전기 요금. 원자의 구조: 핵, 중성자, 양성자, 전자 물리학에서 양성자의 전하는 무엇입니까?

유리 막대를 종이에 문지르면 막대는 "술탄"(그림 1.1 참조)의 잎, 보풀 및 얇은 물줄기를 끌어들이는 능력을 얻습니다. 마른 머리카락을 플라스틱 빗으로 빗으면 머리카락이 빗으로 끌어당겨집니다. 이 간단한 예에서 우리는 다음과 같은 힘의 발현을 접하게 됩니다. 전기 같은.

쌀. 1.1. 전기가 통하는 유리 막대로 "술탄"의 나뭇잎을 끌어당깁니다.

주변 물체에 전기력으로 작용하는 물체나 입자를 말한다. 청구됨또는 깜짝 놀라게 하는. 예를 들어 위에서 언급한 유리 막대를 종이에 문지른 후 전기가 흐르게 됩니다.

입자는 전기력을 통해 서로 상호 작용하면 전하를 갖습니다. 입자 사이의 거리가 증가함에 따라 전기력은 감소합니다. 전기력은 보편적 중력의 힘보다 몇 배 더 큽니다.

전하전자기 상호 작용의 강도를 결정하는 물리량입니다. 전자기 상호 작용은 하전 입자 또는 물체 사이의 상호 작용입니다.

전기 요금은 양수와 음수로 구분됩니다. 안정한 기본 입자는 양전하를 띤다 - 양성자그리고 양전자, 금속 원자의 이온 등 안정적인 음전하 캐리어는 전자그리고 반양성자.

전기적으로 하전되지 않은 입자, 즉 중성 입자가 있습니다. 중성자, 중성 미자. 이 입자들은 전하가 0이므로 전기적 상호 작용에 참여하지 않습니다. 전하가 없는 입자도 있지만, 입자가 없으면 전하는 존재하지 않습니다.

실크로 문지른 유리에는 양전하가 나타납니다. 모피에 문지른 에보나이트는 음전하를 띠고 있습니다. 전하가 동일한 부호를 가질 때 입자는 반발합니다( 같은 이름의 혐의) 및 다른 기호( 요금과 달리) 입자가 끌립니다.

모든 신체는 원자로 구성되어 있습니다. 원자는 양전하를 띤 원자핵과 그 주위를 움직이는 음전하를 띤 전자로 구성됩니다. 원자핵은 양전하를 띤 양성자와 중성 입자(중성자)로 구성됩니다. 원자의 전하는 원자 전체가 중성이 되도록 분포됩니다. 즉, 원자의 양전하와 음전하의 합은 0이 됩니다.

전자와 양성자는 모든 물질의 일부이며 가장 작고 안정적인 기본 입자입니다. 이러한 입자는 무제한의 시간 동안 자유 상태로 존재할 수 있습니다. 전자와 양성자의 전하를 기본 전하라고 합니다.

기본 요금모든 하전된 기본 입자가 갖는 최소 전하입니다. 양성자의 전하는 절대값이 전자의 전하와 같습니다.

E = 1.6021892(46) * 10 -19 C 모든 전하의 크기는 기본 전하, 즉 전자 전하의 절대값의 배수입니다. 그리스 전자에서 번역된 전자 - 호박색, 양성자 - 그리스 프로토스에서 - 첫 번째, 라틴어 중성자의 중성자 - 어느 쪽도 아니고 다른 쪽도 아닙니다.

도체 및 유전체

전하가 움직일 수 있습니다. 전하가 자유롭게 이동할 수 있는 물질을 물질이라고 합니다. 지휘자. 좋은 도체는 모든 금속(제1종 도체), 염분 및 산의 수용액입니다. 전해질(유형 II 도체), 고온 가스 및 기타 물질. 인간의 몸도 지휘자이다. 도체는 전기 전도성이 높습니다. 즉, 전류를 잘 전도합니다.

전하가 자유롭게 이동할 수 없는 물질을 물질이라고 합니다. 유전체(영어 유전체, 그리스 디아 - 통과, 영어 전기 - 전기). 이 물질들은 또한 절연체. 유전체의 전기 전도성은 금속에 비해 매우 낮습니다. 좋은 절연체는 도자기, 유리, 호박색, 에보나이트, 고무, 실크, 실온의 가스 및 기타 물질입니다.

전도도는 온도를 포함한 다양한 요인에 따라 달라지므로 도체와 절연체로의 구분은 임의적입니다. 예를 들어, 유리는 건조한 공기에서만 잘 단열되고 공기 습도가 높으면 단열 성능이 떨어집니다.

도체와 유전체는 현대 전기 응용 분야에서 큰 역할을 합니다.

정의

양성자수소 원자의 핵인 하드론 클래스에 속하는 안정한 입자라고 합니다.

과학자들은 어떤 과학적 사건이 양성자의 발견으로 간주되어야 하는지에 대해 의견이 일치하지 않습니다. 양성자 발견에 중요한 역할을 한 사람은 다음과 같습니다.

1. E. Rutherford의 행성 원자 모델 생성;
2. F. Soddy, J. Thomson, F. Aston의 동위원소 발견;
3. E. Rutherford는 질소 핵의 알파 입자에 의해 수소 원자가 녹아웃될 때 수소 원자 핵의 행동을 관찰했습니다.

양성자 궤도의 첫 번째 사진은 P. Blackett이 구름 상자에서 원소의 인공 변형 과정을 연구하는 동안 얻은 것입니다. Blackett은 질소 핵에 의해 알파 입자를 포획하는 과정을 연구했습니다. 이 과정에서 양성자가 방출되고 질소핵이 산소의 동위원소로 변환되었다.

양성자는 중성자와 함께 모든 화학 원소의 핵의 일부입니다. 핵의 양성자 수는 주기율표 D.I에 있는 원소의 원자 번호를 결정합니다. 멘델레예프.

양성자는 양전하를 띤 입자입니다. 그 전하는 기본 전하, 즉 전자 전하의 크기와 크기가 같습니다. 양성자의 전하는 종종 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

현재 양성자는 기본 입자가 아닌 것으로 알려져 있습니다. 2개의 u-쿼크와 1개의 d-쿼크로 구성된 복잡한 구조를 가지고 있습니다. u-쿼크()의 전하는 양수이며 다음과 같습니다.

d-쿼크()의 전하는 음수이며 다음과 같습니다.

쿼크는 장 양자인 글루온 교환을 연결하며 강한 상호작용을 견뎌냅니다. 양성자의 구조에 여러 점 산란 중심이 있다는 사실은 양성자에 의한 전자 산란 실험을 통해 확인됩니다.

양성자의 크기는 유한하며, 과학자들은 이에 대해 여전히 논쟁을 벌이고 있습니다. 현재 양성자는 경계가 흐릿한 구름으로 표현됩니다. 이러한 경계는 끊임없이 출현하고 소멸되는 가상 입자로 구성됩니다. 그러나 대부분의 간단한 문제에서 양성자는 물론 점전하로 간주될 수 있습니다. 양성자의 나머지 질량()은 대략 다음과 같습니다.

양성자의 질량은 전자의 질량보다 1836배 더 큽니다.

양성자는 모든 기본 상호작용에 참여합니다. 강한 상호작용은 양성자와 중성자를 핵으로 결합하고, 전자와 양성자는 전자기 상호작용을 통해 원자로 결합됩니다. 약한 상호작용으로 중성자(n)의 베타 붕괴를 예로 들 수 있습니다.

여기서 p는 양성자이고; - 전자; - 항중성미자.

양성자 붕괴는 아직 얻어지지 않았습니다. 이것은 물리학의 중요한 현대 문제 중 하나입니다. 왜냐하면 이 발견은 자연력의 통일성을 이해하는 데 중요한 단계가 될 것이기 때문입니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동	나트륨 원자의 핵은 양성자와 충돌합니다. 양성자가 멀리 떨어져 있을 때 원자핵으로부터 양성자의 정전기적 반발력은 얼마입니까? m. 나트륨 원자의 핵 전하는 양성자의 전하보다 11배 더 크다고 생각해 보세요. 나트륨 원자의 전자 껍질의 영향은 무시될 수 있습니다.
해결책	문제를 해결하기 위한 기초로 우리는 문제에 대해 다음과 같이 작성할 수 있는 쿨롱의 법칙을 사용합니다(입자가 점 입자라고 가정). 여기서 F는 하전 입자의 정전기 상호 작용의 힘입니다. Cl - 양성자 전하; - 나트륨 원자 핵의 전하; - 진공의 유전 상수; - 전기 상수. 우리가 가지고 있는 데이터를 사용하여 필요한 반발력을 계산할 수 있습니다.
답변	N

실시예 2

운동	수소 원자의 가장 간단한 모델을 고려하면 전자는 양성자(수소 원자의 핵) 주위의 원형 궤도를 따라 움직이는 것으로 믿어집니다. 궤도 반경이 m이라면 전자의 속도는 얼마입니까?
해결책	원을 그리며 움직이는 전자에 작용하는 힘(그림 1)을 생각해 봅시다. 이것이 양성자의 인력입니다. 쿨롱의 법칙에 따르면 그 값은 ()와 같다고 씁니다. 여기서 =— 전자 전하; - 양성자 전하; - 전기 상수. 전자 궤도의 어느 지점에서든 전자와 양성자 사이의 인력은 원의 반경을 따라 전자에서 양성자로 향합니다.

20세기 초까지 과학자들은 원자가 물질의 나눌 수 없는 가장 작은 입자라고 믿었지만 이는 잘못된 것으로 판명되었습니다. 실제로 원자의 중심에는 양전하를 띤 양성자와 중성 중성자가 있는 핵이 있으며, 음전하를 띤 전자는 핵 주위의 궤도에서 회전합니다(이 원자 모델은 1911년 E. Rutherford가 제안했습니다). 양성자와 중성자의 질량은 거의 같지만 전자의 질량은 약 2000배 적습니다.

원자에는 양전하와 음전하 입자가 모두 포함되어 있지만 원자의 양성자와 전자 수가 동일하고 서로 다르게 하전된 입자가 서로를 중화시키기 때문에 전하는 중성입니다.

나중에 과학자들은 전자와 양성자가 동일한 전하량, 즉 1.6 10 -19 C(C는 SI 시스템의 전하 단위인 쿨롱)을 가지고 있다는 사실을 발견했습니다.

1C의 전하에 해당하는 전자의 수는 몇 개인가?라는 질문에 대해 생각해 본 적이 있습니까?

1/(1.6·10 -19) = 6.25·10 전자 18개

전력

전하는 서로 영향을 미치며 이는 다음과 같은 형태로 나타납니다. 전기력.

신체에 전자가 너무 많으면 총 음전하를 띠게 되고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 전자가 부족하면 신체는 총 양전하를 갖게 됩니다.

자기력과 유사하게 전하가 같은 극은 밀어내고 반대로 전하를 띤 극은 끌어당길 때 전하는 비슷한 방식으로 행동합니다. 그러나 물리학에서는 단순히 전하의 극성에 대해 이야기하는 것만으로는 충분하지 않으며 그 수치가 중요합니다.

전하를 띤 물체 사이에 작용하는 힘의 크기를 알아내려면 전하의 크기뿐만 아니라 두 물체 사이의 거리도 알아야 합니다. 만유인력의 힘은 이전에 이미 고려되었습니다: F = (Gm 1 m 2)/R 2

• m 1, m 2- 시체의 질량;
• 아르 자형- 몸체 중심 사이의 거리;
• G = 6.67 10 -11 Nm 2 /kg- 만유 중력 상수.

실험실 실험의 결과로 물리학자들은 전하의 상호 작용력에 대한 유사한 공식을 도출했습니다. 쿨롱의 법칙:

F = kq1q2/r2

• q 1, q 2 - C로 측정된 상호작용 전하;
• r은 전하 사이의 거리입니다.
• k - 비례계수 ( 시: k=8.99·109Nm2Cl2; SSSE: k=1).

• k=1/(4πε0).
• ε 0 ≒8.85·10 -12 C 2 N -1 m -2 - 전기 상수.

쿨롱의 법칙에 따르면 두 전하의 부호가 동일하면 두 전하 사이에 작용하는 힘 F는 양수입니다(전하들은 서로 반발합니다). 전하의 부호가 반대이면 작용력은 음수입니다(전하가 서로 끌어당깁니다).

1C의 전하량이 얼마나 큰지는 쿨롱의 법칙을 사용하여 판단할 수 있습니다. 예를 들어, 각각 1C인 두 개의 전하가 서로 10m 떨어진 곳에 있다고 가정하면 두 전하들은 힘으로 서로 반발할 것입니다.

F = kq 1 q 2 /r 2 F = (8.99 10 9) 1 1/(10 2) = -8.99 10 7 N

이는 대략 5600톤의 질량에 필적하는 상당히 큰 힘입니다.

이제 쿨롱의 법칙을 사용하여 전자가 원형 궤도에서 움직인다고 가정하고 수소 원자 내에서 전자가 회전하는 선형 속도를 알아 보겠습니다.

쿨롱의 법칙에 따르면 전자에 작용하는 정전기력은 구심력과 동일할 수 있습니다.

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

전자의 질량이 9.1·10 -31 kg이고 궤도 반경 = 5.29·10 -11 m라는 사실을 고려하면 8.22·10 -8 N의 값을 얻습니다.

