Sa artikulong ito, batay sa etherodynamic na kakanyahan ng singil ng kuryente at mga istruktura ng mga elementarya na particle, ang pagkalkula ng mga halaga ng mga singil sa kuryente ng proton, electron at photon ay ibinibigay.

Ang maling kaalaman ay mas mapanganib kaysa sa kamangmangan
J. B. Shaw

Panimula. Sa modernong pisika, ang electric charge ay isa sa pinakamahalagang katangian at isang mahalagang katangian ng elementarya na mga particle. Mula sa pisikal na kakanyahan ng singil sa kuryente, na tinukoy batay sa konsepto ng etherodynamic, isang bilang ng mga katangian ang sumusunod, tulad ng proporsyonalidad ng magnitude ng singil ng kuryente sa masa ng carrier nito; ang singil ng kuryente ay hindi binibilang, ngunit dinadala ng quanta (mga partikulo); ang magnitude ng electric charge ay sign-definite, ibig sabihin, palaging positibo; na nagpapataw ng makabuluhang mga paghihigpit sa likas na katangian ng elementarya na mga particle. Namely: sa kalikasan walang elementarya na mga particle na walang electric charge; ang halaga ng electric charge ng elementary particle ay positibo at mas malaki sa zero. Batay sa pisikal na kakanyahan, ang magnitude ng electric charge ay tinutukoy ng masa, ang daloy ng rate ng eter, na bumubuo sa istraktura ng elementarya na particle, at ang kanilang mga geometric na parameter. Ang pisikal na kakanyahan ng singil sa kuryente ( Ang electric charge ay isang sukatan ng daloy ng eter) natatanging tumutukoy sa etherodynamic na modelo ng elementarya na mga particle, sa gayon ay inaalis ang tanong ng istruktura ng elementarya na mga particle, sa isang banda, at itinuturo ang pagkabigo ng pamantayan, quark, at iba pang mga modelo ng elementarya na mga particle, sa kabilang banda.

Tinutukoy din ng magnitude ng electric charge ang intensity ng electromagnetic interaction ng elementary particles. Sa tulong ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic, ang pakikipag-ugnayan ng mga proton at electron sa mga atomo at molekula ay isinasagawa. Kaya, tinutukoy ng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ang posibilidad ng isang matatag na estado ng naturang mga microscopic system. Ang kanilang mga sukat ay mahalagang tinutukoy ng magnitude ng mga singil sa kuryente ng electron at proton.

Ang maling interpretasyon ng mga ari-arian ng modernong pisika, tulad ng pagkakaroon ng positibo at negatibo, elementarya, discrete, quantized electric charge, atbp., maling interpretasyon ng mga eksperimento sa pagsukat ng magnitude ng isang electric charge, ay humantong sa isang bilang ng mga gross error. sa elementarya na particle physics (electron structurelessness, zero mass, at charge ng isang photon, ang pagkakaroon ng isang neutrino, ang pagkakapantay-pantay sa ganap na halaga ng electric charges ng proton at electron sa elementarya).

Ito ay sumusunod mula sa itaas na ang electric charge ng elementarya na mga particle sa modernong pisika ay may tiyak na kahalagahan sa pag-unawa sa mga pundasyon ng microworld at nangangailangan ng balanse at makatwirang pagtatasa ng kanilang mga magnitude.

Sa ilalim ng natural na mga kondisyon, ang mga proton at mga electron ay nasa isang nakatali na estado, na bumubuo ng mga pares ng proton-electron. Ang pagkabigong maunawaan ang sitwasyong ito, pati na rin ang maling ideya na ang mga singil ng electron at proton ay katumbas ng ganap na halaga sa elementarya, naiwan ang modernong pisika na walang sagot sa tanong: ano ang tunay na halaga ng mga singil sa kuryente ng ang proton, electron at photon?

Electric charge ng proton at electron. Sa natural na estado nito, ang pares ng proton-electron ay umiiral sa anyo ng isang kemikal na elemento ng hydrogen atom. Ayon sa teorya: "Ang hydrogen atom ay isang hindi mababawasan na yunit ng istruktura ng bagay, na pinamumunuan ang periodic table ng Mendeleev. Sa bagay na ito, ang radius ng hydrogen atom ay dapat na uriin bilang isang pangunahing pare-pareho. … Ang kinakalkulang Bohr radius ay = 0.529 Å. Mahalaga ito dahil walang direktang pamamaraan para sa pagsukat ng radius ng isang hydrogen atom. …ang Bohr radius ay ang radius ng circumference ng circular orbit ng isang electron, at binibigyang-kahulugan ito nang buong alinsunod sa pangkalahatang tinatanggap na pag-unawa sa terminong "radius."

