Чем отличаются протоны и электроны
Перейти к содержимому

Чем отличаются протоны и электроны

  • автор:

Чем отличаются протоны и электроны

Из курса химии средней школы вы знаете, что атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из нуклонов — протонов и нейтронов, электронная оболочка — из электронов. Эти частицы называются элементарными.

В целом атом электронейтрален, так как заряды ядра и электронной оболочки компенсируют друг друга: число протонов в ядре равно числу электронов в электронной оболочке.

Таблица 1. Основные характеристики элементарных частиц

* Величина заряда электрона и протона равна `1,60*10^(-19)` Кл.

Масса атома в основном сосредоточена в ядре и определяется суммой масс протонов и нейтронов, т. к. электроны из-за своей малой массы на эту величину практически не влияют.

Сумма масс протонов и нейтронов называется массовым числом. При обозначении элемента она ставится как левый верхний индекс: $$ <>_<>^\mathrm$$.

Заряд ядра

важнейшая характеристика атома, лежащая в основе его современного определения.

В Периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер элемента определяется именно зарядом ядра.

При обозначении элемента он ставится как левый нижний индекс.

Изотопы

Атомы с одинаковым зарядом ядра могут иметь разное количество нейтронов, то есть разные массы. Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массы, называют изотопами.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические свойства, так как масса атома не играет существенной роли непосредственно в формировании этих свойств.

Чем отличаются протоны и электроны атомов водорода от этих частиц в других атомах?

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Похожие вопросы

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

  • Все категории
  • экономические 43,679
  • гуманитарные 33,657
  • юридические 17,917
  • школьный раздел 612,703
  • разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

  • Обратная связь
  • Правила сайта

Чем отличаются протоны и электроны

Материалы сайта Нобелевского комитета http://www.nobel.se/physics/educational/matter/
Перевод А. А. Богуславского

Оглавление
  1. Структура материи
  2. Революционные идеи
  3. Вопрос, оставшийся без ответа
  4. Научные приборы
  5. Спин: свойство частиц
  6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
    Сохранение момента импульса
  7. Классификация частиц
  8. Другая характеристика….Странность
  9. Появляется кварк
  10. Дробный заряд и ненаблюдаемость кварков
  11. Цветной заряд
  12. Кварки удерживаются вместе или «кварки находятся в заключении»
  13. Масса, частицы и кварки
  14. Носитель ядерной силы
  15. Можно ли увидеть кварки?
  16. Что можно сказать о дробных зарядах?
  17. Даже кварки распадаются
  18. Пропавшее очарование
  19. Еще кварки?
  20. Возможности Стандартной модели
  21. Открытие топ-кварка
  22. Фундаментальны ли кварки?

1. Структура материи

2. Революционные идеи

В науке есть периоды, когда дальнейший прогресс может быть достигнут только на основе революционных идей.

Николай Коперник сделал именно такой шаг в неизвестность, когда предположил, что Солнце является центром Солнечной системы.

Альберт Эйнштейн (Нобелевская премия по физике, 1921 г.) совершил такой же шаг, когда поведал миру о том, что скорость света не может быть превышена, и опубликовал свою теорию относительности.

Кварки также требовали революции в мышлении.

3. Вопрос, оставшийся без ответа

К 1930 году представление об атомах достигло критической стадии. Считалось, что атомы состоят из ядер, содержащих протоны и нейтроны (Джеймс Чэдвик, Нобелевская премия по физике, 1935 г.), и внешнего облака электронов (Джозеф Джон Томсон, Нобелевская премия по физике, 1906 г.). Считалось, что эти три частицы являются фундаментальными составляющими всей материи.

Но оставался вопрос: как внутри ядра удерживаются вместе все протоны, которые отталкиваются друг от друга? Почему ядро стабильно?

Эти вопросы привели к экспериментам на ускорителях заряженных частиц для изучения взаимодействия нейтронов и протонов. Но, помимо ответов на поставленные вопросы, в этих экспериментах было обнаружено много других типов частиц. Это породило в свою очередь большое число новых вопросов, которые в конечном итоге привели к совершенно новому пониманию фундаментальной структуры ядра.