이제 우리는 전자의 선형 속도를 찾을 수 있습니다:

8.22·10 -8 = (9.1·10 -31)v 2 /(5.29·10 -11) v = 2.19·10 6 m/s

따라서 수소 원자의 전자는 약 788만km/h의 속도로 중심을 중심으로 회전합니다.

원자의 구조에 익숙하다면 모든 원소의 원자가 양성자, 전자, 중성자의 세 가지 유형의 기본 입자로 구성되어 있다는 것을 알고 있을 것입니다. 양성자는 중성자와 결합하여 원자핵을 형성합니다. 양성자의 전하는 양전하이므로 원자핵은 항상 양전하를 띠고 있습니다. 원자핵은 그것을 둘러싼 다른 기본 입자의 구름에 의해 보상됩니다. 음전하를 띤 전자는 양성자의 전하를 안정화시키는 원자의 구성 요소입니다. 주변 원자핵에 따라 원소는 전기적으로 중성(원자 내 양성자와 전자의 수가 같은 경우)이거나 양전하 또는 음전하(각각 전자가 부족하거나 과잉인 경우)를 가질 수 있습니다. ). 특정 전하를 지닌 원소의 원자를 이온이라고 합니다.

원소의 성질과 주기율표에서의 위치를 ​​결정하는 것은 양성자의 수라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. D. I. 멘델레예프. 원자핵에 포함된 중성자는 전하를 띠지 않습니다. 양성자는 서로 상관되어 있고 실질적으로 동일하며 전자의 질량은 그에 비해 무시할 수 있기 때문에(1836배 적음) 원자핵의 중성자 수는 다음과 같이 매우 중요한 역할을 합니다. 이는 시스템의 안정성과 핵의 속도를 결정합니다. 내용 중성자는 원소의 동위원소(다양성)를 결정합니다.

그러나 하전 입자의 질량 차이로 인해 양성자와 전자는 서로 다른 특정 전하를 갖습니다(이 값은 기본 입자의 전하와 질량의 비율에 의해 결정됩니다). 결과적으로 양성자의 비전하는 9.578756(27)·107 C/kg이고 전자의 경우 -1.758820088(39)·1011이다. 높은 비전하로 인해 자유 양성자는 액체 매체에 존재할 수 없습니다. 즉, 수화될 수 있습니다.

양성자의 질량과 전하는 지난 세기 초에 확립된 특정 값입니다. 20세기의 가장 위대한 발견 중 하나인 이 발견을 한 과학자는 누구입니까? 1913년에 러더퍼드는 알려진 모든 화학 원소의 질량이 수소 원자의 질량보다 정수배 더 크다는 사실을 토대로 수소 원자의 핵이 원자의 핵에 포함되어 있다고 제안했습니다. 어떤 요소의. 얼마 후, 러더퍼드는 질소 원자 핵과 알파 입자의 상호 작용을 연구하는 실험을 수행했습니다. 실험 결과, Rutherford가 "양성자"(그리스어 "protos"에서 유래)라고 부르는 원자핵에서 입자가 날아가서 그것이 수소 원자의 핵이라고 가정했습니다. 이 가정은 구름상자에서 이러한 과학적 실험을 반복함으로써 실험적으로 입증되었습니다.

1920년에 같은 러더퍼드는 질량이 양성자의 질량과 같지만 전하를 운반하지 않는 입자의 원자핵에 존재한다는 가설을 제시했습니다. 그러나 러더퍼드 자신은 이 입자를 탐지하지 못했습니다. 그러나 1932년에 그의 학생 채드윅(Chadwick)은 원자핵에 중성자의 존재를 실험적으로 증명했습니다. 러더퍼드가 예측한 대로 질량이 양성자와 거의 같은 입자입니다. 중성자는 전하가 없고 따라서 다른 핵과 상호작용하지 않기 때문에 중성자를 탐지하는 것이 더 어려웠습니다. 전하가 없다는 것은 중성자의 침투 능력이 매우 높다는 것을 설명합니다.

양성자와 중성자는 원자핵 안에서 매우 강한 힘에 의해 서로 결합되어 있습니다. 이제 물리학자들은 이 두 개의 기본 핵 입자가 서로 매우 유사하다는 데 동의합니다. 따라서 그들은 동일한 스핀을 가지며 핵력은 절대적으로 동일하게 작용합니다. 유일한 차이점은 양성자는 양전하를 띠고 중성자는 전혀 전하를 띠지 않는다는 것입니다. 그러나 전하는 핵 상호작용에서 아무런 의미가 없기 때문에 일종의 양성자의 표시로만 간주될 수 있습니다. 양성자의 전하를 박탈하면 개성을 잃게 됩니다.