Конспект лекций по УД Физика (1 курс, СПО, технический профиль ). Конспект лекций для студентов 1 курса всех форм обучения Специальность 19. 02. 10 Технология продукции общественного питания

• Название: Конспект лекций для студентов 1 курса всех форм обучения Специальность 19. 02. 10 Технология продукции общественного питания
• Анкор: Конспект лекций по УД Физика (1 курс, СПО, технический профиль
• Дата: 02.10.2019
• Размер: 4.41 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по УД Физика (1 курс, СПО, технический профиль ).doc
• Тип: Конспект; #88257
• страница: 45 из 49

с вытекает, что ₀ в 1836 раз меньше магнетона Бора _B. Следовательно, собственный магнитный момент протона примерно в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона.

Нейтроном (n) называется не обладающая электрическим зарядом частица с массой

m_n = 1,674910^-27 кг = 1,0087 а.е.м.,

очень близкой к массе протона. Разность масс нейтрона и протона

m_n – m_p = 2,5 m_e.

Нейтрон обладает спином, равным половине (в единицах ), и (несмотря на отсутствие электрического заряда) собственный магнитный момент



(знак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны).

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) – он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (e^–) и еще одну частицу, называемую антинейтрино (). Период полураспада равен примерно 12 мин.

Масса покоя антинейтрино равна нулю. Масса нейтрона, как мы видели, больше массы протона на 2,5 m_e. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, на которые он распадается, на 1,5 m_e. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Элементарные частицы – протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, получили общее название нуклонов. Считается, что ядерная частица – нуклон может находиться в двух «зарядовых состояниях»: протонном с зарядом +е и нейтронном с зарядом 0. Массы покоя этих двух состояний нуклона также несколько различны, что имеет большое значение для понимания процессов, происходящих при радиоактивном -распаде ядер.

Количество протонов Z, входящих в состав ядра, определяет его заряд, который равен +Ze. Число Zназывается атомным номером (оно определяет порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделееева) или зарядовым числом ядра. Так как атом в целом нейтрален, то заряд ядра определяет одновременно число электронов в атоме, каждый из которых обладает отрицательным элементарным зарядом. Распределение электронов в атоме по энергетическим оболочкам и подоболочкам существенно зависит от их общего числа в атоме. Поэтому заряд ядра в значительной мере определяет распределение электронов по их состояниям в атоме, в частности число электронов на внешней оболочке, которого зависят химические свойства атома. Иными словами, зарядом ядра определяется специфика данного химического элемента.

Число нуклонов A (т. е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре называется массовым числом ядра и определяет массу ядра. Масса атомного ядра практически совпадает с массой атома, потому что масса электронов всех атомов, кроме водородного, составляет приблизительно лишь 2,510^–4 массы атома, так что массовое число определяет и массу атома.

Число нейтронов в ядре равно N = A – Z.

Для обозначения ядер применяется символ

,

где под X подразумевается химический символ данного элемента. Слева вверху ставится массовое число, а слева снизу – атомный номер (последний значок часто опускают).

Большинство химических элементов имеет по нескольку разновидностей – изотопов, отличающихся значениями массового числа А. Так, например, водород имеет три изотопа:

– обычный водород, или протий (Z = 1, N = 0),

– тяжелый водород, или дейтерий (Z = 1, N = 1),

– тритий (Z = 1, N = 2).

У кислорода имеется три стабильных изотопа , , , у углерода – шесть: , , , , , , у олова – десять и т. д.

Изотопы представляют собой ядра с одинаковым числом протонов Z. Для каждого химического элемента имеется постоянное процентное содержание различных изотопов. Поэтому каждый химический элемент имеет определенную атомную массу, представляющую собой среднее значение атомных масс всех его изотопов. Этим объясняется то, что атомные массы элементов в ряде случаев заметно отклоняются от целых чисел.

Ядра с одинаковым массовым числом A называются изобарами. Изобары большей частью встречаются среди тяжелых ядер, причем парами и триадами. В настоящее время известно 59 устойчивых изобарных пар и 5 изобарных триад. Примерами устойчивых изобарных пар являются аргон и кальций , рутений и палладий . Примером изобарной триады может служить цирконий , молибден и рутений . В качестве примера можно привести аргон и кальций .

Ядра с одинаковым числом нейтронов N = A – Z носят название изотонов (углерод и азот ). Наконец, существуют радиоактивные ядра с одинаковыми ZиA, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами. Например, имеется два изомера ядра брома , у одного из них период полураспада равен 18 мин, а у другого – 4,4 часа.

Радиус ядра довольно точно определяется формулой:

.

Из данного соотношения следует, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре.

В состав ядра входят, как мы видели, протоны и нейтроны, каждый из которых обладает спином (в единицах ). Спин ядра, состоящего из четного числа нуклонов, является целым числом (в единицах ). Спин же ядра, состоящего из нечетного числа частиц, является полуцелым (в единицах ).

В настоящее время известно около 1500 ядер, различающихся Z, либо A, либо и тем и другим. Около ¼ этих ядер устойчивы, остальные радиоактивны. Многие ядра получены искусственным путем с помощью ядерных реакций.

Нуклоны ядер находятся в состояниях, существенно отличающихся от их свободных состояний. Это связано с тем, что во всех ядрах, кроме ядра обычного водорода, имеется, по крайней мере, не менее двух нуклонов, между которыми осуществляется особое ядерное взаимодействие.