4. Научные приборы

Такие приборы, как пузырьковые камеры (Дональд Глазер, Нобелевская премия по физике, 1960 г.) играли решающую роль в разработке нового взгляда на строение материи. Принцип работы пузырьковой камеры состоит в том, что, когда вы направляете заряженные частицы в жидкость, которая нагрета выше ее температуры кипения (перегретая жидкость), за пролетающей частицей остается след (трек) в виде пузырьков. В камере легко зарегистрировать треки частиц и затем рассчитать такие важные характеристики, как заряд и массу частиц.

С помощью таких регистрирующих приборов были открыты многие новые частицы. Перед физиками был поставлен вопрос: «Как эти частицы связаны с протонами, нейтронами и электронами?».

5. Спин: свойство частиц

С помощью пузырьковой камеры и других приборов были открыты сотни новых частиц (Луис Альварес, Нобелевская премия по физике, 1968 г.). Существование трех фундаментальных частиц материи казалось правдоподобным, но сотен? Все это напоминало мозаику, потому что предполагается, что природа устроена просто и элегантно, а не сложно и уродливо.

Пытаясь разгадать эту простоту природы, физики начали классифицировать все частицы в соответствии с их характеристиками (свойствами). Одной из таких характеристик был спин.

Спин – значение углового момента (момента импульса), которым обладают все частицы. Например, если волчок вращается, то он имеет определенный момент импульса. Чем быстрее вращается волчок, тем больше момент импульса. Физики обнаружили, что эта идея справедлива и для частиц, но спин частицы – ее внутренняя, неизменяемая характеристика. Например, электрон имеет и всегда будет иметь спин, равный 1/2 ħ.

В квантовых теориях момент импульса измеряется в единицах ħ = h/2π = 1,05×10 -34 Дж·с (Макс Планк, Нобелевская премия по физике, 1918 г.).

(Дж·с произносится как Джоуль-секунда, а ħ = «аш с чертой»

6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса

Общий момент импульса, связанный со спином и вращательным движением, является полезной величиной, поскольку эта величина всегда остается постоянной. В ускорителе при соударении частиц возникают другие частицы. Но суммарный момент импульса остается постоянным до столкновения, во время столкновения и после столкновения. Значение углового момента всегда должно быть одни и тем же.

Сохранение момента импульса

Но куда делся момент импульса? Момент импульса не сохраняется?

Момент импульса тем не менее остается постоянным, но изменяет свою форму. Сначала он был в виде спина, а теперь в форме вращательного момента импульса.

Подобно тому, как Земля и Луна, эти частицы имеют момент импульса из-за движения относительно точки столкновения.

7. Классификация частиц

Большинство вновь открытых частиц относится к известному классу частиц, которые называются адронами. Адроны были классифицированы либо как мезоны с полуцелым значением спина, либо как барионы с целым значением спина.

8. Другая характеристика….Странность

Мюррей Гелл-Манн, Нобелевская премия по физике, 1969 г.

Позже была открыта другая важная характеристика. При столкновениях частиц с высокими энергиями было обнаружено рождение большого количества частиц, которые получили название К-мезоны. Но обнаружилось нечто странное с этими частицами. Наблюдение показало, что имеют достаточно большое время жизни. Можно предположить существование некоторого закона, который запрещает К-мезонам распадаться на другие частицы.

Мюррей Гелл-Манн (Нобелевская премия по физике, 1969 г.) предположил, что К-мезоны и некоторые другие частицы имеют неизвестное ранее свойство (характеристику), которое получило название «странность». Затем он идентифицировал эти свойства и модели как часть некоторой математической классификационной схемы.

Однако, эта схема казалась не вполне работающей. Схема предсказывала существование еще не обнаруженной частицы – Ω — (омега-минус). Но это не остановило физиков. Вскоре они обнаружили частицу с массой, которая была предсказана Гелл-Манном. Это и подтвердило всю модель классификации частиц, которая была им создана.

9. Появляется кварк

Для того чтобы избежать «зоопарка частиц», следующим шагом было выяснение того, могут ли эти модели объясняться, если постулировать, что барионы и мезоны состоят из других частиц. Эти частицы были названы кварками.

Мюррей Гелл-Манн и Георг Цвейг предположили, что барионы – это частицы, состоящие из трех кварков (qqq), а мезоны – частицы, состоящие из кварка и антикварка ( q ) .

(up-кварк (верхний кварк) обозначается буквой u, down-кварк (нижний кварк) — буквой d. Слова up и down – просто имена кварков и никакого отношения к понятию «верх» или «низ» не имеют).

10. Дробный заряд и ненаблюдаемость кварков

Перед Гелл-Манном и Цвейгом стояли две другие серьезные проблемы, которые нужно было разрешить до принятия их теории. Во-первых, кварки не наблюдались, и никто не мог объяснить этот факт. Во-вторых, можно было предположить различные комбинации кварков, но эти другие комбинации никогда не были обнаружены экспериментально.

11. Цветной заряд

Гелл-Манн и другие исследователи полагали, что ответ лежит в природе сил, связывающих кварки. Эта сила называется «ядерной» и является мерой «сильного» взаимодействия, и новые заряды, которые чувствительны к ядерным силам, были названы «цветными» зарядами, хотя к обычному цвету это не имеют никакого отношения. Ученые предположили, что кварки имеют три цветовых заряда. Этот тип заряда был назван «цветом», т.к. некоторые комбинации цветов кварков будут «нейтральными» по аналогии с комбинацией обычных цветов, которые могут дать белый, т.е. нейтральный цвет.

12. Кварки удерживаются вместе или «кварки находятся в заключении»

Почему возникают только частицы с нейтральным цветом?

Что произойдет, если кварк испытает сильное соударение и примет участие в ядерных реакциях, обусловленных ядерным взаимодействием.

Что произойдет, если попытаться разделить два кварка?

Если кварк каким-либо образом сдвинуть от его соседа, то энергия поля ядерной силы будет увеличиваться.

Подобно тому, как при растяжении резиновой ленты, по мере удаления кварков друг от друга все большее количество энергии будет преобразовываться в энергию поля ядерного взаимодействия.

Если энергия поля достигнет определенного значения, произойдет преобразование энергии в новую пару кварк/антикварк – .

Энергия поля сохранится из-за преобразования энергии поля в массу новых кварков.

Кроме того, поле ядерной силы вернется в исходное состояние.

13. Масса, частицы и кварки

Для протона, только 1,3% его массы определяется массой трех кварков. Это сильно отличается от ядер, масса которого меньше массы составляющих его нуклонов.

Поскольку кварки в протоне или нейтроне имеют очень большую кинетическую энергию, то как они связаны вместе? Почему они не могут вылететь из протона? Так как ядерная сила (в отличие от гравитационной) остается постоянной, то для удаления кварка нужно совершить бесконечно большую работу (работа = сила  расстояние). Поэтому кварк никогда нельзя увидеть свободным.

Это была революционная идея.

14. Носитель ядерной силы

Хидеки Юкава (Нобелевская премия по физике, 1949 г.) предположил, что ядерное взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре возникает из-за обмена пи-мезонами (пи-мезон состоит из кварка и анти-кварка). Но, с более современной точки зрения остается проблема. Ядерная сила действует только между частицами с цветным зарядом, а протоны и нейтроны имеют нейтральный цветовой заряд.

15. Можно ли увидеть кварки?

«Смотрим» внутрь протона.

Используя электроны, ускоренные до высоких энергий, физики смогли «увидеть» кварки внутри протона.

16. Что можно сказать о дробных зарядах?

17. Даже кварки распадаются

Нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино. Но, как предположили физики, так как нейтрон состоит из кварков, одного верхнего и двух нижних кварков, то сам нейтрон распадаться не может. Физики предположили, что распадается один из кварков.

Итак кварки «пролили» свет на действительную природу взаимодействия частиц, которую раньше считалось невозможно объяснить.

Как только виртуальная W-частица отталкивается от протона, она преобразуется в электрон и антинейтрино.

Наконец, протон, электрон и антинейтрино удаляются друг от друга.

В действительности весь процесс длится миллиардную долю миллиардной доли секунды, т.е. 10 -18 с.

18. Пропавшее очарование

Однако трех кварков оказалось недостаточно. Математическая теория, которая лежит в основе Стандартной модели, предсказывает существование четвертого кварка, получившего название очарованный кварк (charm). Однако, ни одной частицы, содержащий такой кварк, не было обнаружено.

19. Еще кварки?

Физики ожидали, что скоро будет найден недостающий кварк с зарядом +2/3. К сожалению, прошло почти 20 лет, прежде, чем был открыт подходящий кварк.

20. Возможности Стандартной модели

Используя методику расчета, разработанную Джерардусом Хофтом (Gerardus’t Hooft) и Мартинусом Дж. Г. Вельтманом (Martinus J. G. Veltman) (Нобелевская премия по физике, 1999 г.), физики смогли рассчитать косвенные эффекты влияния top-кварка (t-кварка) на их экспериментальные измерения. Они обнаружили, что t-кварк должен быть много массивней других кварков, примерно в 20-30 раз массивней самого из массивных известных кварков – b-кварка.

Эти методы были важны не только для оценок массы t-кварка, но они дали ключ к пониманию полной структуры и непротиворечивости Стандартной модели. До работы Хофта и Вельтмана в 1971 и 1972 гг. никто не знал, как можно проводить расчеты на основе Стандартной модели, получая не только приблизительные ответы.

21. Открытие топ-кварка

Открытие Нобелевская премия Лауреаты
Беватрон начал работать в 1954 г., и в 1955 г. был открыт антипротон. 1959
Э. Сегре

О. Чемберлен
В 1969 г. была открыта внутренняя структура нуклонов (протонов и нейтронов) на ускорителе в Стенфорде – SLAC. 1990
Дж. Фридман

Г. Кендалл

Р. Тейлор
Открытие J/Ψ-частицы, построенной из очарованных кварков, в Брук-Хэвене и SLAC в 1974 г. 1976
В 1976 г. в SLAC был открыт тау-лептон. 1995
М. Перл
В 1983 г. были открыты W и Z-частицы на ускорите на встречных пучках (протон-антипротонном коллайдере). 1984
К. Руббиа

Ван дер Меер
В 1995 г. объявлено о первом прямом доказательстве на Теватроне в Ферми-лаборатории существования top-кварка.

22. Фундаментальны ли кварки?

Пока изучение этих столкновений устанавливает, что кварк является фундаментальной частицей до крошечного масштаба 10 -19 м.

Но никто не знает, действительно ли кварки являются фундаментальными частицами. Только будущие исследования на новых ускорителях встречных пучков высокой энергии – коллайдерах помогут открыть этот секрет Природы.

В чём разница разница? Протон, Электрон, Нейтрон

Самое первое знакомство.
Протон — тяжёлый и положительно заряженный.
Электрон — лёгкий и отрицательно заряженный.
Нейтрон — тяжёлый и незаряженный.
Но послушайте! Если вам это не интересно, вы это забудете мгновенно.

Остальные ответы

Протон — солнце, электрон — Земля, нейтрон — чёрная дыра.

Разберись в этом иначе там делать нечего

Да пёс с ними, тебе то зачем?

В мире существует два рода электрических зарядов, но элементарных частиц (ну, самых маленьких) значительно больше.. Все атомы состоят из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из нуклонов, которые бывают двух видов: протоны и нейтроны. Нейтроны не обладают никаким зарядом, а протоны — самые маленькие частицы, которые обладают положительным зарядом (+). Ядра окружены электронной оболочкой. Электроны и есть самые маленькие частицы, обладающие отрицательным зарядом (-). Этим они и отличаются. Протоны и нейтроны (общее название нуклоны, то есть ядерные частицы) — частицы тяжелые, правильнее сказать, массивные. Массы их примерно одинаковые. А электроны — легкие, их масса почти в 2000 раз меньше массы одной частицы, входящей в ядро атома. Точно — в 1840 раз. Теперь вы имеете представление о трёх видах элементарных частиц, из которых состоят все атомы в природе. В каждом нейтральном ( незаряженном) атоме в электронной оболочке столько электронов, сколько протонов в ядре. Чтобы отрицательный заряд атома равнялся его положительному заряду. Успеха Вам и «питёрки» по физике или природоведению.

Источник: детям надо помогать!

Кроме букв Т Р Н О все остальные — разные.

В массе и в заряде. А это — почти все, чем эти частицы обладают.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *