Сведения по ядерной физике. Атом
Содержание
Снежинка, бабочка, автомобиль и яблоко состоят из атомов. Все состоит из атомов.
Атомы - самые маленькие составляющие частицы материи.
На рисунке представлены образцы неживой и живой материи. Снежинка и автомобиль являются неживой материей. Яблоко и бабочка представляют живую материю. Общее у неживой и живой материи - то, что они состоят из атомов.
”Атом” - по происхождению греческое слово, означающее неделимый. Оно введено в лексикон греческим философом Демокритом, который жил приблизительно 2500 лет назад. В то время полагалось, что атом был самой маленькой частицей материи.
Сегодня об этом мы знаем больше.
Размеры Атома
Представьте монету, разделенную на две части. Можно делить ее до тех пор, пока каждая часть ее будет состоять из одного единственного атома. В этом случае монета будет разделена на 1022 части, то есть 1 + 22 нуля. Для примера: объем Земли составляет 1021 м3.
Маленькая точка, сделанная пером состоит из огромного количества атомов, большего, чем количество жителей на Земле. Диаметр ядра атома - приблизительно равен 1/1 000 000 000 000 (10-12) см.
Диаметр целого атома, включая электроны, приблизительно равен 1/100 000 000 (10-8) см, то есть одной стомиллионной части сантиметра.
Это означает, что траектории движения электронов расположены относительно далеко от ядра, подобно планетам нашей Солнечной системы - далеко от Солнца. Таким образом, самая большая часть объема атома - пустое пространство.
Плотность ядра - приблизительно 1014 г/см3, что означает, что 1 см3 ядерной массы весил бы 100 000 000 тонн.
Это может дать Вам представление о том, как крошечны атомы.
Строение Атома
Атомы настолько маленькие, что Вы не сможете различить их глазами, Вы не сможете даже увидеть их под наиболее мощным электронным микроскопом. Другими словами, мы не знаем, на что в действительности похож атом. Но имеются модели, которые описывают наше представление об атоме.
Модель, наиболее подходящая для цели этого учебного пособия, была создана датским физиком Нильсом Бором в начале этого столетия. В течение последних десятилетий модель Бора была усовершенствована физиками всего мира.
В модели Бора атом состоит из ядра - светлые и темные объединенные сферы, как показано на рисунке 1.3 - с отрицательно заряженными электронами, вращающимися по своим орбитам вокруг него.
Рисунок 1.3 Модель атома Бора.
Протоны и нейтроны приблизительно одного размера, электрон - приблизительно в 1800 раз меньше.
Ядро состоит из двух видов частиц.
Изображенные на рисунке светлые частицы называются нейтронами, они не имеют электрического заряда.
Темные - протоны, заряжены положительно (+).
Положительный заряд нейтрализует отрицательный заряд. Следовательно, атом можно считать электрически нейтральным, так как он имеет равное число протонов и электронов.
Элементарные Частицы
Таблица ниже показывает некоторые данные об элементарных частицах. Это сравнительные данные элементарных частиц - нейтронов, протонов и электронов.
Колонка Заряд показывает, что электрический заряд нейтрона равен нулю, т.е. нейтрон - электрически нейтрален.
Протон заряжен положительно, электрон отрицательно. Их заряды численно равны. Таким образом они уравновешивают заряды друг друга.
Нейтрон и протон имеют практически одинаковый вес. Электрон - намного легче - приблизительно 1/1800 массы протона или нейтрона (колонка 4). Поэтому массой атома фактически является масса ядра: вес электронов можно не учитывать.
