რასაც ბირთვული მასის დეფექტს უწოდებენ. ბირთვის მასის დეფექტი

ბირთვული ძალები

იმისთვის, რომ ატომის ბირთვები იყოს სტაბილური, პროტონები და ნეიტრონები ბირთვების შიგნით უნდა იყოს შეკავებული უზარმაზარი ძალებით, რამდენჯერმე აღემატება პროტონების კულონის მოგერიების ძალებს. ძალებს, რომლებიც ბირთვში აკავებენ ნუკლეონებს, ე.წ ბირთვული . ისინი ფიზიკაში ცნობილი ყველა სახის ურთიერთქმედების ყველაზე ინტენსიური გამოვლინებაა - ეგრეთ წოდებული ძლიერი ურთიერთქმედება. ბირთვული ძალები დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება ელექტროსტატიკურ ძალებს და ათობით ბრძანებით აღემატება ძალებს. გრავიტაციული ურთიერთქმედებანუკლეონები.

ბირთვულ ძალებს აქვთ შემდეგი თვისებები:

აქვს მიმზიდველი ძალები

არის ძალა მოკლე დიაპაზონი(ჩნდება ნუკლეონებს შორის მცირე მანძილზე);

ბირთვული ძალები არ არის დამოკიდებული ნაწილაკებზე ელექტრული მუხტის არსებობაზე ან არარსებობაზე.

ატომის ბირთვის მასის დეფექტი და შებოჭვის ენერგია

კრიტიკული როლიკონცეფცია თამაშობს ბირთვულ ფიზიკაში ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია .

ბირთვის შებოჭვის ენერგია უდრის იმ მინიმალურ ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის ცალკეულ ნაწილაკებად დაყოფისთვის. ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ შებოჭვის ენერგია უდრის იმ ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა ცალკეული ნაწილაკებისგან ბირთვის წარმოქმნის დროს.

ნებისმიერი ბირთვის შებოჭვის ენერგია შეიძლება განისაზღვროს მისი მასის ზუსტი გაზომვით. ამჟამად ფიზიკოსებმა ისწავლეს ნაწილაკების - ელექტრონების, პროტონების, ნეიტრონების, ბირთვების და ა.შ. მასების გაზომვა ძალიან მაღალი სიზუსტით. ეს გაზომვები აჩვენებს ამას ნებისმიერი ბირთვის მასა მ i ყოველთვის ნაკლებია მისი შემადგენელი პროტონებისა და ნეიტრონების მასების ჯამზე:

მასის განსხვავება ე.წ მასობრივი დეფექტი. ეფუძნება მასის დეფექტს აინშტაინის ფორმულის გამოყენებით ე = მკ 2 შესაძლებელია მოცემული ბირთვის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის განსაზღვრა, ანუ ბირთვის შებოჭვის ენერგია. ექ:

ეს ენერგია გამოიყოფა ბირთვის წარმოქმნის დროს γ-კვანტების გამოსხივების სახით.

B21 1), B22 1), B23 1), B24 1), B25 2)

მაგნიტური ველი

თუ ორი პარალელური გამტარი უკავშირდება დენის წყაროს ისე, რომ ელექტროობა, შემდეგ, მათში დენის მიმართულებიდან გამომდინარე, გამტარები ან მოგერიებენ ან იზიდავენ.

ამ ფენომენის ახსნა შესაძლებელია სპეციალური ტიპის მატერიის გამტარების ირგვლივ გარეგნობის თვალსაზრისით - მაგნიტური ველი.

ძალები, რომლებთანაც ურთიერთქმედებენ დენის გამტარები, ეწოდება მაგნიტური.

მაგნიტური ველი- ეს არის მატერიის განსაკუთრებული სახეობა, რომლის სპეციფიკური მახასიათებელია მოქმედება მოძრავ ელექტრულ მუხტზე, დირიჟორებზე, სხეულებზე მაგნიტური მომენტით, ძალით, რომელიც დამოკიდებულია მუხტის სიჩქარის ვექტორზე, დენის სიძლიერის მიმართულებაზე. გამტარი და სხეულის მაგნიტური მომენტის მიმართულებაზე.

მაგნეტიზმის ისტორია უძველესი დროიდან, მცირე აზიის უძველესი ცივილიზაციებით იწყება. სწორედ მცირე აზიის ტერიტორიაზე, მაგნეზიაში იპოვეს კლდე, რომელთა ნიმუშები იზიდავს ერთმანეთს. ტერიტორიის სახელწოდების მიხედვით, ასეთ ნიმუშებს „მაგნიტების“ დარქმევა დაიწყეს. ნებისმიერ მაგნიტს ჯოხის ან ცხენის ნაჭუჭის სახით აქვს ორი ბოლო, რომელსაც ბოძები ეწოდება; სწორედ ამ ადგილას არის ყველაზე გამოხატული მისი მაგნიტური თვისებები. თუ მაგნიტს ძაფზე დაკიდებთ, ერთი პოლუსი ყოველთვის ჩრდილოეთისკენ იქნება მიმართული. კომპასი ეფუძნება ამ პრინციპს. თავისუფლად ჩამოკიდებული მაგნიტის ჩრდილოეთისკენ მიმართულ პოლუსს მაგნიტის ჩრდილოეთ პოლუსს (N) უწოდებენ. მოპირდაპირე პოლუსს სამხრეთ პოლუსს (S) უწოდებენ.

მაგნიტური პოლუსები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან: ბოძების მსგავსად მოგერიებენ და პოლუსებისგან განსხვავებით იზიდავენ. ანალოგიურად, ელექტრული მუხტის გარშემო მყოფი ელექტრული ველის კონცეფცია შემოაქვს მაგნიტის გარშემო მაგნიტური ველის კონცეფციას.

1820 წელს ორსტედმა (1777-1851) აღმოაჩინა, რომ მაგნიტური ნემსი მდებარეობს ელექტრული გამტარი, გადახრის დროს, როდესაც დენი გადის გამტარში, ანუ, დენის გამტარის ირგვლივ იქმნება მაგნიტური ველი. თუ ჩარჩოს ვიღებთ დენით, მაშინ გარე მაგნიტური ველი ურთიერთქმედებს ჩარჩოს მაგნიტურ ველთან და ახდენს მასზე ორიენტირებულ ეფექტს, ანუ არის ჩარჩოს პოზიცია, რომელზეც გარე მაგნიტურ ველს აქვს მაქსიმალური ბრუნვის ეფექტი. და არის პოზიცია, როდესაც ბრუნვის ძალა ნულის ტოლია.

მაგნიტური ველი ნებისმიერ წერტილში შეიძლება დახასიათდეს B ვექტორით, რომელსაც ე.წ მაგნიტური ინდუქციის ვექტორიან მაგნიტური ინდუქციაწერტილში.

მაგნიტური ინდუქცია B არის ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც არის მაგნიტური ველის დამახასიათებელი ძალა წერტილში. იგი უდრის მარყუჟზე მოქმედი ძალების მაქსიმალური მექანიკური მომენტის თანაფარდობას ერთგვაროვან ველში მოთავსებული დენით მარყუჟში დენის სიძლიერის ნამრავლთან და მის ფართობთან:

მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის B მიმართულებად მიიღება ჩარჩოს დადებითი ნორმალურის მიმართულება, რომელიც დაკავშირებულია ჩარჩოში არსებულ დენთან მარჯვენა ხრახნის წესით, ნულის ტოლი მექანიკური მომენტით.

ისევე, როგორც გამოსახულია ელექტრული ველის სიძლიერის ხაზები, გამოსახულია მაგნიტური ველის ინდუქციის ხაზები. მაგნიტური ველის ინდუქციის ხაზი წარმოსახვითი ხაზია, რომლის ტანგენსი ემთხვევა B მიმართულებას წერტილში.

მაგნიტური ველის მიმართულებები მოცემულ წერტილში ასევე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც მიმართულება, რომელიც მიუთითებს

ამ ადგილას მოთავსებული კომპასის ნემსის ჩრდილოეთ პოლუსი. ითვლება, რომ მაგნიტური ველის ინდუქციის ხაზები მიმართულია ჩრდილოეთ პოლუსიდან სამხრეთისაკენ.

მაგნიტური ველის მაგნიტური ინდუქციის ხაზების მიმართულება, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრული დენით, რომელიც მიედინება სწორ გამტარში, განისაზღვრება გიმლეტის ან მარჯვენა ხრახნის წესით. ხრახნიანი თავის ბრუნვის მიმართულება აღებულია მაგნიტური ინდუქციის ხაზების მიმართულებად, რაც უზრუნველყოფს მის ტრანსლაციურ მოძრაობას ელექტრული დენის მიმართულებით (სურ. 59).

სადაც n 01 = 4 პი 10 -7 V s / (A m). - მაგნიტური მუდმივი, R - მანძილი, I - დენის სიძლიერე გამტარში.

ელექტროსტატიკური ველის ხაზებისგან განსხვავებით, რომლებიც იწყება დადებითი მუხტით და მთავრდება უარყოფითით, მაგნიტური ველის ხაზები ყოველთვის დახურულია. ელექტრული მუხტის მსგავსი მაგნიტური მუხტი არ იქნა ნაპოვნი.

ერთი ტესლა (1 ტ) მიიღება ინდუქციის ერთეულად - ისეთი ერთიანი მაგნიტური ველის ინდუქცია, რომელშიც 1 მ 2 ფართობის ჩარჩოზე მოქმედებს მაქსიმალური ბრუნი 1 Nm, რომლის მეშვეობითაც დენი 1 A მიედინება.

მაგნიტური ველის ინდუქცია ასევე შეიძლება განისაზღვროს მაგნიტურ ველში დენის გამტარზე მოქმედი ძალით.

მაგნიტურ ველში მოთავსებული დენის გამტარი ექვემდებარება ამპერის ძალას, რომლის მნიშვნელობა განისაზღვრება შემდეგი გამოსახულებით:

სადაც მე ვარ ამჟამინდელი ძალა დირიჟორში, l-გამტარის სიგრძე, B არის მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის მოდული და არის კუთხე ვექტორსა და დენის მიმართულებას შორის.

ამპერის ძალის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს მარცხენა ხელის წესით: მარცხენა ხელის გულს ვათავსებთ ისე, რომ მაგნიტური ინდუქციის ხაზები შევიდეს ხელისგულში, ვათავსებთ ოთხ თითს დირიჟორში დენის მიმართულებით. შემდეგ მოხრილი ცერა თითიაჩვენებს ამპერის ძალის მიმართულებას.

იმის გათვალისწინებით, რომ I = q 0 nSv და ამ გამონათქვამის ჩანაცვლება (3.21), მივიღებთ F = q 0 nSh/B sin ა. ნაწილაკების რაოდენობა (N) გამტარის მოცემულ მოცულობაში არის N = nSl, შემდეგ F = q 0 NvB sin ა.

მოდით განვსაზღვროთ ძალა, რომელიც მოქმედებს მაგნიტური ველის მხრიდან მაგნიტურ ველში მოძრავ ცალკეულ დამუხტულ ნაწილაკზე:

ამ ძალას უწოდებენ ლორენცის ძალას (1853-1928). ლორენცის ძალის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს მარცხენა ხელის წესით: მარცხენა ხელის ხელი ისეა განლაგებული, რომ მაგნიტური ინდუქციის ხაზები შევიდეს ხელისგულში, ოთხი თითი აჩვენებს დადებითი მუხტის მოძრაობის მიმართულებას, ცერი. აჩვენებს ლორენცის ძალის მიმართულებას.

ურთიერთქმედების ძალა ორ პარალელურ გამტარს შორის, რომლის მეშვეობითაც მიედინება I 1 და I 2 დენები, უდრის:

სად l-გამტარის ნაწილი, რომელიც მაგნიტურ ველშია. თუ დენები ერთი და იგივე მიმართულებით არიან, მაშინ გამტარები იზიდავენ (სურ. 60), თუ საპირისპირო მიმართულებაა, ისინი მოგერიდებათ. თითოეულ გამტარზე მოქმედი ძალები ტოლია სიდიდით, საპირისპირო მიმართულებით. ფორმულა (3.22) არის მთავარი დენის სიძლიერის ერთეულის 1 ამპერის (1 ა) დასადგენად.

ნივთიერების მაგნიტური თვისებები ხასიათდება სკალარული ფიზიკური სიდიდით - მაგნიტური გამტარიანობით, რომელიც აჩვენებს რამდენჯერ განსხვავდება მაგნიტური ველის B ინდუქცია ნივთიერებაში, რომელიც მთლიანად ავსებს ველს, განსხვავდება აბსოლუტური მნიშვნელობით მაგნიტური ველის B 0 ინდუქციისგან. ვაკუუმი:

მათი მაგნიტური თვისებების მიხედვით, ყველა ნივთიერება იყოფა დიამაგნიტური, პარამაგნიტურიდა ფერომაგნიტური.

განვიხილოთ ნივთიერებების მაგნიტური თვისებების ბუნება.

მატერიის ატომების გარსში არსებული ელექტრონები სხვადასხვა ორბიტაზე მოძრაობენ. სიმარტივისთვის, ჩვენ მიგვაჩნია, რომ ეს ორბიტები წრიულია და თითოეული ელექტრონი, რომელიც ბრუნავს ატომის ბირთვის გარშემო, შეიძლება ჩაითვალოს წრიულ ელექტრო დენად. თითოეული ელექტრონი, წრიული დენის მსგავსად, ქმნის მაგნიტურ ველს, რომელსაც ჩვენ ორბიტალს ვუწოდებთ. გარდა ამისა, ატომში ელექტრონს აქვს საკუთარი მაგნიტური ველი, რომელსაც სპინის ველი ეწოდება.

თუ გარე მაგნიტურ ველში B 0 ინდუქციით შეყვანისას, ინდუქცია B იქმნება ნივთიერების შიგნით.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

IN დიამაგნიტურიმასალებში გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, ელექტრონების მაგნიტური ველები კომპენსირებულია და როდესაც ისინი მაგნიტურ ველში შედიან, ატომის მაგნიტური ველის ინდუქცია მიმართულია გარე ველის წინააღმდეგ. დიამაგნიტი გამოდევნის გარე მაგნიტური ველიდან.

ზე პარამაგნიტურიმასალები, ატომებში ელექტრონების მაგნიტური ინდუქცია სრულად არ არის კომპენსირებული და ატომი მთლიანობაში აღმოჩნდება პატარა მუდმივი მაგნიტის მსგავსი. ჩვეულებრივ, მატერიაში ყველა ეს პატარა მაგნიტი თვითნებურად არის ორიენტირებული და მათი ყველა ველის მთლიანი მაგნიტური ინდუქცია ნულის ტოლია. თუ პარამაგნიტს მოათავსებთ გარე მაგნიტურ ველში, მაშინ ყველა პატარა მაგნიტი - ატომები გადაიქცევა გარე მაგნიტურ ველში, როგორც კომპასის ნემსები და ნივთიერებაში მაგნიტური ველი იზრდება ( ნ >= 1).

ფერომაგნიტურიარის მასალები, რომლებიც ნ„1. ფერომაგნიტურ მასალებში იქმნება ეგრეთ წოდებული დომენები, სპონტანური მაგნიტიზაციის მაკროსკოპული უბნები.

სხვადასხვა დომენში მაგნიტური ველების ინდუქციას აქვს სხვადასხვა მიმართულება (ნახ. 61) და დიდ კრისტალში

ანაზღაურებენ ერთმანეთს. როდესაც ფერომაგნიტური ნიმუში შედის გარე მაგნიტურ ველში, ცალკეული დომენების საზღვრები გადაინაცვლებს ისე, რომ იზრდება გარე ველის გასწვრივ ორიენტირებული დომენების მოცულობა.

გარე ველის B 0 ინდუქციის ზრდით, მაგნიტიზებული ნივთიერების მაგნიტური ინდუქცია იზრდება. B 0-ის ზოგიერთი მნიშვნელობისთვის ინდუქცია აჩერებს მის მკვეთრ ზრდას. ამ ფენომენს მაგნიტური გაჯერება ეწოდება.

ფერომაგნიტური მასალების დამახასიათებელი თვისებაა ჰისტერეზის ფენომენი, რომელიც შედგება მასალის ინდუქციის ორაზროვან დამოკიდებულებაში გარე მაგნიტური ველის ინდუქციაზე მისი ცვლილებისას.

მაგნიტური ჰისტერეზის მარყუჟი არის დახურული მრუდი (cdc`d`c), რომელიც გამოხატავს მასალის ინდუქციის დამოკიდებულებას გარე ველის ინდუქციის ამპლიტუდაზე ამ უკანასკნელის პერიოდული საკმაოდ ნელი ცვლილებით (ნახ. 62).

