Нека започнем с факта, че всичко, което ни заобикаля, се състои от протони. Но малко хора биха проучили една интересна особеност, присъща на тях. Оказва се, че протонът, намиращ се в ядрото на водородния атом, има по-голяма маса от протона поотделно. Ето защо основната задача на изследването е да обясни този феномен.
Как протонът в ядрото на атома се различава от отделен протон? Очевидно е наличието на електрон в орбита. Нека съсредоточим вниманието си върху водородния атом.
Моделът на водородния атом се състои от ядро – протон и въртящ се в орбита електрон. Знаем, че ядрото на водородния атом има следната стойност на масата:
mH = 1.6740 * 10^-27 кг (1.1)
А отделен протон, от своя страна, има следната маса:
mp = 1.6726 * 10^-27 кг = 1.00728 а.е.м. (1.2)
Това поражда следния парадокс: протонът в ядрото на водороден атом има по-голяма маса от отделен протон. Нека се опитаме да разберем защо възниква такова противоречие в атомната физика. Дефектът на масата на водородния атом е отрицателен. Ако можем така да кажем, защото дефектът на масата не е напълно подходящ тук, това е просто разлика в масата.
Предположението е, че когато се разглежда протон в ядрото на атома, увеличаването на масата (енергията) се дължи на взаимодействие с електрона. Тоест, ако отрицателният дефект на масата на водородното ядро се умножи по скоростта на светлината на квадрат, тогава това ще бъде енергията, която ядрото изразходва за взаимодействие с електрона.
Масата на водороден атом има следната стойност:
mH* = 1.00784 а.е.м. (1.3)
А масата на електрона е равна на:
me = 9.1*10^-31 кг = 5.486 * 10^-4 а.е.м. (1.4)
Тогава, съставяйки напълно логичен израз (от (1.3), (1.4) и (1.1)): масата на атома би трябвало да е равна на сумата маси на ядрото и електрона – имаме:
mH* > mp + me (1.5)
Замествайки числови стойности, получаваме:
1.00782 а.е.м. > 1.00779 а.е.м. (1.6)
Масата на целия атом е по-голяма от масите на отделните елементи, което означава, че енергията на атома е по-голяма от енергията на отделен протон и електрон, взети заедно. Следователно, разликата между тези стойности се изразходва за взаимодействието на ядрото (протона) с електрона. Значи част от енергията отива за тяхното взаимодействие. Има следното значение:
Δm = 2.7 * 10^-5 а.е.м. (1.7)
Разликата в масата се дължи на взаимодействието на атомното ядро (протона) и електрона, но не говорим за електромагнитна природа, тъй като силите на Кулон няма да осигурят такава енергия. Това означава, че взаимодействието между протон в ядрото на атом и електрон не се дължи на кулонови сили. Ние разглеждаме кулоновите сили в рамките на класическата електродинамика, а там не може да има масови дефекти и разлики в енергиите. Кулонските сили не влияят на масата, следователно това явление трябва да се разглежда в рамките на квантовата механика. Класическата електродинамика тук не е приложима.
По този начин, обяснението на това явление е взаимодействието на ядрото на атома (протон) с електрон в орбита, но досега не можем да установим физическата природа на това взаимодействие, тъй като в квантовата механика днес знаем твърде малко за атомното ядро.
P.S.
Ако някой ще намери поне някаква статия, отговаряща на този въпрос, пратете линк в коментар, моля. Пишете мислите си по този въпрос!:smiley:
Как протонът в ядрото на атома се различава от отделен протон? Очевидно е наличието на електрон в орбита. Нека съсредоточим вниманието си върху водородния атом.
Моделът на водородния атом се състои от ядро – протон и въртящ се в орбита електрон. Знаем, че ядрото на водородния атом има следната стойност на масата:
mH = 1.6740 * 10^-27 кг (1.1)
А отделен протон, от своя страна, има следната маса:
mp = 1.6726 * 10^-27 кг = 1.00728 а.е.м. (1.2)
Това поражда следния парадокс: протонът в ядрото на водороден атом има по-голяма маса от отделен протон. Нека се опитаме да разберем защо възниква такова противоречие в атомната физика. Дефектът на масата на водородния атом е отрицателен. Ако можем така да кажем, защото дефектът на масата не е напълно подходящ тук, това е просто разлика в масата.
Предположението е, че когато се разглежда протон в ядрото на атома, увеличаването на масата (енергията) се дължи на взаимодействие с електрона. Тоест, ако отрицателният дефект на масата на водородното ядро се умножи по скоростта на светлината на квадрат, тогава това ще бъде енергията, която ядрото изразходва за взаимодействие с електрона.
Масата на водороден атом има следната стойност:
mH* = 1.00784 а.е.м. (1.3)
А масата на електрона е равна на:
me = 9.1*10^-31 кг = 5.486 * 10^-4 а.е.м. (1.4)
Тогава, съставяйки напълно логичен израз (от (1.3), (1.4) и (1.1)): масата на атома би трябвало да е равна на сумата маси на ядрото и електрона – имаме:
mH* > mp + me (1.5)
Замествайки числови стойности, получаваме:
1.00782 а.е.м. > 1.00779 а.е.м. (1.6)
Масата на целия атом е по-голяма от масите на отделните елементи, което означава, че енергията на атома е по-голяма от енергията на отделен протон и електрон, взети заедно. Следователно, разликата между тези стойности се изразходва за взаимодействието на ядрото (протона) с електрона. Значи част от енергията отива за тяхното взаимодействие. Има следното значение:
Δm = 2.7 * 10^-5 а.е.м. (1.7)
Разликата в масата се дължи на взаимодействието на атомното ядро (протона) и електрона, но не говорим за електромагнитна природа, тъй като силите на Кулон няма да осигурят такава енергия. Това означава, че взаимодействието между протон в ядрото на атом и електрон не се дължи на кулонови сили. Ние разглеждаме кулоновите сили в рамките на класическата електродинамика, а там не може да има масови дефекти и разлики в енергиите. Кулонските сили не влияят на масата, следователно това явление трябва да се разглежда в рамките на квантовата механика. Класическата електродинамика тук не е приложима.
По този начин, обяснението на това явление е взаимодействието на ядрото на атома (протон) с електрон в орбита, но досега не можем да установим физическата природа на това взаимодействие, тъй като в квантовата механика днес знаем твърде малко за атомното ядро.
P.S.
Ако някой ще намери поне някаква статия, отговаряща на този въпрос, пратете линк в коментар, моля. Пишете мислите си по този въпрос!:smiley: