > 4 Zgłoś problem ©