ჰისტერეზის მარყუჟს ახასიათებს შემდეგი მნიშვნელობები B s , B r , B c . B s - მასალის ინდუქციის მაქსიმალური მნიშვნელობა B 0s-ზე; B r - ნარჩენი ინდუქცია, უდრის ინდუქციის მნიშვნელობას მასალაში, როდესაც გარე მაგნიტური ველის ინდუქცია მცირდება B 0-დან ნულამდე; -B c და B c - იძულებითი ძალა - მნიშვნელობა ტოლია გარე მაგნიტური ველის ინდუქციისა, რომელიც აუცილებელია მასალაში ინდუქციის ნარჩენიდან ნულამდე შესაცვლელად.

თითოეული ფერომაგნიტისთვის არის ისეთი ტემპერატურა (კურიის წერტილი (J. Curie, 1859-1906), რომლის ზემოთაც ფერომაგნიტი კარგავს ფერომაგნიტურ თვისებებს.

მაგნიტიზებული ფერომაგნიტის დემაგნიტიზებულ მდგომარეობაში მოქცევის ორი გზა არსებობს: ა) გაცხელება კიურის წერტილის ზემოთ და გაცივება; ბ) მასალის მაგნიტირება მონაცვლეობითი მაგნიტური ველით ნელ-ნელა კლებადი ამპლიტუდით.

ფერომაგნიტებს დაბალი ნარჩენი ინდუქციით და იძულებითი ძალით უწოდებენ რბილ მაგნიტურს. ისინი პოულობენ გამოყენებას მოწყობილობებში, სადაც ფერომაგნიტი ხშირად უნდა იყოს მაგნიტიზებული (ტრანსფორმატორების ბირთვები, გენერატორები და ა.შ.).

მაგნიტურად მყარი ფერომაგნიტები, რომლებსაც აქვთ დიდი იძულებითი ძალა, გამოიყენება მუდმივი მაგნიტების დასამზადებლად.

B21 2) ფოტოელექტრული ეფექტი. ფოტონები

ფოტოელექტრული ეფექტიაღმოაჩინა 1887 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა გ.ჰერცმა და ექსპერიმენტულად შეისწავლა ა.გ.სტოლეტოვმა 1888–1890 წლებში. ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენის ყველაზე სრულყოფილი შესწავლა ჩაატარა ფ. ლენარდმა 1900 წელს. ამ დროისთვის ელექტრონი უკვე აღმოჩენილი იყო (1897, ჯ. ტომსონი) და ცხადი გახდა, რომ ფოტოელექტრული ეფექტი (ან, უფრო ზუსტად, გარე ფოტოელექტრული ეფექტი) არის ელექტრონების გამოყვანა მატერიიდან მასზე დაცემული სინათლის გავლენის ქვეშ.

ფოტოელექტრული ეფექტის შესასწავლად ექსპერიმენტული დაყენების განლაგება ნაჩვენებია ნახ. 5.2.1.

ექსპერიმენტებში გამოიყენეს მინის ვაკუუმის ჭურჭელი ორი ლითონის ელექტროდით, რომლის ზედაპირი კარგად გაიწმინდა. ელექტროდებზე ძაბვა იქნა გამოყენებული უ, რომლის პოლარობა შეიძლება შეიცვალოს ორმაგი გასაღების გამოყენებით. ერთ-ერთი ელექტროდი (კათოდი K) განათებული იყო კვარცის ფანჯრიდან გარკვეული ტალღის სიგრძის მონოქრომატული შუქით. მუდმივი მანათობელი ნაკადის დროს მიღებული იყო ფოტოდინების სიძლიერის დამოკიდებულება მეგამოყენებული ძაბვისგან. ნახ. 5.2.2 ნაჩვენებია ასეთი დამოკიდებულების ტიპიური მრუდები, მიღებული კათოდზე სინათლის ნაკადის ინტენსივობის ორი მნიშვნელობისთვის.

მრუდები გვიჩვენებს, რომ A ანოდზე საკმარისად მაღალი დადებითი ძაბვის დროს, ფოტოდენი აღწევს გაჯერებას, ვინაიდან კათოდიდან სინათლის მიერ გამოდევნილი ყველა ელექტრონი აღწევს ანოდამდე. ფრთხილად გაზომვებმა აჩვენა, რომ გაჯერების დენი მე n პირდაპირპროპორციულია დაცემის სინათლის ინტენსივობისა. როდესაც ანოდზე ძაბვა უარყოფითია, ელექტრული ველი კათოდსა და ანოდს შორის ანელებს ელექტრონებს. ანოდს შეუძლია მიაღწიოს მხოლოდ იმ ელექტრონებს, რომელთა კინეტიკური ენერგია აღემატება | ევროპა|. თუ ანოდის ძაბვა ნაკლებია - უსთ, ფოტოდენი ჩერდება. საზომი უთ, შესაძლებელია ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის დადგენა:

მრავალმა ექსპერიმენტატორმა დაადგინა ფოტოელექტრული ეფექტის შემდეგი ძირითადი კანონები:

ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება ν სინათლის სიხშირის მატებასთან ერთად და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.
ყველა ნივთიერებისთვის არსებობს ე.წ წითელი საზღვრის ფოტო ეფექტი , ანუ ყველაზე დაბალი სიხშირე ν წთ, რომლის დროსაც ჯერ კიდევ შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.
კათოდიდან 1 წმ-ში სინათლის მიერ გამოყვანილი ფოტოელექტრონების რაოდენობა სინათლის ინტენსივობის პირდაპირპროპორციულია.
ფოტოელექტრული ეფექტი პრაქტიკულად ინერციულია, ფოტოდინება წარმოიქმნება მყისიერად კათოდური განათების დაწყების შემდეგ, იმ პირობით, რომ სინათლის სიხშირე ν > ν min .

ფოტოელექტრული ეფექტის ყველა ეს კანონი ძირეულად ეწინააღმდეგებოდა კლასიკური ფიზიკის იდეებს სინათლის მატერიასთან ურთიერთქმედების შესახებ. ტალღის კონცეფციის თანახმად, ელექტრომაგნიტურ სინათლის ტალღასთან ურთიერთობისას ელექტრონს თანდათან მოუწევს ენერგიის დაგროვება და სინათლის ინტენსივობიდან გამომდინარე მნიშვნელოვანი დრო დასჭირდება, რომ ელექტრონმა დააგროვოს საკმარისი ენერგია კათოდიდან გასაფრენად. . გამოთვლები აჩვენებს, რომ ეს დრო უნდა ყოფილიყო გათვლილი წუთებში ან საათებში. თუმცა, გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ფოტოელექტრონები ჩნდება კათოდის განათების დაწყებისთანავე. ამ მოდელში ასევე შეუძლებელი იყო ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვრის არსებობის გაგება. სინათლის ტალღური თეორია ვერ ხსნიდა ფოტოელექტრონების ენერგიის დამოუკიდებლობას სინათლის ნაკადის ინტენსივობისგან და მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის პროპორციულობა სინათლის სიხშირეზე.

ამრიგად, სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ვერ ახსნიდა ამ კანონზომიერებებს.

გამოსავალი იპოვა ა. აინშტაინმა 1905 წელს. ფოტოელექტრული ეფექტის დაკვირვებული კანონების თეორიული ახსნა აინშტაინმა მისცა მ. პლანკის ჰიპოთეზას, რომ სინათლე გამოიყოფა და შეიწოვება გარკვეულ ნაწილებში და თითოეულის ენერგია. ასეთი ნაწილი განისაზღვრება ფორმულით ე = თ v, სადაც თარის პლანკის მუდმივი. აინშტაინმა შემდეგი ნაბიჯი გადადგა კვანტური კონცეფციების შემუშავებაში. ის მივიდა დასკვნამდე, რომ სინათლეს აქვს უწყვეტი (დისკრეტული) სტრუქტურა. ელექტრომაგნიტური ტალღა შედგება ცალკეული ნაწილებისგან - კვანტებისგან, შემდგომში დასახელებული ფოტონები. მატერიასთან ურთიერთობისას ფოტონი მთელ თავის ენერგიას გადასცემს თν ერთ ელექტრონს. ამ ენერგიის ნაწილი შეიძლება გაიფანტოს ელექტრონის მიერ მატერიის ატომებთან შეჯახებისას. გარდა ამისა, ელექტრონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება მეტალ-ვაკუუმის ინტერფეისზე პოტენციური ბარიერის გადალახვაზე. ამისათვის ელექტრონმა უნდა შეასრულოს სამუშაო ფუნქცია აკათოდური მასალის თვისებებიდან გამომდინარე. მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს კათოდიდან გამოსხივებულ ფოტოელექტრონს, განისაზღვრება ენერგიის შენარჩუნების კანონით:

ამ ფორმულას ე.წ აინშტაინის განტოლება ფოტოელექტრული ეფექტისთვის .

აინშტაინის განტოლების გამოყენებით, შეგიძლიათ ახსნათ გარე ფოტოელექტრული ეფექტის ყველა კანონზომიერება. აინშტაინის განტოლებიდან გამომდინარეობს მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის წრფივი დამოკიდებულება სიხშირეზე და დამოუკიდებლობა სინათლის ინტენსივობაზე, წითელი საზღვრის არსებობა და ფოტოელექტრული ეფექტის ინერცია. ფოტოელექტრონების ჯამური რაოდენობა, რომლებიც ტოვებენ კათოდის ზედაპირს 1 წამში, პროპორციული უნდა იყოს იმავე დროს ზედაპირზე დაცემული ფოტონების რაოდენობის. აქედან გამომდინარეობს, რომ გაჯერების დენი პირდაპირპროპორციული უნდა იყოს სინათლის ნაკადის ინტენსივობისა.

როგორც აინშტაინის განტოლებიდან ჩანს, სწორი ხაზის დახრილობა, რომელიც გამოხატავს ბლოკირების პოტენციალის დამოკიდებულებას უ h ν სიხშირიდან (ნახ. 5.2.3), უდრის პლანკის მუდმივობის შეფარდებას თელექტრონის მუხტამდე ე:

სად გარის სინათლის სიჩქარე, λcr არის ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება ფოტოელექტრული ეფექტის წითელ საზღვარს. მეტალების უმეტესობისთვის, სამუშაო ფუნქცია აარის რამდენიმე ელექტრონ ვოლტი (1 eV = 1.602 10 -19 J). კვანტურ ფიზიკაში ელექტრონვოლტი ხშირად გამოიყენება როგორც ენერგიის ერთეული. პლანკის მუდმივის მნიშვნელობა, რომელიც გამოიხატება ელექტრონ ვოლტებში წამში, არის

ლითონებს შორის ტუტე ელემენტებს აქვთ ყველაზე დაბალი სამუშაო ფუნქცია. მაგალითად, ნატრიუმი ა= 1,9 ევ, რომელიც შეესაბამება ფოტოელექტრული ეფექტის წითელ საზღვარს λcr ≈ 680 ნმ. ამიტომ, ტუტე ლითონის ნაერთები გამოიყენება კათოდების შესაქმნელად ფოტოცელტები შექმნილია ხილული სინათლის გამოსავლენად.

ასე რომ, ფოტოელექტრული ეფექტის კანონები მიუთითებს იმაზე, რომ სინათლე, როდესაც გამოსხივდება და შეიწოვება, იქცევა როგორც ნაწილაკების ნაკადი ე.წ. ფოტონები ან მსუბუქი კვანტები .

ფოტონის ენერგია არის

აქედან გამომდინარეობს, რომ ფოტონს აქვს იმპულსი

ამრიგად, სინათლის დოქტრინა, რომელმაც დაასრულა რევოლუცია, რომელიც გაგრძელდა ორი საუკუნის განმავლობაში, კვლავ დაუბრუნდა სინათლის ნაწილაკების - კორპუსკულების იდეებს.

მაგრამ ეს არ იყო ნიუტონის კორპუსკულარული თეორიის მექანიკური დაბრუნება. მე-20 საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ სინათლეს აქვს ორმაგი ბუნება. სინათლის გავრცელებისას ჩნდება მისი ტალღური თვისებები (ინტერფერენცია, დიფრაქცია, პოლარიზაცია), ხოლო მატერიასთან ურთიერთობისას კორპუსკულარული (ფოტოელექტრული ეფექტი). სინათლის ამ ორმაგ ბუნებას ე.წ ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა . მოგვიანებით, ორმაგი ბუნება აღმოაჩინეს ელექტრონებსა და სხვა ელემენტარულ ნაწილაკებში. კლასიკურ ფიზიკას არ შეუძლია მიკრო-ობიექტების ტალღური და კორპუსკულური თვისებების კომბინაციის ვიზუალური მოდელი. მიკრო ობიექტების მოძრაობა კონტროლდება არა კლასიკური ნიუტონის მექანიკის, არამედ კვანტური მექანიკის კანონებით. მ. პლანკის მიერ შემუშავებული შავი სხეულის გამოსხივების თეორია და აინშტაინის ფოტოელექტრული ეფექტის კვანტური თეორია ეფუძნება ამ თანამედროვე მეცნიერებას.

B23 2) ფარდობითობის სპეციალური თეორია, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა ფიზიკური თეორია, შეიძლება ჩამოყალიბდეს ძირითადი ცნებებისა და პოსტულატების (აქსიომების) და მისი ფიზიკური ობიექტების შესაბამისობის წესების საფუძველზე.

ძირითადი ცნებები[რედაქტირება | ვიკი ტექსტის რედაქტირება]

საცნობარო სისტემა არის გარკვეული მატერიალური სხეული, რომელიც არჩეულია ამ სისტემის დასაწყისად, საცნობარო სისტემის წარმოშობასთან მიმართებაში ობიექტების პოზიციის განსაზღვრის მეთოდი და დროის გაზომვის მეთოდი. ჩვეულებრივ, განასხვავებენ საცნობარო სისტემებსა და კოორდინატულ სისტემებს. დროის გაზომვის პროცედურის დამატება კოორდინატთა სისტემაში „აქცევს“ მას საცნობარო სისტემად.

ინერციული მითითების სისტემა (ISR) არის ისეთი სისტემა, რომლის მიმართაც ობიექტი, რომელიც არ ექვემდებარება გარე ზემოქმედებას, მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად. ვარაუდობენ, რომ IFR-ები არსებობს და ნებისმიერი საცნობარო სისტემა, რომელიც მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოცემულ ინერციულ ჩარჩოსთან მიმართებაში, ასევე არის IFR.

მოვლენა არის ნებისმიერი ფიზიკური პროცესი, რომელიც შეიძლება ლოკალიზდეს სივრცეში და აქვს ძალიან მოკლე ხანგრძლივობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოვლენას სრულად ახასიათებს კოორდინატები (x, y, z) და დრო t. მოვლენების მაგალითებია: სინათლის ციმციმი, მატერიალური წერტილის მდებარეობა დროის მოცემულ მომენტში და ა.შ.

როგორც წესი, განიხილება ორი ინერციული ჩარჩო S და S. ზოგიერთი მოვლენის დრო და კოორდინატები, რომლებიც იზომება S ჩარჩოსთან მიმართებაში, აღინიშნება როგორც (t, x, y, z), ხოლო იგივე მოვლენის კოორდინატები და დრო, გაზომილი ნათესავი. ჩარჩოს S", როგორც (t ", x", y", z"). მოსახერხებელია ვივარაუდოთ, რომ სისტემების კოორდინატთა ღერძები ერთმანეთის პარალელურია და სისტემა S" მოძრაობს სისტემის x ღერძის გასწვრივ S სიჩქარით v. SRT-ის ერთ-ერთი ამოცანაა დამაკავშირებელი ურთიერთობების პოვნა ( t", x", y", z") და (t , x, y, z), რომლებსაც ლორენცის გარდაქმნები ეწოდება.

დროის სინქრონიზაცია[რედაქტირება | ვიკი ტექსტის რედაქტირება]

SRT პოსტულირებულია ერთი დროის განსაზღვრის შესაძლებლობა მოცემულ ინერციულ მიმართვის ჩარჩოში. ამისათვის დანერგილია სინქრონიზაციის პროცედურა ISO-ს სხვადასხვა წერტილში მდებარე ორი საათისთვის. ნება მიეცით სიგნალი (აუცილებლად მსუბუქი) გაიგზავნოს პირველი საათიდან იმ დროს (\displaystyle t_(1)) მეორე საათამდე მუდმივი სიჩქარით (\displaystyle u) . მეორე საათის მიღწევისთანავე (დროის წაკითხვის მიხედვით (\displaystyle T)) სიგნალი იგზავნება უკან იმავე მუდმივი სიჩქარით (\displaystyle u) და აღწევს პირველ საათს დროს (\displaystyle t_(2)) . საათები სინქრონიზებულად ითვლება, თუ (\displaystyle T=(t_(1)+t_(2))/2) მოქმედებს.

ვარაუდობენ, რომ მოცემულ ინერციულ საცნობარო ჩარჩოში ასეთი პროცედურა შეიძლება განხორციელდეს ნებისმიერი საათისთვის, რომელიც ერთმანეთთან შედარებით სტაციონარულია, ამიტომ ტრანზიტულობის თვისება მოქმედებს: თუ საათები ასინქრონიზებულია საათთან ბდა საათი ბსინქრონიზებულია საათთან C, შემდეგ საათი ადა Cასევე იქნება სინქრონიზებული.

კლასიკური მექანიკისგან განსხვავებით, ერთი დრო შეიძლება შემოღებულ იქნეს მხოლოდ მოცემული მითითების ფარგლებში. SRT არ თვლის, რომ დრო საერთოა სხვადასხვა სისტემებისთვის. ეს არის მთავარი განსხვავება SRT აქსიომატიკასა და კლასიკურ მექანიკას შორის, რომელიც ამტკიცებს ერთიანი (აბსოლუტური) დროის არსებობას ყველა საცნობარო ჩარჩოსთვის.

საზომი ერთეულების კოორდინაცია[რედაქტირება | ვიკი ტექსტის რედაქტირება]

იმისათვის, რომ სხვადასხვა ISO-ში შესრულებული გაზომვები შედარდეს ერთმანეთთან, საჭიროა საზომი ერთეულების კოორდინაცია საცნობარო სისტემებს შორის. ასე რომ, სიგრძის ერთეულებზე შეიძლება შეთანხმდნენ სიგრძის სტანდარტების შედარებით მიმართულების ინერციული სისტემის ფარდობითი მოძრაობის მიმართ პერპენდიკულარული მიმართულებით. მაგალითად, ეს შეიძლება იყოს უმოკლესი მანძილი ორი ნაწილაკების ტრაექტორიებს შორის, რომლებიც მოძრაობენ x და x" ღერძების პარალელურად და აქვთ განსხვავებული, მაგრამ მუდმივი კოორდინატები (y, z) და (y", z"). დროის ერთეულებზე შეთანხმება, შეგიძლიათ გამოიყენოთ იდენტურად მოწყობილი საათები, როგორიცაა ატომური.

SRT პოსტულატები[რედაქტირება | ვიკი ტექსტის რედაქტირება]

უპირველეს ყოვლისა, SRT-ში, ისევე როგორც კლასიკურ მექანიკაში, ვარაუდობენ, რომ სივრცე და დრო ერთგვაროვანია და სივრცეც იზოტროპულია. უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ (თანამედროვე მიდგომა), ინერციული მიმართვის ჩარჩოები ფაქტობრივად განისაზღვრა, როგორც მიმართვის ისეთ ჩარჩოები, რომლებშიც სივრცე ერთგვაროვანი და იზოტროპულია, ხოლო დრო ერთგვაროვანი. ფაქტობრივად, ასეთი საცნობარო სისტემების არსებობა პოსტულირებულია.

პოსტულატი 1 (აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი). ბუნების კანონები ერთნაირია ყველა კოორდინატულ სისტემაში, რომლებიც მოძრაობენ სწორხაზოვნად და ერთნაირად მიმართულია ერთმანეთთან. Ეს ნიშნავს, რომ ფორმაფიზიკური კანონების დამოკიდებულება სივრცე-დროის კოორდინატებზე ერთნაირი უნდა იყოს ყველა IFR-ში, ანუ კანონები უცვლელია IFR-ებს შორის გადასვლებთან მიმართებაში. ფარდობითობის პრინციპი ადგენს ყველა ISO-ს თანასწორობას.

ნიუტონის მეორე კანონის (ან ეილერ-ლაგრანჟის განტოლებების ლაგრანგის მექანიკაში) გათვალისწინებით, შეიძლება ითქვას, რომ თუ გარკვეული სხეულის სიჩქარე მოცემულ IFR-ში მუდმივია (აჩქარება არის ნული), მაშინ ის მუდმივი უნდა იყოს ყველა დანარჩენში. IFR-ები. ზოგჯერ ეს მიიღება ISO-ს განმარტებად.

ფორმალურად, აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპმა გააფართოვა ფარდობითობის კლასიკური პრინციპი (გალილეო) მექანიკურიდან ყველა ფიზიკურ ფენომენზე. თუმცა, თუ გავითვალისწინებთ, რომ გალილეოს დროს ფიზიკა შედგებოდა საკუთრივ მექანიკაში, მაშინ კლასიკური პრინციპი ასევე შეიძლება მივიჩნიოთ როგორც ყველა ფიზიკურ მოვლენაზე. კერძოდ, ის უნდა გავრცელდეს მაქსველის განტოლებით აღწერილ ელექტრომაგნიტურ მოვლენებზე. თუმცა, ამ უკანასკნელის მიხედვით (და ეს შეიძლება ჩაითვალოს ემპირიულად დადგენილი, რადგან განტოლებები მიღებულია ემპირიულად გამოვლენილი კანონზომიერებიდან), სინათლის გავრცელების სიჩქარე არის გარკვეული რაოდენობა, რომელიც არ არის დამოკიდებული წყაროს სიჩქარეზე (ერთში მაინც მითითების ჩარჩო). ფარდობითობის პრინციპი ამ შემთხვევაში ამბობს, რომ ეს არ უნდა იყოს დამოკიდებული წყაროს სიჩქარეზე ყველა IFR-ში მათი თანასწორობის გამო. ეს ნიშნავს, რომ ის უნდა იყოს მუდმივი ყველა ISO-ში. ეს არის მეორე პოსტულატის არსი:

პოსტულატი 2 (სინათლის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპი). სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ერთნაირია ყველა კოორდინატულ სისტემაში, რომლებიც მოძრაობენ სწორხაზოვნად და ერთნაირად ერთმანეთთან შედარებით.

სინათლის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპი ეწინააღმდეგება კლასიკურ მექანიკას და კონკრეტულად, სიჩქარის დამატების კანონს. ამ უკანასკნელის გამოყვანისას გამოიყენება მხოლოდ გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი და ყველა IFR-ში ერთი და იგივე დროის იმპლიციტური დაშვება. ამრიგად, მეორე პოსტულატის მართებულობიდან გამომდინარეობს, რომ დრო უნდა იყოს ნათესავი- არ არის იგივე სხვადასხვა ISO-ში. აქედან აუცილებლად გამომდინარეობს, რომ „დისტანციებიც“ ფარდობითი უნდა იყოს. სინამდვილეში, თუ სინათლე გადის მანძილს ორ წერტილს შორის გარკვეულ დროში, ხოლო სხვა სისტემაში - სხვა დროს და, უფრო მეტიც, იგივე სიჩქარით, მაშინ პირდაპირ გამომდინარეობს, რომ მანძილი ამ სისტემაშიც უნდა განსხვავდებოდეს.

უნდა აღინიშნოს, რომ სინათლის სიგნალები, ზოგადად, არ არის საჭირო SRT დასაბუთებისას. მიუხედავად იმისა, რომ გალილეის გარდაქმნების მიმართ მაქსველის განტოლებების შეუცვლელობამ გამოიწვია SRT-ის აგება, ეს უკანასკნელი უფრო ზოგადი ხასიათისაა და გამოიყენება ყველა სახის ურთიერთქმედებისა და ფიზიკური პროცესისთვის. ფუნდამენტური მუდმივი (\displaystyle c), რომელიც გვხვდება ლორენცის გარდაქმნებში, აზრი აქვს მარგინალურიმატერიალური სხეულების მოძრაობის სიჩქარე. რიცხობრივად, იგი ემთხვევა სინათლის სიჩქარეს, მაგრამ ეს ფაქტი, თანამედროვე კვანტური ველის თეორიის მიხედვით (რომლის განტოლებები თავდაპირველად აგებულია როგორც რელატივისტურად ინვარიანტული), დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ველის (ფოტონი) უმასურობასთან. მაშინაც კი, თუ ფოტონს არ აქვს ნულოვანი მასა, ლორენცის გარდაქმნები ამისგან არ შეიცვლება. აქედან გამომდინარე, აზრი აქვს განასხვავოთ ფუნდამენტური სიჩქარე (\displaystyle c) და სინათლის სიჩქარე (\displaystyle c_(em)). პირველი მუდმივი ასახავს ზოგადი თვისებებისივრცე და დრო, ხოლო მეორე დაკავშირებულია კონკრეტული ურთიერთქმედების თვისებებთან.

ასევე გამოიყენება მიზეზობრიობის პოსტულატი: ნებისმიერ მოვლენას შეუძლია გავლენა მოახდინოს მხოლოდ მის შემდეგ მომხდარ მოვლენებზე და არ შეუძლია გავლენა მოახდინოს მასზე ადრე მომხდარ მოვლენებზე. მიზეზობრიობის პოსტულატიდან და სინათლის სიჩქარის დამოუკიდებლობა საცნობარო ჩარჩოს არჩევისგან, გამომდინარეობს, რომ ნებისმიერი სიგნალის სიჩქარე არ შეიძლება აღემატებოდეს სინათლის სიჩქარეს.

B24 2) ბირთვული ფიზიკის ძირითადი ცნებები. რადიოაქტიურობა. რადიოაქტიური დაშლის სახეები.

ბირთვული ფიზიკაარის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ატომის ბირთვების სტრუქტურასა და თვისებებს. ბირთვული ფიზიკა ასევე დაინტერესებულია ატომური ბირთვების ურთიერთ გარდაქმნების შესწავლით, რომლებიც ხდება როგორც რადიოაქტიური დაშლის, ასევე სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების შედეგად. მისი მთავარი ამოცანა დაკავშირებულია ნუკლეონებს შორის მოქმედი ბირთვული ძალების ბუნებისა და ბირთვებში ნუკლეონების მოძრაობის თავისებურებების გარკვევასთან. პროტონები და ნეიტრონებიარის ძირითადი ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვს. ნუკლეონიარის ნაწილაკი, რომელსაც აქვს ორი განსხვავებული მუხტის მდგომარეობა: პროტონი და ნეიტრონი. ძირითადი მუხტი- ბირთვში პროტონების რაოდენობა, იგივე ელემენტის ატომური რიცხვი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. იზოტოპები- ერთნაირი მუხტის მქონე ბირთვები, თუ ნუკლეონების მასის რაოდენობა განსხვავებულია.

იზობარები- ეს არის ბირთვები ერთნაირი რაოდენობის ნუკლეონებით, სხვადასხვა მუხტით.

ნუკლიდიარის კონკრეტული ბირთვი მნიშვნელობებით. სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიაარის შებოჭვის ენერგია ბირთვის თითო ნუკლეონზე. იგი განისაზღვრება ექსპერიმენტულად. ბირთვის სახმელეთო მდგომარეობა- ეს არის ბირთვის მდგომარეობა, რომელსაც აქვს ყველაზე დაბალი შესაძლო ენერგია, უდრის შემაკავშირებელ ენერგიას. ბირთვის აღგზნებული მდგომარეობა- ეს არის ბირთვის მდგომარეობა, რომელსაც აქვს ენერგია, დიდი შემაკავშირებელი ენერგია. კორპუსკულარულ-ტალღური დუალიზმი. ფოტოელექტრული ეფექტისინათლეს აქვს ორმაგი კორპუსკულარულ-ტალღური ბუნება, ანუ კორპუსკულურ-ტალღური დუალიზმი: ჯერ ერთი: მას აქვს ტალღური თვისებები; მეორეც: ის მოქმედებს როგორც ნაწილაკების ნაკადი - ფოტონები. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება არა მხოლოდ კვანტებით გამოიყოფა, არამედ ვრცელდება და შეიწოვება ელექტრომაგნიტური ველის ნაწილაკების (კორპუსკულების) - ფოტონების სახით. ფოტონები რეალურად ელექტრომაგნიტური ველის არსებული ნაწილაკებია. კვანტიზაციაარის ატომის სტაციონარული მდგომარეობის შესაბამისი ელექტრონული ორბიტების შერჩევის მეთოდი.

რადიოაქტიურობა

რადიოაქტიურობა -ეწოდება ატომის ბირთვის უნარს სპონტანურად დაშლის ნაწილაკების გამოსხივებით. ბუნებრივ გარემოში ბირთვების იზოტოპების სპონტანურ დაშლას ე.წ ბუნებრივი რადიოაქტიურობა - ეს არის რადიოაქტიურობა, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს ბუნებრივად არასტაბილურ იზოტოპებში. ხოლო ლაბორატორიების პირობებში ადამიანის საქმიანობის შედეგად – ხელოვნური რადიოაქტიურობა - არის ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული იზოტოპების რადიოაქტიურობა. თან ახლავს რადიოაქტიურობა

ერთი ქიმიური ელემენტის მეორეში გადაქცევა და ყოველთვის თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას.თითოეულ რადიოაქტიურ ელემენტზე დადგენილია რაოდენობრივი შეფასებები. ასე რომ, ერთი ატომის დაშლის ალბათობა ერთ წამში ხასიათდება ამ ელემენტის დაშლის მუდმივით, ხოლო დროს, რომლის დროსაც რადიოაქტიური ნიმუშის ნახევარი იშლება, ეწოდება ნახევარგამოყოფის პერიოდი. რადიოაქტიური დაშლის რაოდენობა ნიმუშში ერთში მეორე ეწოდება რადიოაქტიური პრეპარატის აქტივობა. SI სისტემაში აქტივობის ერთეულია ბეკერელი (Bq): 1 Bq = 1 decay / 1 s.

რადიოაქტიური დაშლაარის სტატიკური პროცესი, რომლის დროსაც რადიოაქტიური ელემენტის ბირთვები იშლება ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად. რადიოაქტიური დაშლის სახეები

რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი ტიპებია:

ალფა - დაშლა

ალფა ნაწილაკებს გამოყოფენ მხოლოდ მძიმე ბირთვები, ე.ი. შეიცავს დიდი რაოდენობით პროტონებს და ნეიტრონებს. მძიმე ბირთვების სიძლიერე დაბალია. ბირთვიდან გასასვლელად ნუკლეონმა უნდა გადალახოს ბირთვული ძალები და ამისთვის მას უნდა ჰქონდეს საკმარისი ენერგია. ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონის ალფა ნაწილაკში გაერთიანებისას, ასეთ კომბინაციაში ბირთვული ძალები ყველაზე ძლიერია, ხოლო სხვა ნუკლეონებთან კავშირი უფრო სუსტია, ამიტომ ალფა ნაწილაკს შეუძლია ბირთვიდან "გაქცევა". გამოსხივებული ალფა ნაწილაკი ატარებს დადებით მუხტს 2 ერთეული და მასა 4 ერთეული. ალფა დაშლის შედეგად რადიოაქტიური ელემენტი გადაიქცევა სხვა ელემენტად, რომლის რიგითი ნომერია 2 ერთეული, ხოლო მასობრივი რიცხვი 4 ერთეულით ნაკლები, ბირთვს, რომელიც იშლება, მშობელი, ხოლო წარმოქმნილი შვილი ჰქვია. ქალიშვილის ბირთვი, როგორც წესი, ასევე რადიოაქტიურია და გარკვეული პერიოდის შემდეგ იშლება. რადიოაქტიური დაშლის პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ არ გამოჩნდება სტაბილური ბირთვი, ყველაზე ხშირად ტყვიის ან ბისმუტის ბირთვი.

ვინაიდან ბირთვების უმეტესობა სტაბილურია, ნუკლეონებს შორის არის სპეციალური ბირთვული (ძლიერი) ურთიერთქმედება - მიზიდულობა, რომელიც უზრუნველყოფს ბირთვების სტაბილურობას, მიუხედავად მსგავსი დამუხტული პროტონების მოგერიებისა.

ბირთვის შებოჭვის ენერგია არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია იმ სამუშაოს, რომელიც უნდა განხორციელდეს ბირთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად გასაყოფად მათთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ ბირთვის წარმოქმნის დროს უნდა გამოიყოს იგივე ენერგია, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად დაყოფაში. ბირთვის შებოჭვის ენერგია არის განსხვავება ბირთვში არსებული ყველა ნუკლეონის ენერგიასა და თავისუფალ მდგომარეობაში მათ ენერგიას შორის.

ნუკლეონების შეკავშირების ენერგია ატომურ ბირთვში:

სადაც არის პროტონის, ნეიტრონის და ბირთვის მასები, შესაბამისად; არის წყალბადის ატომის მასა; არის ნივთიერების ატომური მასა.

მასა, რომელიც შეესაბამება შემაკავშირებელ ენერგიას:

ბირთვული მასის დეფექტს უწოდებენ. ყველა ნუკლეონის მასა ამ რაოდენობით მცირდება, როდესაც მათგან ბირთვი წარმოიქმნება.

სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია არის შებოჭვის ენერგია თითო ნუკლეონზე: . იგი ახასიათებს ატომური ბირთვების მდგრადობას (სიძლიერეს), ე.ი. რაც მეტია, მით უფრო ძლიერია ბირთვი.

სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის დამოკიდებულება მასის რიცხვზე ნაჩვენებია სურათზე. პერიოდული ცხრილის შუა ნაწილის ყველაზე სტაბილური ბირთვები (28<ა<138). В этих ядрах составляет приблизительно 8,7 МэВ/нуклон (для сравнения, энергия связи валентных электронов в атоме порядка 10эВ, что в миллион раз меньше).

უფრო მძიმე ბირთვებზე გადასვლისას, სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მცირდება, რადგან ბირთვში პროტონების რაოდენობის მატებასთან ერთად, იზრდება მათი კულონის მოგერიების ენერგია (მაგალითად, ურანისთვის ეს არის 7.6 მევ). ამრიგად, ნუკლეონებს შორის კავშირი ნაკლებად ძლიერი ხდება, თავად ბირთვები ნაკლებად ძლიერი ხდება.

ენერგიულად ხელსაყრელი: 1) მძიმე ბირთვების დაშლა მსუბუქ ბირთვებად; 2) მსუბუქი ბირთვების ერთმანეთთან შერწყმა უფრო მძიმეებში. ორივე პროცესი გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას; ეს პროცესები ამჟამად პრაქტიკულად ხორციელდება; ბირთვული დაშლის რეაქციები და ბირთვული შერწყმის რეაქციები.

ბირთვში არსებული ნუკლეონები მყარად იკავებენ ბირთვულ ძალებს. ბირთვიდან ნუკლეონის ამოღების მიზნით, ბევრი სამუშაო უნდა ჩატარდეს, ანუ ბირთვს უნდა გადაეცეს მნიშვნელოვანი ენერგია.

ატომური ბირთვის E st შემაკავშირებელი ენერგია ახასიათებს ბირთვში ნუკლეონების ურთიერთქმედების ინტენსივობას და უდრის მაქსიმალურ ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის ცალკეულ არაურთიერთმხარჯავ ნუკლეონებად დაყოფისთვის მათ კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე. თითოეულ ბირთვს აქვს თავისი დამაკავშირებელი ენერგია. რაც უფრო დიდია ეს ენერგია, მით უფრო სტაბილურია ატომის ბირთვი. ბირთვის მასების ზუსტი გაზომვები აჩვენებს, რომ m i ბირთვის დანარჩენი მასა ყოველთვის ნაკლებია მისი შემადგენელი პროტონებისა და ნეიტრონების დანარჩენი მასების ჯამზე. მასის ამ განსხვავებას მასის დეფექტი ეწოდება:

სწორედ Dm მასის ეს ნაწილი იკარგება შემაკავშირებელი ენერგიის გათავისუფლებისას. მასისა და ენერგიის ურთიერთობის კანონის გამოყენებით მივიღებთ:

სადაც m n არის წყალბადის ატომის მასა.

ასეთი ჩანაცვლება მოსახერხებელია გამოთვლებისთვის და ამ შემთხვევაში წარმოქმნილი გაანგარიშების შეცდომა უმნიშვნელოა. თუ Dt-ს შევცვლით a.m.u.-ში შებოჭვის ენერგიის ფორმულაში შემდეგ ამისთვის ე წმშეიძლება დაიწეროს:

ბირთვების თვისებების შესახებ მნიშვნელოვან ინფორმაციას შეიცავს სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის დამოკიდებულება მასის A რიცხვზე.

სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია E სცემს - ბირთვის შებოჭვის ენერგია 1 ნუკლეონზე:

ნახ. 116 გვიჩვენებს A-ზე E-ის დარტყმების ექსპერიმენტულად დადგენილი დამოკიდებულების გათლილ გრაფიკს.

ფიგურაში მრუდს აქვს სუსტად გამოხატული მაქსიმუმი. 50-დან 60-მდე მასის მქონე ელემენტებს (რკინა და მასთან ახლოს მყოფი ელემენტები) აქვთ ყველაზე მაღალი სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია. ამ ელემენტების ბირთვები ყველაზე სტაბილურია.

გრაფიკიდან ჩანს, რომ დ.მენდელეევის ცხრილის შუა ნაწილის ელემენტების ბირთვებში მძიმე ბირთვების დაშლის რეაქცია, ასევე მსუბუქი ბირთვების (წყალბადის, ჰელიუმის) მძიმე ბირთვებში შერწყმის რეაქცია ენერგიულადაა. ხელსაყრელი რეაქციები, რადგან მათ თან ახლავს უფრო სტაბილური ბირთვების წარმოქმნა (დიდი Е sp) და, შესაბამისად, მიმდინარეობს ენერგიის გამოყოფა (E > 0).

ბირთვული ძალები. ბირთვის მოდელები.

NUCLEAR FORCES - ნუკლეონებს შორის ურთიერთქმედების ძალები; უზრუნველყოს დიდი რაოდენობით ბირთვული სავალდებულო ენერგია სხვა სისტემებთან შედარებით. Მე ვარ. არიან ყველაზე მნიშვნელოვანი და გავრცელებული მაგალითი ძლიერი ურთიერთქმედება(SV). ოდესღაც ეს ცნებები სინონიმი იყო და თავად ტერმინი „ძლიერი ურთიერთქმედება“ დაინერგა ბირთვული ენერგიის უზარმაზარი სიდიდის ხაზგასასმელად. ბუნებაში ცნობილ სხვა ძალებთან შედარებით: ელ.-მაგნიტი., სუსტი, გრავიტაციული. გახსნის შემდეგ გვ -, რ - და ა.შ. მეზონები, ჰიპერონები და ა.შ. ჰადრონებიტერმინი "ძლიერი ურთიერთქმედება" დაიწყო ფართო გაგებით გამოყენება - როგორც ჰადრონების ურთიერთქმედება. 1970-იან წლებში კვანტური ქრომოდინამიკა(QCD) დამკვიდრდა, როგორც საყოველთაოდ აღიარებული მიკროსკოპული. SW თეორია. ამ თეორიის თანახმად, ჰადრონები არის კომპოზიტური ნაწილაკები, რომლებიც შედგება კვარკებიდა გლუონები,და NE-ს ქვეშ დაიწყო ამ სახსრების ურთიერთქმედების გაგება. ნაწილაკები.

ბირთვის ვარდნის მოდელი- ატომის ბირთვის სტრუქტურის ერთ-ერთი ადრეული მოდელი, შემოთავაზებული ნილს ბორის მიერ 1936 წელს რთული ბირთვის თეორიის ფარგლებში, რომელიც შემუშავებულია იაკოვ ფრენკელის და მოგვიანებით ჯონ ვილერის მიერ, რომლის საფუძველზეც იყო კარლ ვაიზსაკერი. პირველმა მიიღო ნახევრად ემპირიული ფორმულა ატომური ბირთვის შებოჭვის ენერგიის შესახებ, რომელსაც მის პატივსაცემად ეწოდა Weizsäcker ფორმულა.

ამ თეორიის თანახმად, ატომის ბირთვი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, როგორც სპეციალური ბირთვული ნივთიერების სფერული ერთნაირად დამუხტული წვეთი, რომელსაც აქვს გარკვეული თვისებები, როგორიცაა შეკუმშვა, ბირთვული ძალების გაჯერება, ნუკლეონების (ნეიტრონები და პროტონები) "აორთქლება", ჰგავს სითხეს. . ამასთან დაკავშირებით, თხევადი წვეთების ზოგიერთი სხვა თვისება შეიძლება გავრცელდეს ასეთ ბირთვულ წვეთამდე, მაგალითად, ზედაპირული დაჭიმულობა, წვეთების ფრაგმენტაცია წვრილად (ბირთვის დაშლა), მცირე წვეთების შერწყმა ერთ დიდში (ბირთვის სინთეზი). ). თხევადი და ბირთვული მატერიისთვის საერთო ამ თვისებების გათვალისწინებით, აგრეთვე ამ უკანასკნელის სპეციფიკური თვისებების გათვალისწინებით, რომლებიც გამომდინარეობს პაულის პრინციპიდან და ელექტრული მუხტის არსებობით, შეგვიძლია მივიღოთ Weizsäcker-ის ნახევრად ემპირიული ფორმულა, რომელიც შესაძლებელს ხდის გამოთვალეთ ბირთვის შებოჭვის ენერგია და, შესაბამისად, მისი მასა, თუ ცნობილია მისი ნუკლეონის შემადგენლობა (ზოგადი ნუკლეონების რაოდენობა (მასობრივი რიცხვი) და პროტონების რაოდენობა ბირთვში).

ნუკლეონები ბირთვებში არიან ისეთ მდგომარეობებში, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი თავისუფალი მდგომარეობებისაგან. ჩვეულებრივი წყალბადის ბირთვის გარდა, ყველა ბირთვშიარის მინიმუმ ორი ნუკლეონი, რომელთა შორის არის სპეციალური ბირთვული ძლიერი ძალა – მიზიდულობა, რომელიც უზრუნველყოფს ბირთვების სტაბილურობას, მიუხედავად მსგავსი დამუხტული პროტონების მოგერიებისა.

· ნუკლეონის შეკავშირების ენერგიაბირთვში ეწოდება ფიზიკურ სიდიდეს, რომელიც ტოლია იმ სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვიდან ნუკლეონის ამოღების მიზნით მისთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

· ბირთვის შეკვრის ენერგია განისაზღვრება იმ სამუშაოს მოცულობით,უნდა გაკეთდეს,ბირთვის დაყოფა მის შემადგენელ ნუკლეონებად მათთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ ბირთვის ფორმირებისას ისეთი ენერგია უნდა გამოთავისუფლდეს, რომელიც უნდა დაიხარჯოს, როდესაც ბირთვი იყოფა მის შემადგენელ ნუკლეონებად. ბირთვული შეკავშირების ენერგია არის განსხვავება ყველა თავისუფალი ნუკლეონის ენერგიასა და ბირთვში არსებულ მათ ენერგიას შორის.

როდესაც ბირთვი წარმოიქმნება, მისი მასა მცირდება: ბირთვის მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების მასების ჯამზე. ბირთვის მასის კლება მისი ფორმირებისას აიხსნება შემაკავშირებელი ენერგიის გამოყოფით. თუ ვ sv არის ბირთვის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა, შემდეგ კი შესაბამისი მასა

(9.2.1)

დაურეკა მასობრივი დეფექტი და ახასიათებს მთლიანი მასის შემცირებას მისი შემადგენელი ნუკლეონებიდან ბირთვის წარმოქმნის დროს.

თუ ბირთვს აქვს მასა მშხამი წარმოქმნილი ზპროტონები მასით მ გვდა დან ( ა – ზ) ნეიტრონები მასით m n, ეს:

(9.2.2)

ბირთვის მასის ნაცვლად მშხამიანი ღირებულება ∆ მშეიძლება გამოიხატოს ატომური მასით მ at:

(9.2.3)

სად მჰარის წყალბადის ატომის მასა. პრაქტიკულ გამოთვლაში ∆ მყველა ნაწილაკისა და ატომის მასა გამოიხატება ატომური მასის ერთეულები (a.u.m.). ერთი ატომური მასის ერთეული შეესაბამება ატომური ენერგიის ერთეულს (ა.ე.ე.): 1 ა.უ.ე. = 931.5016 მევ.

მასობრივი დეფექტი ემსახურება როგორც ბირთვული შემაკავშირებელ ენერგიას:

(9.2.4)

ბირთვის სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია ω წმ შებოჭვის ენერგიას უწოდებენ,თითო ნუკლეონზე:

(9.2.5)

ω St-ის მნიშვნელობა საშუალოდ არის 8 მევ/ნუკლეონი. ნახ. 9.2 გვიჩვენებს სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის დამოკიდებულებას მასის რიცხვზე ა, რომელიც ახასიათებს სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ბირთვებში ნუკლეონების სხვადასხვა კავშირის სიძლიერეს. ელემენტების ბირთვები პერიოდული სისტემის შუა ნაწილში (), ე.ი. დან მდე, ყველაზე გამძლე.

ამ ბირთვებში ω უახლოვდება 8,7 მევ/ნუკლეონს. ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობის მატებასთან ერთად, სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მცირდება. ქიმიური ელემენტების ატომების ბირთვებს, რომლებიც მდებარეობს პერიოდული სისტემის ბოლოს (მაგალითად, ურანის ბირთვი) აქვს ω St ≈ 7.6 MeV / ნუკლეონი. ეს ხსნის ენერგიის გამოყოფის შესაძლებლობას მძიმე ბირთვების დაშლის დროს. მცირე მასის რიცხვის რეგიონში არის სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის მკვეთრი „მწვერვალები“. მაქსიმუმები დამახასიათებელია პროტონებისა და ნეიტრონების ლუწი რიცხვის მქონე ბირთვებისთვის ( , , ), მინიმუმები დამახასიათებელია პროტონებისა და ნეიტრონების კენტი რაოდენობის ბირთვებისთვის ( , , ).

თუ ბირთვს აქვს ყველაზე დაბალი შესაძლო ენერგია, მაშინ ის მდებარეობს ვ ძირითადი ენერგეტიკული მდგომარეობა . თუ ბირთვს აქვს ენერგია, მაშინ ის მდებარეობს ვ აღგზნებული ენერგეტიკული მდგომარეობა . შემთხვევა შეესაბამება ბირთვის დაყოფას მის შემადგენელ ნუკლეონებად. ატომის ენერგეტიკული დონეებისგან განსხვავებით, რომლებიც გამოყოფილია ელექტრონვოლტების ერთეულებით, ბირთვის ენერგეტიკული დონეები ერთმანეთისგან გამოყოფილია მეგაელექტრონვოლტით (MeV). ეს განმარტავს გამა გამოსხივების წარმოშობას და თვისებებს.

ბირთვების შებოჭვის ენერგიის შესახებ მონაცემებმა და ბირთვის წვეთოვანი მოდელის გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა გარკვეული კანონზომიერებების დადგენა ატომის ბირთვების სტრუქტურაში.

ატომური ბირთვების სტაბილურობის კრიტერიუმიარის თანაფარდობა პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობას შორის სტაბილურ ბირთვშიიზობარების მონაცემებისთვის (). მინიმალური ბირთვული ენერგიის პირობა იწვევს შემდეგ კავშირს შორის ზპირი და ა:

(9.2.6)

აიღეთ მთელი რიცხვი ზამ ფორმულით მიღებულ პირთან ყველაზე ახლოს.

მცირე და საშუალო ღირებულებებისთვის ანეიტრონების და პროტონების რაოდენობა სტაბილურ ბირთვებში დაახლოებით იგივეა: ზ ≈ ა – ზ.

ზრდასთან ერთად ზპროტონების კულონის მოგერიების ძალები პროპორციულად იზრდება ზ·( ზ – 1) ~ ზ 2 (პროტონების წყვილი ურთიერთქმედება), და ამ მოგერიების კომპენსაციისთვის ბირთვული მიზიდულობით, ნეიტრონების რაოდენობა უნდა გაიზარდოს უფრო სწრაფად, ვიდრე პროტონების რაოდენობა.

დემოს სანახავად დააწკაპუნეთ შესაბამის ჰიპერბმულზე:

სადაც m n არის წყალბადის ატომის მასა.

სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია E სცემს - ბირთვის შებოჭვის ენერგია 1 ნუკლეონზე:

გრაფიკიდან ჩანს, რომ დ.მენდელეევის ცხრილის შუა ნაწილის ელემენტების ბირთვებში მძიმე ბირთვების დაშლის რეაქცია, ასევე მსუბუქი ბირთვების (წყალბადის, ჰელიუმის) მძიმე ბირთვებში შერწყმის რეაქცია ენერგიულადაა. ხელსაყრელი რეაქციები, ვინაიდან მათ თან ახლავს უფრო სტაბილური ბირთვების წარმოქმნა (დიდი E sp-ით) და, შესაბამისად, მიმდინარეობს ენერგიის გამოყოფა (E > 0).