Характеристика атома субатомные частицы кратко
Обновлено: 02.07.2024
Частицы, из которых состоят атомы, можно представлять себе по-разному – например, в виде круглых пылинок. Они настолько малы, что каждую такую пылинку невозможно рассмотреть в отдельности. Все вещество, которое находится в окружающем мире, состоит из таких частиц. Что же представляют собой те частицы, из которых состоят атомы?
Определение
Количество же тех субатомных частиц, которые живут относительно недолго, на сегодняшний день исчисляется сотнями. Их число настолько велико, что ученые уже не используют обычных названий для их обозначения. Как и звездам, им нередко присваиваются числовые и буквенные обозначения.
Основные характеристики
Исследования частиц
Атом считался неделимым – до тех пор, пока не было открыто его строение. Приблизительно столетие назад Резерфорд произвел свои знаменитые опыты, заключавшиеся в бомбардировании тонкого листа потоком альфа-частиц. Выяснилось, что атомы вещества являются практически пустыми. А в центре атома находится все то, что мы называем ядром атома – оно приблизительно в тысячу раз меньше самого атома. На тот момент ученые считали, что атом состоит из двух типов частиц – ядра и электронов.
Со временем у ученых возник вопрос: почему протон, электрон и позитрон держатся вместе, и не распадаются в разные стороны под воздействием кулоновских сил? А также для ученых того времени оставалось неясным: если эти частицы являются элементарными, то с ними ничего не может произойти, и они должны жить вечно.
С развитием квантовой физики исследователи выяснили, что нейтрон подвержен распаду, и при этом достаточно быстрому. Он распадается на протон, электрон и еще нечто, что невозможно было уловить. Последнее было замечено по недостатку энергии. Тогда ученые предполагали, что список элементарных частиц исчерпан, однако теперь известно, что это далеко не так. Была открыта новая частица под названием нейтрино. Она не несет никакого электрического заряда и обладает чрезвычайно малой массой.
Нейтрон
Нейтрон – субатомная частица, которая обладает нейтральным электрическим зарядом. Ее масса практически в 2 тысячи раз превышает массу электрона. Так как нейтроны относятся к классу нейтральных частиц, то взаимодействуют они непосредственно с ядрами атомов, а не с их электронными оболочками. Также у нейтронов имеется магнитный момент, позволяющий ученым исследовать микроскопическую магнитную структуру вещества. Нейтронное излучение является безвредным даже для биологических организмов.
Субатомная частица – протон
Электрон
Зачем нужно изучать элементарные частицы?
Самый простой ответ на вопрос о том, зачем ученым необходимо знание о субатомных частицах, звучит так: чтобы иметь информацию о внутреннем строении атома. Однако такое утверждение содержит в себе лишь долю истины. В действительности, ученые изучают не просто внутреннее строение атома – основным полем их исследований являются столкновения мельчайших частиц вещества. Когда эти частицы, обладающие огромной энергией, сталкиваются друг с другом на больших скоростях, в буквальном смысле слова происходит рождение нового мира, а осколки материи, остающиеся после столкновений, помогают раскрыть тайны природы, всегда остававшиеся загадкой для ученых.
В мире физики субатомные частицы для описания более мелких структур материи. В этом случае атом является частью этих структур, и именно они определяют его свойства. Субатомные частицы могут быть разных типов и имеют большое значение для понимания материи.
Поэтому мы собираемся посвятить эту статью, чтобы рассказать вам все, что вам нужно знать о субатомных частицах, их характеристиках и типах, которые существуют.
Что такое субатомные частицы
На протяжении всей истории люди изучали материю и предлагали различные более или менее научные теории и методы для мельчайших частиц, из которых состоит все.
В связи с развитием квантовой теории, электрохимии, ядерной физики и других дисциплин различные модели атома, предложенные с древних времен, кажутся одновременно определенными формами.
Поэтому, как мы все знаем сегодня, атом - наименьшая единица для открытия материи и обладает характеристиками химических элементов, Он состоит из ядра частиц в большей части вакуума, и в нем сосредоточены самые крупные частицы. Процент его массы и других частиц (электронов), которые вращаются вокруг него.
Экспериментальные исследования субатомных частиц трудны, потому что многие из них нестабильны и могут наблюдаться только в ускорителях частиц. Однако наиболее стабильные из них, такие как электроны, протоны и нейтроны, хорошо известны.
Características principales
Протоны и нейтроны можно разделить на более простые частицы, называемые кварками. Субатомные частицы классифицируются по различным стандартам. Например, самые известные и стабильные частицы бывают трех типов: электроны, протоны и нейтроны. Частицы, которые отличаются друг от друга своим зарядом (отрицательный, положительный и нейтральный соответственно) и массой, или потому, что электроны являются основными элементами, а последние два - составными. Кроме того, электроны вращаются вокруг ядра, а протоны и нейтроны составляют ядро.
С другой стороны, протоны и нейтроны, как составные частицы, можно разделить на другие частицы, называемые кварками, которые связаны между собой другими типами частиц, называемыми глюонами. И кварки, и глюоны - неделимые частицы, то есть элементарные частицы. Есть шесть типов кварков: вверх (вверх), вниз (вниз), очарование (очарование), странное (странность), верх (высшее) и низ (низшее).
Точно так же есть фотоны, которые являются субатомными частицами, ответственными за электромагнитное взаимодействие, и нейтрино и калибровочные бозоны, которые отвечают за слабые ядерные силы. Наконец, есть бозон Хиггса, частица, открытая в 2012 году, которая отвечает за массу всех других элементарных частиц (всего, что составляет Вселенную).
Поведение элементарных частиц - вызов для науки. Хотя квантовая механика и стандартная модель элементарных частиц на удивление успешно описывают теоретические основы этого субатомного мира, все еще существует теория, которая может объяснить все поведение Вселенной, который может связать квантовую механику с теорией относительности Эйнштейна. Сегодня существует несколько таких теорий, например теория струн, но их достоверность еще не подтверждена экспериментально.
Какие субатомные частицы мы знаем
Благодаря им мы открыли десятки субатомных частиц, но, по оценкам, предстоит открыть еще сотни. Традиционные частицы - это протоны, нейтроны и электроны, но по мере продвижения мы обнаруживаем, что они состоят из других, более мелких субатомных частиц. Поэтому их классифицируют в зависимости от того, являются ли они основными субатомными частицами или составными субатомными частицами.
Композитные субатомные частицы
Составные частицы - первые обнаруженные субатомные образования. Долгое время (до середины ХХ века существование других людей предполагалось) люди считали себя единственным существованием. Однако эти субатомные частицы образованы объединением элементарных частиц, что мы увидим в следующем пункте.
протон
Атом состоит из атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и орбиты электронов вокруг него. Протон - это субатомная частица с гораздо большим положительным зарядом, чем электрон. По факту, его качество в 2000 раз выше, чем у него.
Следует отметить, что количество протонов определяет химический элемент. Следовательно, у атомов водорода всегда есть протоны.
Нейтрон
Нейтроны - это субатомные частицы, составляющие ядро вместе с протонами. Его масса очень похожа на массу протона, хотя в данном случае у него нет заряда. Число нейтронов в ядре не определяет элемент (как и протоны), но оно определяет изотоп, который является более или менее стабильным вариантом элемента, который теряет или приобретает нейтроны.
Адрон
Адроны - это субатомные частицы, состоящие из кварков, и мы увидим эти элементарные частицы позже. Чтобы не попасть в слишком сложные области, давайте сохраним идею о том, что эти частицы удерживают кварки вместе из-за очень сильные ядерные взаимодействия.
электрон
Сам электрон уже является субатомной частицей, потому что он может существовать независимо от атомов и не образуется в результате объединения других частиц. Это частица в 2.000 раз меньше протона и имеет отрицательный заряд. Фактически, это самая маленькая заряженная единица в природе.
Кварк
Кварки входят в состав протонов и нейтронов. Сегодня известно шесть из этих субатомных частиц, но, похоже, ни одна из них не существует независимо от атома. Другими словами, кварки всегда образуют протоны и нейтроны.
Итак, эти две субатомные частицы существуют в зависимости от типа кварка, из которого они состоят. Другими словами, если образуется химический элемент или другой химический элемент это зависит от организации шести кварков. Его существование было подтверждено в 1960-х годах.
Бозон
Бозон - это субатомная частица, которая объясняет природу всех основных взаимодействий во Вселенной, кроме гравитации. Это частицы, которые каким-то образом передают силу взаимодействия между остальными частицами. Это частицы, которые несут в себе силу, удерживающую протоны и нейтроны вместе, электромагнитную силу. (который связывает электроны с ядром, чтобы заставить его вращаться) и излучение.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о субатомных частицах и их характеристиках.
Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Внутри атома находится в основном пустое пространство, плотное ядро с величайшей силой, когда-либо известной, и частицы, называемые кварками, которые еще не были замечены. На самом деле, у кварков может быть нулевой размер, в то время как они перемещаются вокруг нейтронов и протонов почти со скоростью света. Электроны также находятся везде, где они могут быть, одновременно. Ну, квантовое царство - странное место.
Кварки внутри протонов и нейтронов настолько малы, что еще не были обнаружены никаким оборудованием. Самым мощным устройством в этом отношении является европейский ускоритель частиц, называемый Большим адронным коллайдером, который позволяет нам определять размеры объектов размером до 5 * 10 -20 м, то есть размером 1/2000 протона. Все, что меньше этого, может остаться незамеченным, а кварки могут быть меньше.
Насколько велики кварки?
Кварк необязательно должен иметь размер 5 * 10 -20 м. Он может даже иметь нулевой размер, но это тоже теория. Если рассматривать эту теорию как реальность, протон может быть размером с баскетбольный мяч, а три кварка - размером с три маленькие песчинки или даже меньше. Кварки движутся вокруг протона или нейтрона почти со скоростью света. Как и атом, протон и нейтрон также состоят из пустого пространства.
Однако силы, удерживающие кварки вместе, огромны. В отличие от Земли, внутри протона нет ни поля, ни гравитации.
Силы в квантовом мире
Вещи в мире субатомных частиц не так легко представить и понять, как вещи, происходящие на Земле. В 1940-х годах американский физик Ричард Фейнман начал исследовать субатомные силы. Он обнаружил, что, скажем, в протоне нет гравитационного поля. Вместо этого частицы толкались, испуская и поглощая частицы.
Движения и силы внутри атомного ядра нелегко описать с помощью гравитационных полей и законов.
В протоне или нейтроне есть частица, несущая силу и удерживающую протон вместе. Он действует как клей и поэтому называется глюоном. Глюон - это то, что кварки излучают и поглощают. Следовательно, внутри протона не только движущиеся кварки. Есть также глюоны, прыгающие вперед и назад между кварками, а некоторые глюоны даже взаимодействуют с другими глюонами. Пустое место в протонах, нейтронах и атоме все еще остается. Итак, откуда берется масса?
Масса и энергия
Все состоит из атомов, и все имеет массу. Однако атом по сути является пустым пространством. Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу и в общем называются нуклонами. Масса нуклона примерно в 1836 раз больше массы электрона. Если округлить массу до 2000, электроны можно не учитывать. Масса объекта почти равна к сумме масс нуклонов, создающих этот объект. Но и нуклоны тоже имейте значительное пустое пространство внутри.
Глюоны безмассовые, поэтому каждый кварк должен иметь массу, равную одной трети нуклона, но это не так. Сумма массы всех кварков в объекте составляет около 2% от общей суммы. Скорость кварков близка к скорости света, то есть они содержат значительную кинетическую энергию. Кварки масштабируются в пространстве 10-15 м в поперечном направлении, и содержание такого быстрого объекта в таком маленьком месте требует огромных усилий, а значит, создает массу потенциальной энергии.
Относительность в субатомных частицах
Около 98% массы всего сущего состоит из экстремальной энергии протонов и нейтронов, а не из массы кварков внутри них.
В атоме есть нечто большее: виртуальные частицы вещества и антивещества, которые существуют всего лишь мгновение. Они усложняют представление, поскольку появляются повсюду во Вселенной, от глубокого космоса до ядра атомов.
Окончательным изображением объекта будет, главным образом, энергия, удерживаемая вместе силовыми полями в протонах и нейтронах, ядрах, атомах и молекулах, создающих объект. Это объяснимо в квантовом царстве. Науке предстоит многое сделать, чтобы завершить этот образ и узнать, что на самом деле происходит в любом масштабе окружающего мира или в нас.
Общие вопросы о субатомных частицах
Сколько существует субатомных частиц?
На данный момент открыто 36 подтвержденных элементарных частиц. Они также включают в себя античастицы. Субатомные частицы бывают двух типов: элементарные и составные. Они могут длиться всего несколько секунд и обнаруживаться повсюду во Вселенной, а не только внутри ядра атома.
Какие силы удерживают вместе субатомные частицы?
Субатомные частицы удерживаются вместе двумя типами сил: ядерной силой и электромагнитной силой. Это самая мощная сила, известная человечеству. Он должен удерживать частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, в чрезвычайно маленьком пространстве, так что это самая сильная сила, обнаруженная до сих пор.
Что такое 12 элементарных частиц?
Существует более 12 субатомных частиц, но 12 основных включают шесть кварков (верхний, нижний, странный, очарованный, красивый и истинный), три электрона (электрон, мюон, тау) и три нейтрино (электрон, мюон, тау).
Что такое кварк?
Кварк - это субатомная частица, находящаяся внутри протонов и нейтронов. Они значительно меньше протонов, поэтому внутри протонов и нейтронов остается много пустого места. Кварки имеют 2% массы и 98% энергии, но они создают тяжелую массу нуклонов, согласно теории относительности Эйнштейна.
Все в мире состоит из атомов. Но откуда они взялись, и из чего состоят сами? Сегодня отвечаем на эти простые и фундаментальные вопросы. Ведь многие люди, живущие на планете, говорят, что не понимают строения атомов, из которых сами и состоят.
Атом – это частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, которая является носителем его свойств. Иными словами, это мельчайшая частица того или иного вещества, которая может вступать в химические реакции.
История открытия и строение
Понятия атома было известно еще в Древней Греции. Атомизм – физическая теория, которая гласит, что все материальные предметы состоят из неделимых частиц. Наряду с Древней Грецией, идеи атомизма параллельно развивался еще и в Древней Индии.
Не известно, рассказали тогдашним философам об атомах инопланетяне, или они додумались сами, но экспериментально подтвердить данную теорию химики смогли много позже – только в семнадцатом веке, когда Европа выплыла из пучины инквизиции и средневековья.
Долгое время господствующим представлением о строении атома было представление о нем как о неделимой частице. То, что атом все-таки можно разделить, выяснилось только в начале двадцатого века. Резерфорд, благодаря своему знаменитому опыту с отклонением альфа-частиц, узнал, что атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Была принята планетарная модель атома, в соответствии с которой электроны вращаются вокруг ядра, как планеты нашей Солнечной системы вокруг звезды.
Современные представления о строении атома продвинулись далеко. Ядро атома, в свою очередь, состоит субатомных частиц, или нуклонов – протонов и нейтронов. Именно нуклоны составляют основную массу атома. При этом протоны и нейтроны также не являются неделимыми частицами, и состоят из фундаментальных частиц - кварков.
Ядро атома имеет положительный электрический заряд, а электроны, вращающиеся по орбите – отрицательный. Таким образом, атом электрически нейтрален.
Ниже приведем элементарную схему строения атома углерода.
Схема строения атома
Свойства атомов
Масса
Массу атомов принято измерять в атомных единицах массы – а.е.м. Атомная единица массы представляет собой массу 1/12 части свободно покоящегося атома углерода, находящегося в основном состоянии.
В химии для измерения массы атомов используется понятие "моль". 1 моль – это такое количество вещества, в котором содержится число атомов, равное числу Авогадро.
Размер
Размеры атомов чрезвычайно малы. Так, самый маленький атом – это атом Гелия, его радиус – 32 пикометра. Самый большой атом – атом цезия, имеющий радиус 225 пикометров. Приставка пико означает десять в минус двенадцатой степени! То есть , если 32 метра уменьшить в тысячу миллиардов раз, мы получим размер радиус атома гелия.
При этом, масштабы вещей таковы, что, по сути, атом на 99% состоит из пустоты. Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине (а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион), то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли?
Если предсавить атом в виде стадиона, ядро будет размером с вишню в центре поля
Откуда взялись атомы?
Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева. В ней насчитывается 118 (а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами - 126) элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда.
Так что, можно сказать, что все атомы, из которых мы состоим, когда-то были частью древних звезд.
Почему ядро атома не распадается?
В физике существует четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами и телами, которые они составляют. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия.
Не так давно люди поняли, что при расщеплении ядер атомов высвобождается огромная энергия. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.
Итак, друзья, познакомив Вас со структурой и основами строения атома, нам остается только напомнить о том, что наши авторы готовы в любой момент прийти Вам на помощь. Не важно, нужно Вам выполнить диплом по ядерной физике, или самую маленькую контрольную – ситуации бывают разные, но выход есть из любого положения. Подумайте о масштабах Вселенной, закажите работу в Zaochnik и помните – нет поводов для беспокойства.
Читайте также: