Denna artikel, baserad på den eterodynamiska essensen av den elektriska laddningen och strukturerna hos elementarpartiklar, ger en beräkning av värdena för de elektriska laddningarna av protonen, elektronen och fotonen.

Falsk kunskap är farligare än okunnighet
J.B. Shaw

Introduktion. I modern fysik är elektrisk laddning en av de viktigaste egenskaperna och en integrerad egenskap hos elementarpartiklar. Från den elektriska laddningens fysiska väsen, definierad utifrån det eterodynamiska konceptet, följer ett antal egenskaper, såsom proportionaliteten av storleken på den elektriska laddningen till massan av dess bärare; elektrisk laddning kvantiseras inte utan överförs av kvanta (partiklar); storleken på den elektriska laddningen har ett bestämt tecken, det vill säga den är alltid positiv; som medför betydande restriktioner för elementarpartiklarnas natur. Nämligen: i naturen finns inga elementarpartiklar som inte har en elektrisk laddning; Storleken på den elektriska laddningen av elementarpartiklar är positiv och större än noll. Baserat på den fysiska essensen bestäms storleken på den elektriska laddningen av massan, hastigheten på flödet av etern som utgör elementarpartikelns struktur och deras geometriska parametrar. Den fysiska essensen av elektrisk laddning ( elektrisk laddning är ett mått på eterflödet) definierar otvetydigt den eterodynamiska modellen av elementarpartiklar, och eliminerar därigenom frågan om strukturen hos elementarpartiklar å ena sidan och indikerar inkonsekvensen av standard-, kvark- och andra modeller av elementarpartiklar å andra sidan.

Storleken på den elektriska laddningen bestämmer också intensiteten av den elektromagnetiska interaktionen mellan elementarpartiklar. Med hjälp av elektromagnetisk interaktion sker interaktionen av protoner och elektroner i atomer och molekyler. Således bestämmer elektromagnetisk interaktion möjligheten för ett stabilt tillstånd för sådana mikroskopiska system. Deras storlekar bestäms avsevärt av storleken på elektronens och protonens elektriska laddningar.

Den felaktiga tolkningen av egenskaper av modern fysik, såsom förekomsten av positiv och negativ, elementär, diskret, kvantiserad elektrisk laddning, etc., felaktig tolkning av experiment för att mäta storleken på elektrisk laddning ledde till ett antal grova fel i elementarpartiklar fysik (elektronens strukturlöshet, noll massa och laddning av en foton, existensen av en neutrino, likhet i absolutvärde av elektriska laddningar av en proton och elektron till en elementär).

Av ovanstående följer att den elektriska laddningen av elementarpartiklar i modern fysik är av avgörande betydelse för att förstå grunderna för mikrokosmos och kräver en balanserad och rimlig bedömning av deras värden.

Under naturliga förhållanden är protoner och elektroner i ett bundet tillstånd och bildar proton-elektronpar. Missförstånd av denna omständighet, liksom den felaktiga idén att laddningarna av en elektron och en proton är lika i absolut värde som de elementära, har lämnat modern fysik utan svar på frågan: vad är det verkliga värdet av de elektriska laddningarna av en proton, elektron och foton?

Elektrisk laddning av en proton och elektron. I sitt naturliga tillstånd existerar proton-elektronparet i form av det kemiska elementet väteatom. Enligt teorin: "Väteatomen är en irreducerbar strukturell enhet av materia, som leder Mendeleevs periodiska system. I detta avseende bör radien för väteatomen klassificeras som en fundamental konstant. ... Den beräknade Bohrradien är = 0,529 Å. Detta är viktigt eftersom det inte finns några direkta metoder för att mäta radien för en väteatom. ... Bohr-radien är radien för cirkeln i elektronens cirkulära bana, och den definieras i full överensstämmelse med den allmänt accepterade förståelsen av termen "radie".

Det är också känt att mätningar av protonradien utfördes med vanliga väteatomer, vilket ledde (CODATA -2014) till ett resultat på 0,8751 ± 0,0061 femtometer (1 fm = 10 −15 m).

För att uppskatta storleken på den elektriska laddningen av en proton (elektron) använder vi det allmänna uttrycket för elektrisk laddning:

q = (1/ k) 1/2 u r (ρ S) 1/2 , (1)

där k = 1 / 4πε 0 – proportionalitetskoefficient från uttrycket av Coulombs lag,

ε0 ≈ 8,85418781762039·10 −12 F m −1 – elektrisk konstant; u – hastighet, ρ – eterflödestäthet; S – tvärsnitt av protonkroppen (elektron).

Låt oss transformera uttryck (1) enligt följande

q = (1/ k) 1/2 u r (Fröken/ V) 1/2 ,

Var V = r S – kroppsvolym, m — massan av en elementarpartikel.

En proton och en elektron är duetoner: - en struktur som består av två torusformade kroppar sammankopplade av toris sidoytor, symmetriska i förhållande till delningsplanet, därför

q = (1/ k) 1/2 u r (m2 S T/2 V T) 1/2 ,

Var S T- sektion, r- längd, V T = r ST— torus volym.

q = (1/ k) 1/2 u r (mS T/ V T) 1/2 ,

q = (1/k) 1/2 u r (mS T/rS T) 1/2 ,

q = (1/ k) 1/2 u (herr) 1/2 . (2)

Uttryck (2) är en modifiering av uttryck (1) för den elektriska laddningen av en proton (elektron).

Låt R 2 = 0,2 R 1 , där R 1 är den yttre och R 2 de inre radierna av torus.

r= 2π 0,6 R 1 ,

den elektriska laddningen av en proton respektive elektron

q = ( 1/ k) 1/2 u (m 2π 0,6 R 1 ) 1/2 ,

q= (2π 0,6 / k) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 ,

q= 2π ( 1.2 ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2

q = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 (3)

Uttryck (3) är en form för att uttrycka storleken på den elektriska laddningen för en proton och en elektron.

På u = 3∙10 8 m / с – eterns andra ljudhastighet, uttryck 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u = 2.19 π( 8,85418781762 10 −12 F/m ) 1/2 3∙10 8 m / c = 0,6142∙ 10 4 m 1/2 F 1/2 s -1.

Låt oss anta att radien för protonen (elektronen) i strukturen som presenteras ovan är radien R 1 .

För en proton är det känt att m р = 1,672∙10 -27 kg, R 1 = r р = 0,8751∙10 -15 m, då

qR = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R 1 ) 1/2 = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 s -1 ] ∙ (1,672∙10 -27 [kg] ∙

0,8751∙10 -15 [m]) 1/2 = 0,743∙10 -17 Cl.

Alltså den elektriska laddningen av en proton qR= 0,743-10-17 Cl.

För en elektron är det känt att m e = 0,911∙10 -31 kg. För att bestämma elektronens radie, under antagandet att elektronens struktur liknar protonens struktur, och att eterflödestätheten i elektronens kropp också är lika med eterflödestätheten i protonens kropp, använder vi det kända förhållandet mellan protonens och elektronens massor, vilket är lika med

m r/m e = 1836,15.

Då r r/r e = (m r/m e) 1/3 = 1836,15 1/3 = 12,245, dvs. r e = r r /12,245.

Genom att ersätta data med elektronen i uttryck (3) får vi

q e = 0,6142∙10 4 [m 1/2 F 1/2 /s] ∙ (0,911∙10 -31 [kg] 0,8751∙10 -15 [m]/12,245) 1/2 =

0,157∙10-19 Cl.

Alltså den elektriska laddningen av en elektron qeh = 0,157∙10 -19 Cl.

Protonspecifik laddning

q р/m р = 0,743∙10-17 [C]/1,672∙10 -27 [kg] = 0,444∙1010 C/kg.

Specifik elektronladdning

q e/m e = 0,157∙10-19 [C]/0,911∙10 -31 [kg] = 0,172∙1012 C/kg.

De erhållna värdena för de elektriska laddningarna av protonen och elektronen är uppskattningar och har inte grundläggande status. Detta beror på det faktum att de geometriska och fysiska parametrarna för protonen och elektronen i proton-elektronparet är beroende av varandra och bestäms av platsen för proton-elektronparet i ämnets atom och regleras av lagen om bevarande av rörelsemängd. När radien för elektronens rörelsebana ändras, ändras protonens och elektronens massa och följaktligen rotationshastigheten runt sin egen rotationsaxel i enlighet med detta. Eftersom elektrisk laddning är proportionell mot massan, kommer en förändring i massan av en proton eller elektron följaktligen att leda till en förändring i deras elektriska laddningar.

Således, i alla atomer av ett ämne, skiljer sig de elektriska laddningarna av protoner och elektroner från varandra och har sin egen specifika betydelse, men till en första approximation kan deras värden uppskattas som värdena för den elektriska laddningen av väteatomens proton och elektron, definierad ovan. Dessutom indikerar denna omständighet att den elektriska laddningen av en atom av ett ämne är dess unika egenskap, som kan användas för att identifiera den.

Genom att känna till storleken på de elektriska laddningarna av en proton och elektron för en väteatom kan man uppskatta de elektromagnetiska krafterna som säkerställer väteatomens stabilitet.

Enligt den modifierade Coulombs lag, den elektriska attraktionskraften Fpr kommer att vara lika

Fpr = k (q 1 - q 2) 2 / r 2, på q 1 ≠ q 2,

där q 1 är den elektriska laddningen för en proton, q 2 är den elektriska laddningen för en elektron, r är atomens radie.

Fpr =(1/4πε 0)(q 1 - q 2) 2 / r 2 = (1/4π 8,85418781762039 10 −12 F m −1)

• (0,743∙10 -17 C - 0,157∙10 -19 C) 2 /(5,2917720859·10 −11 ) 2 = 0,1763·10 -3 N.

I en väteatom verkar en elektrisk (Coulomb) attraktionskraft lika med 0,1763·10 -3 N på en elektron. Eftersom väteatomen är i ett stabilt tillstånd är den magnetiska repulsiva kraften också lika med 0,1763·10 -3 N Som jämförelse ger all vetenskaplig och utbildningslitteratur en beräkning av kraften av elektrisk interaktion, till exempel, vilket ger resultatet 0,923·10 -7 N. Beräkningen i litteraturen är felaktig, eftersom den är baserad på de diskuterade felen ovan.

Modern fysik säger att den minsta energi som krävs för att avlägsna en elektron från en atom kallas joniseringsenergi eller bindningsenergi, som för en väteatom är 13,6 eV. Låt oss uppskatta bindningsenergin för en proton och en elektron i en väteatom baserat på de erhållna värdena för den elektriska laddningen av protonen och elektronen.

E St. = F pr ·r n = 0,1763·10 -3 · 6,24151·10 18 eV/m · 5,2917720859·10 −11 = 58271 eV.

Bindningsenergin för en proton och en elektron i en väteatom är 58,271 KeV.

Det erhållna resultatet indikerar felaktigheten i begreppet joniseringsenergi och felaktigheten i Bohrs andra postulat: " Ljusemission uppstår när en elektron övergår från ett stationärt tillstånd med högre energi till ett stationärt tillstånd med lägre energi. Energin hos den emitterade fotonen är lika med skillnaden mellan energierna i stationära tillstånd." I processen för excitation av ett proton-elektronpar under påverkan av yttre faktorer förskjuts (flyttas) elektronen från protonen med en viss mängd, vars maximala värde bestäms av joniseringsenergin. Efter att fotoner genererats av proton-elektronparet, återgår elektronen till sin tidigare bana.

Låt oss uppskatta storleken på den maximala elektronförskjutningen vid excitation av en väteatom med någon extern faktor med en energi på 13,6 eV.

Radien för väteatomen blir lika med 5,29523·10 −11, dvs den kommer att öka med cirka 0,065%.

Elektrisk laddning av en foton. Enligt det eterodynamiska konceptet är en foton: en elementarpartikel, som är en sluten toroidal virvel av förtätad eter med en ringrörelse av torus (som ett hjul) och en skruvrörelse inuti den, som utför translationell cykloidal rörelse (längs en skruvbana), orsakad av gyroskopiska moment i dess egen rotation och rotation längs en cirkulär bana och avsedd för energiöverföring .

Baserat på strukturen av fotonen som en toroidformad virvelkropp som rör sig längs en spiralformad bana, där r γ λ är den yttre radien, m γ λ är massan, ω γ λ är den naturliga rotationsfrekvensen, fotonens elektriska laddning kan representeras enligt följande.

För att förenkla beräkningar antar vi längden på eterflödet i fotonkroppen r = 2π r γ λ ,

u = ω γ λ r γ λ , r 0 λ = 0,2 r γ λ är fotonkroppens tvärsnittsradie.

q γ λ = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ 2πr γ λ (m λ /V · V/2πr γ λ) 1/2 = (1/k) 1/2 ω γ λ r γ λ (m λ 2πr γ λ) 1/2 =

= (4πε 0) 1/2 ω γ λ r γ λ (m λ 2πr γ λ) 1/2 = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ,) 1/2 λ

q γ λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ ) 1/2 . (4)

Uttryck (4) representerar fotonens egen elektriska laddning utan att ta hänsyn till rörelsen längs en cirkulär bana. Parametrarna ε 0, m λ, r γ λ är kvasikonstanta, dvs. variabler vars värden ändras obetydligt (bråkdelar av %) genom hela fotonens existensintervall (från infraröd till gamma). Detta betyder att fotonens egen elektriska laddning är en funktion av rotationsfrekvensen runt sin egen axel. Som visas i arbetet är förhållandet mellan frekvenserna för en gammafoton ω γ λ Г och en infraröd foton ω γ λ И av storleksordningen ω γ λ Г /ω γ λ И ≈ 1000, och värdet på foton' den egna elektriska laddningen förändras också i enlighet med detta. Under moderna förhållanden kan denna kvantitet inte mätas, och har därför endast teoretisk betydelse.

Enligt definitionen av en foton har den en komplex spiralformad rörelse, som kan brytas ner i rörelse längs en cirkulär bana och rätlinjig. För att uppskatta det totala värdet av fotonens elektriska laddning är det nödvändigt att ta hänsyn till rörelsen längs en cirkulär bana. I det här fallet visar sig fotonens egen elektriska laddning vara fördelad längs denna cirkulära bana. Med hänsyn till rörelseperiodiciteten, där steget i den spiralformade banan tolkas som fotonens våglängd, kan vi prata om beroendet av värdet av fotonens totala elektriska laddning på dess våglängd.

Av den elektriska laddningens fysiska väsen följer att storleken på den elektriska laddningen är proportionell mot dess massa, och därför till dess volym. Således är fotonens egen elektriska laddning proportionell mot fotonens egen kroppsvolym (V γ λ). På liknande sätt kommer den totala elektriska laddningen av en foton, med hänsyn till dess rörelse längs en cirkulär bana, att vara proportionell mot volymen (V λ) som kommer att bilda en foton som rör sig längs en cirkulär bana.

q λ = q γ λ V λ /V γ λ = q γ λ 2π 2 R λ r 2 γ λ /2π 2 Lr 3 γ λ = q γ λ R λ / L 2 r, γ λ

q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ . (5)

där L = r 0γλ /r γλ är fotonstrukturparametern, lika med förhållandet mellan tvärsnittsradien och fotonkroppens yttre radie (≈ 0,2), V T = 2π 2 R r 2 är torusens volym , R är radien för rotationscirkeln för toruscirkelns generatris; r är radien för toruscirkelns generatris.

q λ = q γ λ R λ / L 2 r γ λ = 2π(2ε 0) 1/2 ω γ λ (m λ r 3 γ λ) 1/2 R λ / L 2 r γ λ ,

q λ = 2 π (2 ε 0 ) 1/2 ω γ λ (m λ r γ λ ) 1/2 R λ / L 2 . (6)

Uttryck (6) representerar fotonens totala elektriska laddning. På grund av beroendet av den totala elektriska laddningen av fotonens geometriska parametrar, vars värden för närvarande är kända med ett stort fel, är det inte möjligt att erhålla det exakta värdet av den elektriska laddningen genom beräkning. Dess bedömning gör det dock möjligt för oss att dra ett antal betydelsefulla teoretiska och praktiska slutsatser.

För data från arbetet, dvs. vid λ = 225 nm, ω γ λ ≈ 6,6641·10 30 r/s,

m λ≈ 10 -40 kg, r γ λ ≈ 10 -20 m, R λ ≈ 0,179·10 -16 m, L≈ 0,2 får vi värdet på fotonens totala elektriska laddning:

q λ = 0, 786137 ·10 -19 Cl.

Det erhållna värdet av den totala elektriska laddningen av en foton med en våglängd på 225 nm överensstämmer väl med värdet uppmätt av R. Millikan (1.592·10 -19 C), som senare blev en fundamental konstant, med hänsyn tagen till faktumet att dess värde motsvarar den elektriska laddningen av två fotoner. Dubbla den beräknade elektriska laddningen av fotonen:

2q λ = 1,57227·10 -19 Cl,

i International System of Units (SI) är den elementära elektriska laddningen lika med 1,602 176 6208(98) 10 −19 C. Det fördubblade värdet av den elementära elektriska laddningen beror på att proton-elektronparet, på grund av sin symmetri, alltid genererar två fotoner. Denna omständighet bekräftas experimentellt av förekomsten av en sådan process som förintelsen av ett elektron-positron-par, dvs. i processen för ömsesidig förstörelse av en elektron och en positron har två fotoner tid att genereras, liksom förekomsten av sådana välkända enheter som fotomultiplikatorer och lasrar.

Slutsatser. Så i detta arbete visas att elektrisk laddning är en grundläggande egenskap hos naturen, som spelar en viktig roll för att förstå essensen av elementarpartiklar, atomer och andra strukturer i mikrovärlden.

Den eterdynamiska essensen av den elektriska laddningen tillåter oss att tillhandahålla en motivering för tolkningen av strukturerna, egenskaperna och parametrarna hos elementarpartiklar som skiljer sig från de som är kända för modern fysik.

Baserat på den eterdynamiska modellen av väteatomen och den fysiska essensen av den elektriska laddningen, ges beräknade uppskattningar av de elektriska laddningarna av protonen, elektronen och fotonen.

Data för protonen och elektronen, på grund av bristen på experimentell bekräftelse för tillfället, är teoretisk till sin natur, men med hänsyn till felet kan de användas både i teorin och i praktiken.

Data för fotonen stämmer väl överens med resultaten av kända experiment för att mäta storleken på den elektriska laddningen och motiverar den felaktiga representationen av den elementära elektriska laddningen.

Litteratur:

1. Lyamin V. S., Lyamin D. V. Fysisk essens av elektrisk laddning.
2. Kasterin N. P. Generalisering av de grundläggande ekvationerna för aerodynamik och elektrodynamik
   (Aerodynamisk del). Problems of Physical hydrodynamics / Artikelsamling utg. Akademiker vid Vetenskapsakademin i BSSR A.V. Lykova. – Minsk: Institutet för värme och massöverföring vid BSSR:s vetenskapsakademi, 1971, sid. 268 – 308.
3. Atsyukovsky V.A. Allmän eterdynamik. Modellering av materiens och fältens strukturer utifrån konceptet gasliknande eter. Andra upplagan. M.: Energoatomizdat, 2003. 584 sid.
4. Emelyanov V. M. Standardmodell och dess förlängningar. - M.: Fizmatlit, 2007. - 584 sid.
5. Stäng F. Introduktion till kvarkar och partoner. - M.: Mir, 1982. - 438 sid.
6. Akhiezer A I, Rekalo M P "Elektrisk laddning av elementära partiklar" UFN 114 487–508 (1974).
.
7. Fysisk uppslagsverk. I 5 volymer. - M.: Sovjetiskt uppslagsverk. Chefredaktör A. M. Prokhorov. 1988.

Lyamin V.S. , Lyamin D.V. Lvov

Kapitel 2. Elektriskt fält och el

§ 2.1. Begreppet elektriskt fält. Oförstörbarhet av fältmateria

§ 2.2. Elektriska laddningar och fält. Omedveten tautologi

§ 2.3. Förflyttning av laddningar och förflyttning av fält. Elektriska strömmar

§ 2.4. Dielektrikum och deras grundläggande egenskaper. Världens bästa dielektrikum

§ 2.5. Konduktörer och deras egenskaper. Den minsta konduktören

§ 2.6. Enkla och fantastiska experiment med elektricitet

Kapitel 3. Magnetfält och magnetism

§ 3.1. Magnetfält som ett resultat av rörelsen av ett elektriskt fält. Egenskaper för magnetfältet.

§ 3.2. Magnetisk induktionsvektorflöde och Gauss sats

§ 3.3. Materiens magnetiska egenskaper. Det mest icke-magnetiska ämnet

§ 3.4. Arbetet med att flytta en strömförande ledare i ett magnetfält. Magnetfältsenergi

§ 3.5. Paradoxer i magnetfältet

Kapitel 4. Elektromagnetisk induktion och självinduktion

§ 4.1. Faradays lag om elektromagnetisk induktion och dess mystik

§ 4.2. Induktans och självinduktion

§ 4.3. Fenomen av induktion och självinduktion av en rak tråd

§ 4.4. Avmystifiera Faradays induktionslag

§ 4.5. Ett specialfall av ömsesidig induktion av en oändlig rak tråd och en ram

§ 4.6. Enkla och fantastiska experiment med induktion

Kapitel 5. Tröghet som en manifestation av elektromagnetisk induktion. Massa av kroppar

§ 5.1. Grundläggande begrepp och kategorier

§ 5.2. Elementär laddningsmodell

§ 5.3. Induktans och kapacitans för en modell av elementär laddning

§ 5.4. Härledning av uttrycket för elektronmassan från energiöverväganden

§ 5.5. EMF för självinduktion av växelkonvektionsström och tröghetsmassa

§ 5.6. Den osynliga deltagaren, eller återupplivandet av Mach-principen

§ 5.7. Ytterligare en minskning av enheter

§ 5.8. Energi hos en laddad kondensator, "elektrostatisk" massa och

§ 5.9. Elektromagnetisk massa i elektrodynamik av A. Sommerfeld och R. Feynman

§ 5.10. Självinduktans av en elektron som kinetisk induktans

§ 5.11. Om protonmassan och återigen om tänkandets tröghet

§ 5.12. Är det en konduktör?

§ 5.13. Hur viktig är formen?

§ 5.14. Ömsesidig och självinduktion av partiklar som grund för all ömsesidig och självinduktion i allmänhet

Kapitel 6. Elektriska egenskaper hos världsmiljön

§ 6.1. En kort historia om tomhet

§ 6.2. Global miljö och psykologisk tröghet

§ 6.3. Fast etablerade vakuumegenskaper

§ 6.4. Möjliga egenskaper hos vakuum. Platser för stängningar

§ 7.1. Introduktion till problemet

§ 7.3. Interaktion av en sfärisk laddning med en accelererat fallande eter

§ 7.4. Mekanismen för accelererad rörelse av etern nära laddningar och massor

§ 7.5. Några numeriska samband

§ 7.6. Härledning av ekvivalensprincipen och Newtons gravitationslag

§ 7.7. Vad har den angivna teorin med generell relativitet att göra?

Kapitel 8. Elektromagnetiska vågor

§ 8.1. Svängningar och vågor. Resonans. Allmän information

§ 8.2. Struktur och grundläggande egenskaper hos en elektromagnetisk våg

§ 8.3. Paradoxer av den elektromagnetiska vågen

§ 8.4. Flygande staket och gråhåriga professorer

§ 8.5. Så det här är inte en våg.... Var är vågen?

§ 8.6. Emission av icke-vågor.

Kapitel 9. Elementära avgifter. Elektron och proton

§ 9.1. Elektromagnetisk massa och laddning. Fråga om kärnan i laddning

§ 9.2. Konstiga strömmar och konstiga vågor. Platt elektron

§ 9.3. Coulombs lag som en konsekvens av Faradays induktionslag

§ 9.4. Varför är alla elementära laddningar lika stora?

§ 9.5. Mjuk och trögflytande. Strålning under acceleration. Elementär laddningsacceleration

§ 9.6. Talet "pi" eller egenskaper hos elektronen som du glömde tänka på

§ 9.7. "Relativistisk" massa av en elektron och andra laddade partiklar. Förklaring av Kaufmans experiment utifrån laddningarnas natur

Kapitel 10. Icke-elementära partiklar. Neutron. Massdefekt

§ 10.1. Ömsesidig induktion av elementära laddningar och massdefekt

§ 10.2. Energi för attraktion av partiklar

§ 10.3. Antipartiklar

§ 10.4. Den enklaste modellen av en neutron

§ 10.5. Mysteriet med kärnkrafter

Kapitel 11. Väteatomen och materiens struktur

§ 11.1. Den enklaste modellen av väteatomen. Har allt studerats?

§ 11.2. Bohrs postulat, kvantmekanik och sunt förnuft

§ 11.3. Induktionskorrigering till bindningsenergi

§ 11.4. Med hänsyn till kärnmassans ändlighet

§ 11.5. Beräkning av korrigeringsvärdet och beräkning av det exakta joniseringsenergivärdet

§ 11.6. Alfa och konstiga tillfälligheter

§ 11.7. Mystisk hydridjon och sex procent

Kapitel 12. Några frågor om radioteknik

§ 12.1. Koncentrerad och ensam reaktivitet

§ 12.2. Den vanliga resonansen och inget mer. Drift av enkla antenner

§ 12.3. Det finns inga mottagningsantenner. Supraledning i mottagaren

§ 12.4. Korrekt förkortning leder till förtjockning

§ 12.5. Om det obefintliga och onödiga. EZ, EH och Korobeinikov banker

§ 12.6. Enkla experiment

Ansökan

P1. Konvektionsströmmar och elementarpartiklars rörelse

P2. Elektron tröghet

P3. Rödväxling under acceleration. Experimentera

P4. "Tvärgående" frekvensförskjutning i optik och akustik

P5. Rörligt fält. Enhet och experiment

P6. Allvar? Det är väldigt enkelt!

Fullständig lista över begagnad litteratur

Efterord

Kapitel 9. Elementära avgifter. Elektron och proton

§ 9.1. Elektromagnetisk massa och laddning. Fråga om kärnan i laddning

I kapitel 5 tog vi reda på tröghetsmekanismen, förklarade vad "tröghetsmassa" är och vilka elektriska fenomen och egenskaper hos elementära laddningar som bestämmer den. I kapitel 7 gjorde vi samma sak för fenomenet gravitation och "gravitationsmassa". Det visade sig att både trögheten och gravitationen hos kroppar bestäms av den geometriska storleken på elementarpartiklar och deras laddning. Eftersom geometrisk storlek är ett välkänt begrepp, baseras sådana grundläggande fenomen som tröghet och gravitation på endast en föga studerad enhet - "laddning". Fram till nu är begreppet "laddning" mystiskt och nästan mystiskt. Till en början sysslade forskare endast med makroskopiska laddningar, d.v.s. laddningar av makroskopiska kroppar. I början av studiet av elektricitet i vetenskapen användes idéer om osynliga "elektriska vätskor", vars överskott eller brist leder till elektrifiering av kroppar. Länge handlade debatten bara om det var en vätska eller två av dem: positiva och negativa. Sedan fick de reda på att det finns "elementära" laddningsbärare, elektroner och joniserade atomer, d.v.s. atomer med ett överskott av elektron eller en saknad elektron. Ännu senare upptäcktes de "mest elementära" positiva laddningsbärarna – protoner –. Sedan visade det sig att det finns många "elementära" partiklar och många av dem har en elektrisk laddning, och vad gäller storleken är denna laddning alltid

är en multipel av någon minsta detekterbar del av laddningen q 0 ≈ 1,602 10−19 C. Detta

delen kallades "elementär laddning". Laddningen bestämmer i vilken utsträckning en kropp deltar i elektriska interaktioner och i synnerhet elektrostatiska interaktioner. Hittills finns det ingen begriplig förklaring av vad en elementär laddning är. Varje resonemang om ämnet att en laddning består av andra laddningar (till exempel kvarkar med fraktionerad laddningsvärden) är inte en förklaring, utan en skolastisk "suddighet" av frågan.

Låt oss försöka tänka på avgifter själva med hjälp av det vi redan har fastställt tidigare. Låt oss komma ihåg att den huvudsakliga lagen som fastställts för laddningar är Coulombs lag: kraften i växelverkan mellan två laddade kroppar är direkt proportionell mot produkten av storleken på deras laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Det visar sig att om vi härleder Coulombs lag från några specifika redan studerade fysiska mekanismer, kommer vi därmed att ta ett steg för att förstå kärnan i laddningar. Vi har redan sagt att elementära laddningar, när det gäller interaktion med omvärlden, helt bestäms av deras elektriska fält: dess struktur och dess rörelse. Och de sa att efter förklaringen av tröghet och gravitation fanns det ingenting kvar i elementära laddningar förutom ett rörligt elektriskt fält. Och det elektriska fältet är inget annat än de störda tillstånden vakuum, eter, plenum. Nåväl, låt oss vara konsekventa och försöka reducera elektronen och dess laddning till ett rörligt fält! Vi gissade redan i kapitel 5 att en proton är helt lik en elektron, förutom tecknet på dess laddning och dess geometriska storlek. Om vi, genom att reducera elektronen till ett rörligt fält, ser att vi kan förklara både laddningens tecken och oberoendet av mängden partiklars laddning av storlek, så kommer vår uppgift att slutföras, åtminstone till en första approximation.

§ 9.2. Konstiga strömmar och konstiga vågor. Platt elektron

Låt oss först betrakta en extremt förenklad modellsituation (Fig. 9.1) av en ringladdning som rör sig längs en cirkulär bana med radie r 0 . Och låt honom i allmänhet

elektriskt neutral, dvs. i dess mitt finns en laddning av motsatt tecken. Detta är den så kallade "platta elektronen". Vi påstår inte att det är vad en riktig elektron är, vi försöker bara förstå för tillfället om det är möjligt att få ett elektriskt neutralt föremål som motsvarar en fri elementär laddning i ett platt, tvådimensionellt fall. Låt oss försöka skapa vår laddning från de tillhörande laddningarna av etern (vakuum, plenum). Låt för visshetens skull laddningen av ringen vara negativ och ringen rör sig medurs (fig. 9.1). I detta fall flyter strömmen I t moturs. Låt oss välja små

element i ringladdningen dq och tilldela den en liten längd dl. Det är uppenbart att elementet dq vid varje tidpunkt rör sig med tangentiell hastighet v t och normal acceleration a n. Med en sådan rörelse kan vi associera den totala strömmen för elementet dI -

vektorkvantitet. Detta värde kan representeras som en konstant tangentiell ström dI t, som ständigt "vrider" sin riktning med flödet

tiden, det vill säga accelereras. Det vill säga att ha normal acceleration dI&n. Svårighet

ytterligare övervägande beror på att vi hittills inom fysiken främst har övervägt växelströmmar vars acceleration legat på samma räta linje med själva strömriktningen. I det här fallet är situationen annorlunda: strömmen vinkelrät till dess acceleration. Och vad? Ogiltigförklarar detta tidigare fast etablerade fysiklagar?

Ris. 9.1. Ringström och dess kraftpåverkan på testladdningen

Precis som dess magnetfält är associerat med den elementära strömmen själv (enligt Biot-Savart-Laplace-lagen), så är accelerationen av den elementära strömmen associerad med det elektriska induktionsfältet, som vi visade i tidigare kapitel. Dessa fält utövar en kraftpåverkan F på den externa laddningen q (Fig. 9.1). Eftersom radien r 0 är ändlig, så är åtgärderna

De elementära strömmarna i den högra (enligt figuren) halvan av ringen kan inte helt kompenseras av den motsatta effekten av de elementära strömmarna i den vänstra halvan.

Således måste mellan ringströmmen I och den externa testladdningen q

kraftsamverkan uppstår.

Som ett resultat fann vi att vi spekulativt kan skapa ett objekt som i sin helhet kommer att vara helt elektriskt neutralt till sin konstruktion, men som innehåller en ringström. Vad är en ringström i ett vakuum? Detta är förspänningsströmmen. Vi kan föreställa oss det som en cirkulär rörelse av tillhörande negativa (eller vice versa - positiva) vakuumladdningar med hela resten av de motsatta laddningarna placerade

V Centrum. Det kan också föreställas som en gemensam cirkulär rörelse av positiva och negativa bundna laddningar, men med olika hastigheter, eller längs olika radier eller

V olika sidor... I slutändan, oavsett hur vi ser på situationen så kommer det att bli det

reducera till ett roterande elektriskt fält E, sluten i en cirkel . Detta skapar ett magnetfält B, förknippas med det faktum att strömmar flyter och ytterligare, inte begränsat cr på hem elektriskt fält Eind , på grund av att dessa strömmar accelererad.

Det är precis vad vi observerar nära verkliga elementära laddningar (till exempel elektroner)! Här är vår fenomenologi med den så kallade "elektrostatiska" interaktionen. Gratis laddningar (med bråktal eller andra laddningsvärden) krävs inte för att bygga en elektron. Det räcker bara bundna vakuumladdningar! Kom ihåg att enligt moderna begrepp består en foton också av ett rörligt elektriskt fält och är i allmänhet elektriskt neutral. Om en foton "böjs" till en ring, kommer den att ha en laddning, eftersom dess elektriska fält nu inte kommer att röra sig rätlinjigt och likformigt, utan accelereras. Nu är det klart hur laddningar av olika tecken bildas: om fältet E i "ringmodellen" (fig. 9.1) är riktat från mitten till partikelns periferi, så är laddningen av ett tecken, om vice versa , sedan av den andra. Om vi ​​öppnar en elektron (eller positron) skapar vi en foton. I verkligheten, på grund av behovet av att bevara vinkelmomentum, för att förvandla en laddning till en foton, måste du ta två motsatta laddningar, föra dem samman och i slutändan få två elektriskt neutrala fotoner. Detta fenomen (förintelsereaktion) observeras faktiskt i experiment. Så det är vad en avgift är - det är det det elektriska fältets vridmoment! Därefter kommer vi att försöka göra formler och beräkningar och härleda Coulombs lag från induktionslagarna som tillämpas på fallet med växelström.

§ 9.3. Coulombs lag som en konsekvens av Faradays induktionslag

Låt oss visa att i en tvådimensionell (platt) approximation är en elektron i elektrostatisk mening ekvivalent med en ströms cirkulära rörelse, som är lika stor som laddningsströmmen q 0 som rör sig längs en radie r 0 med en hastighet lika med ljusets hastighet c .

För att göra detta delar vi upp den totala cirkulära strömmen I (Fig. 9.1) i elementära strömmar Idl, beräknar dE ind verkande vid den punkt där testladdningen q är belägen och integrerar över ringen.

Så strömmen som flyter i vårt fall genom ringen är lika med:

(9.1) I = qo v = qoc. 2 π r 0 2 π r 0

Eftersom denna ström är kurvlinjär, det vill säga accelererad, är den det

variabler:

I. Misyuchenko								Guds sista hemlighet
			dt 2 π r				2πr

där a är den centripetalacceleration som varje strömelement upplever när de rör sig i en cirkel med hastigheten c.

Genom att ersätta det uttryck som är känt från kinematik för acceleration a = c 2 får vi: r 0

					q0 c2
			2πr		2 π r 2

Det är tydligt att derivatan för det aktuella elementet kommer att uttryckas med formeln:

					dl =	q0 c2	dl.
				2πr		2 π r 2

Som följer av Biot-Savart-Laplace-lagen skapar varje strömelement Idl ett "elementärt" magnetfält vid den punkt där testladdningen är belägen:

(9,5) dB =			I[ dl , rr ]

Från kapitel 4 är det känt att det växelmagnetiska fältet hos en elementär ström genererar ett elektriskt:

(9.6) dE r = v r B dB r =						μ 0
							I[dl,r]

Låt oss nu ersätta värdet av derivatan av den elementära cirkulära strömmen från (9.4) i detta uttryck:

									dl sin(β)
		dE =
						2 π r 2

Det återstår att integrera dessa elementära elektriska fältstyrkor längs den nuvarande konturen, det vill säga över all dl som vi har identifierat på cirkeln:

				q0 c2	sin(β)				r 2 ∫	sin(β)
	E = ∫ dE = ∫ 8 π			2 π r 2		dl =	16 π 2 ε				dl.

Det är lätt att se (fig. 9.1) att integration över vinklar ger:

(9.9) ∫	sin(β)				4 π r 2
		dl = 2 π r0	r 2 0		r 2 0 .

Följaktligen kommer det totala värdet av den elektriska fältstyrkan för induktion E ind från vår kurvlinjära ström vid den punkt där testladdningen är belägen att vara lika.

Fram till början av 1900-talet trodde forskare att en atom var den minsta odelbara partikeln av materia, men detta visade sig vara fel. Faktum är att i centrum av atomen är dess kärna med positivt laddade protoner och neutrala neutroner, och negativt laddade elektroner roterar i orbitaler runt kärnan (denna modell av atomen föreslogs 1911 av E. Rutherford). Det är anmärkningsvärt att massorna av protoner och neutroner är nästan lika, men massan av en elektron är cirka 2000 gånger mindre.

Även om en atom innehåller både positivt och negativt laddade partiklar, är dess laddning neutral, eftersom en atom har samma antal protoner och elektroner, och olika laddade partiklar neutraliserar varandra.

Senare upptäckte forskare att elektroner och protoner har samma mängd laddning, lika med 1,6 10 -19 C (C är en coulomb, en enhet av elektrisk laddning i SI-systemet.

Har du någonsin tänkt på frågan - vilket antal elektroner motsvarar en laddning på 1 C?

1/(1,6·10 -19) = 6,25·10 18 elektroner

Elkraft

Elektriska laddningar påverkar varandra, vilket visar sig i formen elektrisk kraft.

Om en kropp har ett överskott av elektroner kommer den att ha en total negativ elektrisk laddning, och vice versa - om det finns en brist på elektroner kommer kroppen att ha en total positiv laddning.

I analogi med magnetiska krafter, när lika laddade poler stöter bort och motsatt laddade poler attraherar, beter sig elektriska laddningar på ett liknande sätt. Men inom fysiken är det inte tillräckligt att bara prata om polariteten hos en elektrisk laddning, dess numeriska värde är viktigt.

För att ta reda på storleken på kraften som verkar mellan laddade kroppar är det nödvändigt att veta inte bara storleken på laddningarna utan också avståndet mellan dem. Den universella gravitationskraften har redan övervägts tidigare: F = (Gm 1 m 2)/R 2

• m 1, m 2- kroppsmassor;
• R- avståndet mellan kropparnas centra;
• G = 6,67 10-11 Nm2/kg- universell gravitationskonstant.

Som ett resultat av laboratorieexperiment härledde fysiker en liknande formel för växelverkan mellan elektriska laddningar, som kallades Coulombs lag:

F = kq 1 q 2 /r 2

• q 1, q 2 - interagerande laddningar, mätt i C;
• r är avståndet mellan laddningar;
• k - proportionalitetskoefficient ( SI: k=8,99·109 Nm2Cl2; SSSE: k=1).

• k=1/(4πε 0).
• ε 0 ≈8,85·10 -12 C2N -1 m -2 - elektrisk konstant.

Enligt Coulombs lag, om två laddningar har samma tecken, så är kraften F som verkar mellan dem positiv (laddningarna stöter bort varandra); om laddningarna har motsatta tecken är den verkande kraften negativ (laddningar attraherar varandra).

Hur enorm kraften hos en laddning på 1 C är kan bedömas med Coulombs lag. Till exempel, om vi antar att två laddningar, vardera 1 C, är placerade på ett avstånd av 10 meter från varandra, kommer de att stöta bort varandra med kraft:

F = kq 1 q2/r2 F = (8,99 10 9) 1 1/(10 2) = -8,99 10 7 N

Detta är en ganska stor kraft, ungefär jämförbar med en massa på 5600 ton.

Låt oss nu använda Coulombs lag för att ta reda på med vilken linjär hastighet elektronen roterar i en väteatom, förutsatt att den rör sig i en cirkulär bana.

Enligt Coulombs lag kan den elektrostatiska kraften som verkar på en elektron likställas med centripetalkraften:

F = kq 1 q2/r2 = mv2/r

Med hänsyn till det faktum att elektronens massa är 9,1·10 -31 kg, och radien för dess omloppsbana = 5,29·10 -11 m, får vi värdet 8,22·10 -8 N.

Nu kan vi hitta elektronens linjära hastighet:

8,22·10 -8 = (9,1·10 -31)v 2 /(5,29·10 -11) v = 2,19·10 6 m/s

Således roterar väteatomens elektron runt dess centrum med en hastighet av cirka 7,88 miljoner km/h.

En atom är den minsta partikeln av ett kemiskt element som behåller alla sina kemiska egenskaper. En atom består av en kärna, som har en positiv elektrisk laddning, och negativt laddade elektroner. Laddningen av kärnan av något kemiskt element är lika med produkten av Z och e, där Z är serienumret för detta element i det periodiska systemet av kemiska element, e är värdet av den elementära elektriska laddningen.

Elektronär den minsta partikeln av ett ämne med en negativ elektrisk laddning e=1,6·10 -19 coulombs, taget som en elementär elektrisk laddning. Elektroner, som roterar runt kärnan, finns i elektronskalen K, L, M etc. K är skalet närmast kärnan. Storleken på en atom bestäms av storleken på dess elektronskal. En atom kan förlora elektroner och bli en positiv jon eller få elektroner och bli en negativ jon. Laddningen av en jon bestämmer antalet elektroner som förloras eller vinner. Processen att förvandla en neutral atom till en laddad jon kallas jonisering.

Atomkärna(den centrala delen av atomen) består av elementära kärnpartiklar - protoner och neutroner. Kärnans radie är ungefär hundra tusen gånger mindre än atomens radie. Atomkärnans täthet är extremt hög. Protoner- dessa är stabila elementarpartiklar med en enda positiv elektrisk laddning och en massa som är 1836 gånger större än en elektrons massa. En proton är kärnan i en atom av det lättaste grundämnet, väte. Antalet protoner i kärnan är Z. Neutronär en neutral (utan elektrisk laddning) elementarpartikel med en massa mycket nära en protons massa. Eftersom massan av kärnan består av massan av protoner och neutroner, är antalet neutroner i en atoms kärna lika med A - Z, där A är masstalet för en given isotop (se). Protonen och neutronen som utgör kärnan kallas nukleoner. I kärnan är nukleoner förbundna med speciella kärnkrafter.

Atomkärnan innehåller en enorm reserv av energi, som frigörs vid kärnreaktioner. Kärnreaktioner inträffar när atomkärnor interagerar med elementarpartiklar eller med kärnor av andra element. Som ett resultat av kärnreaktioner bildas nya kärnor. Till exempel kan en neutron omvandlas till en proton. I detta fall stöts en beta-partikel, det vill säga en elektron, ut från kärnan.

Övergången av en proton till en neutron i kärnan kan utföras på två sätt: antingen emitteras en partikel med en massa lika med elektronens massa, men med en positiv laddning, kallad en positron (positronsönderfall), från kärnan, eller så fångar kärnan en av elektronerna från K-skalet närmast den (K -capture).

Ibland har den resulterande kärnan ett överskott av energi (är i ett exciterat tillstånd) och släpper vid återgång till det normala tillståndet överskottsenergi i form av elektromagnetisk strålning med en mycket kort våglängd - . Den energi som frigörs vid kärnreaktioner används praktiskt taget inom olika industrier.

En atom (grekiska atomos - odelbar) är den minsta partikeln av ett kemiskt grundämne som har sina kemiska egenskaper. Varje grundämne är uppbyggt av en specifik typ av atom. Atomen består av en kärna, som bär en positiv elektrisk laddning, och negativt laddade elektroner (se), som bildar dess elektronskal. Storleken på kärnans elektriska laddning är lika med Z-e, där e är den elementära elektriska laddningen lika stor som elektronens laddning (4,8·10 -10 elektriska enheter), och Z är atomnumret för detta element i det periodiska systemet för kemiska grundämnen (se .). Eftersom en icke-joniserad atom är neutral är antalet elektroner som ingår i den också lika med Z. Kärnans sammansättning (se Atomkärnan) inkluderar nukleoner, elementarpartiklar med en massa som är ungefär 1840 gånger större än elektronens massa (lika med 9,1 10 - 28 g), protoner (se), positivt laddade och neutroner utan laddning (se). Antalet nukleoner i kärnan kallas masstalet och betecknas med bokstaven A. Antalet protoner i kärnan, lika med Z, bestämmer antalet elektroner som kommer in i atomen, strukturen på elektronskalen och kemikalien atomens egenskaper. Antalet neutroner i kärnan är A-Z. Isotoper är varianter av samma grundämne, vars atomer skiljer sig från varandra i massnummer A, men har samma Z. I kärnorna av atomer av olika isotoper av samma grundämne finns det alltså olika antal neutroner med samma antal protoner. När man betecknar isotoper skrivs masstalet A ovanför grundämnessymbolen, och atomnumret nedan; till exempel är isotoper av syre betecknade:

Dimensionerna för en atom bestäms av dimensionerna på elektronskalen och är för alla Z ett värde i storleksordningen 10 -8 cm Eftersom massan av alla elektroner i en atom är flera tusen gånger mindre än massan av kärnan , atomens massa är proportionell mot masstalet. Den relativa massan av en atom i en given isotop bestäms i förhållande till massan av en atom i kolisotopen C12, taget som 12 enheter, och kallas isotopmassan. Det visar sig vara nära masstalet för motsvarande isotop. Den relativa vikten av en atom av ett kemiskt element är medelvärdet (med hänsyn tagen till den relativa förekomsten av isotoper av ett givet element) värdet av isotopvikten och kallas atomvikt (massa).

Atomen är ett mikroskopiskt system, och dess struktur och egenskaper kan endast förklaras med hjälp av kvantteori, skapad huvudsakligen på 1900-talets 20-tal och avsedd att beskriva fenomen på atomär skala. Experiment har visat att mikropartiklar - elektroner, protoner, atomer etc. - förutom korpuskulära, har vågegenskaper, manifesterade i diffraktion och interferens. I kvantteorin, för att beskriva tillståndet för mikroobjekt, används ett visst vågfält, kännetecknat av en vågfunktion (Ψ-funktion). Denna funktion bestämmer sannolikheterna för ett mikroobjekts möjliga tillstånd, d.v.s. karakteriserar de potentiella möjligheterna för manifestationen av vissa av dess egenskaper. Variationslagen för funktionen Ψ i rum och tid (Schrodingers ekvation), som gör att man kan hitta denna funktion, spelar samma roll i kvantteorin som Newtons rörelselagar i klassisk mekanik. Att lösa Schrödinger-ekvationen leder i många fall till diskreta möjliga tillstånd i systemet. Så, till exempel, i fallet med en atom, erhålls en serie vågfunktioner för elektroner som motsvarar olika (kvantiserade) energivärden. Systemet med atomenerginivåer, beräknat med kvantteorin metoder, har fått lysande bekräftelse inom spektroskopi. Övergången av en atom från grundtillståndet motsvarande den lägsta energinivån E 0 till något av de exciterade tillstånden E i sker vid absorption av en viss del av energin E i - E 0 . En exciterad atom går till ett mindre exciterat eller grundtillstånd, vanligtvis genom att sända ut en foton. I detta fall är fotonenergin hv lika med skillnaden i atomens energier i två tillstånd: hv = E i - Ek k där h är Plancks konstant (6,62·10 -27 erg·sek), v är frekvensen av ljus.

Förutom atomspektra gjorde kvantteorin det möjligt att förklara andra egenskaper hos atomer. I synnerhet förklarades valens, kemiska bindningars natur och molekylers struktur, och teorin om grundämnenas periodiska system skapades.