Alam din na ang mga sukat ng proton radius ay isinagawa gamit ang mga ordinaryong hydrogen atoms, na humantong (CODATA -2014) sa isang resulta ng 0.8751 ± 0.0061 femtometers (1 fm = 10 −15 m).

Upang tantiyahin ang magnitude ng electric charge ng isang proton (electron), ginagamit namin ang pangkalahatang expression para sa electric charge:

q = (1/ k) 1/2 u r (ρ S) 1/2 , (1)

kung saan ang k = 1 / 4πε 0 ay ang koepisyent ng proporsyonalidad mula sa pagpapahayag ng batas ng Coulomb,

ε0 ≈ 8.85418781762039 10 −12 F m −1 ay ang electrical constant; u – bilis, ρ – eter flux density; Ang S ay ang cross section ng proton (electron) body.

Binabago namin ang expression (1) bilang mga sumusunod

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

saan V = r S – dami ng katawan, m — mass ng elementary particle.

Ang proton at electron ay mga dueton: - isang istraktura na binubuo ng dalawang toroidal body na konektado ng mga gilid na ibabaw ng tori, simetriko na may kinalaman sa fission plane, samakatuwid

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

saan S T- seksyon, r- haba, V T = r ST ay ang dami ng torus.

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 (Ginoo) 1/2 . (2)

Ang expression (2) ay isang pagbabago ng expression (1) para sa electric charge ng isang proton (electron).

Hayaan ang R 2 = 0.2 R 1 , kung saan ang R 1 ay ang panlabas at ang R 2 ay ang panloob na radii ng torus.

r= 2π 0.6 R 1 ,

ayon sa pagkakabanggit, ang electric charge ng proton at electron

q = ( 1/ k) 1/2 u (m 2π 0.6 R1 ) 1/2 ,

q= (2π 0.6 / k) 1/2 u (m R1 ) 1/2 ,

q= 2π ( 1.2 ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 1/2

q = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 1/2 (3)

Ang pagpapahayag (3) ay isang anyo ng pagpapahayag para sa laki ng singil ng kuryente para sa proton at elektron.

Sa u = 3∙10 8 m / c - ang pangalawang bilis ng tunog ng eter, expression 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 .

Ipagpalagay natin na ang radius ng proton (electron) sa istruktura sa itaas ay ang radius R 1 .

Para sa isang proton, kilala na m p \u003d 1.672 ∙ 10 -27 kg, R 1 \u003d r p \u003d 0.8751 10 -15 m, pagkatapos

qR = 2.19 π (ε 0 ) 1/2 u (m R1 ) 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 C.

Kaya, ang electric charge ng proton qR= 0.743∙10 -17 C.

Para sa isang elektron, alam na m e \u003d 0.911 ∙ 10 -31 kg. Upang matukoy ang radius ng isang electron, ipagpalagay na ang istraktura ng electron ay katulad ng istraktura ng proton, at ang density ng eter flux sa katawan ng electron ay katumbas din ng density ng eter flux sa katawan ng proton, ginagamit namin ang kilalang ugnayan sa pagitan ng masa ng proton at ng electron, na katumbas ng

m p / m e = 1836.15.

Pagkatapos r p / r e = (m p / m e) 1/3 = 1836.15 1/3 = 12.245, ibig sabihin, r e = r p / 12.245.

Ang pagpapalit ng data para sa electron sa expression (3), nakuha namin

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 C.

Kaya, ang electric charge ng isang electron qeh = 0,157∙10 -19 Cl.

Tiyak na singil ng isang proton

q p /m p = 0.743∙10 -17 [C] / 1.672∙10 -27 [kg] = 0.444∙10 10 C /kg.

Tiyak na singil ng isang elektron

q e / m e \u003d 0.157 ∙ 10 -19 [C] / 0.911 ∙ 10 -31 [kg] = 0.172 ∙ 10 12 C / kg.

Ang mga nakuhang halaga ng mga singil sa kuryente ng proton at elektron ay mga pagtatantya at walang pangunahing katayuan. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang geometric at pisikal na mga parameter ng proton at electron sa pares ng proton-electron ay magkakaugnay at tinutukoy ng lokasyon ng pares ng proton-electron sa atom ng sangkap at kinokontrol ng batas ng konserbasyon ng angular momentum. Kapag ang radius ng orbit ng elektron ay nagbabago, ang mga masa ng proton at ang elektron ay nagbabago, ayon sa pagkakabanggit, at, nang naaayon, ang bilis ng pag-ikot sa paligid ng sarili nitong axis ng pag-ikot. Dahil ang singil ng kuryente ay proporsyonal sa masa, ang pagbabago sa masa ng isang proton o isang elektron, ayon sa pagkakabanggit, ay hahantong sa pagbabago sa kanilang mga singil sa kuryente.

Kaya, sa lahat ng mga atomo ng bagay, ang mga singil sa kuryente ng mga proton at mga electron ay naiiba sa bawat isa at may sariling tiyak na halaga, gayunpaman, sa unang pagtatantya, ang kanilang mga halaga ay maaaring matantya bilang mga halaga ng singil ng kuryente ng ang proton at elektron ng hydrogen atom, na tinukoy sa itaas. Bilang karagdagan, ang sitwasyong ito ay nagpapahiwatig na ang electric charge ng isang atom ng isang substance ay ang natatanging katangian nito, na maaaring magamit upang makilala ito.

Ang pag-alam sa laki ng mga singil sa kuryente ng proton at elektron para sa hydrogen atom, posibleng tantiyahin ang mga electromagnetic na pwersa na nagsisiguro sa katatagan ng hydrogen atom.

Alinsunod sa binagong batas ng Coulomb, ang electric force of attraction Fpr ay magiging katumbas ng

Fpr \u003d k (q 1 - q 2) 2 / r 2, sa q 1 ≠ q 2,

kung saan ang q 1 ay ang electric charge ng proton, ang q 2 ay ang electric charge ng electron, ang r ay ang radius ng atom.

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 \u003d 0.1763 10 -3 N.

Sa hydrogen atom, ang isang electric (Coulomb) na puwersa ng atraksyon na katumbas ng 0.1763 10 -3 N ay kumikilos sa electron. Dahil ang hydrogen atom ay nasa isang matatag na estado, ang repulsive magnetic force ay 0.1763 10 -3 N din. Para sa paghahambing, ang buong literatura na pang-agham at pang-edukasyon ay nagbibigay ng isang pagkalkula ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng elektrikal, halimbawa, na nagbibigay ng isang resulta ng 0.923 10 -7 N. Ang pagkalkula na ibinigay sa panitikan ay hindi tama, dahil ito ay batay sa mga pagkakamali na tinalakay sa itaas.

Sinasabi ng modernong pisika na ang pinakamababang enerhiya na kinakailangan upang hilahin ang isang elektron mula sa isang atom ay tinatawag na ionization energy o binding energy, na para sa isang hydrogen atom ay 13.6 eV. Tantyahin natin ang nagbubuklod na enerhiya ng isang proton at isang electron sa isang hydrogen atom batay sa mga nakuhang halaga ng electric charge ng proton at electron.

E St. \u003d F pr r n \u003d 0.1763 10 -3 6.24151 10 18 eV / m 5.2917720859 10 -11 \u003d 58271 eV.

Ang nagbubuklod na enerhiya ng isang proton at isang elektron sa isang hydrogen atom ay 58.271 KeV.

Ang resulta na nakuha ay nagpapahiwatig ng hindi tama ng konsepto ng enerhiya ng ionization at ang kamalian ng pangalawang postulate ni Bohr: " Ang ilaw ay ibinubuga kapag ang isang elektron ay gumagalaw mula sa isang nakatigil na estado ng mas mataas na enerhiya patungo sa isang nakatigil na estado ng mas mababang enerhiya. Ang enerhiya ng inilabas na photon ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga enerhiya ng mga nakatigil na estado." Sa proseso ng paggulo ng isang pares ng proton-electron sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na kadahilanan, ang elektron ay inilipat (tinanggal) mula sa proton sa pamamagitan ng isang tiyak na halaga, ang pinakamataas na halaga nito ay tinutukoy ng enerhiya ng ionization. Pagkatapos ng henerasyon ng mga photon ng pares ng proton-electron, bumalik ang electron sa dating orbit nito.

Tantyahin natin ang magnitude ng pinakamataas na displacement ng isang electron sa paggulo ng isang hydrogen atom sa pamamagitan ng ilang panlabas na salik na may enerhiya na 13.6 eV.

Ang radius ng hydrogen atom ay magiging katumbas ng 5.29523 10 −11, ibig sabihin, tataas ito ng humigit-kumulang 0.065%.

Electric charge ng isang photon. Ayon sa konsepto ng etherodynamic, ang isang photon ay: isang elementary particle, na isang closed toroidal vortex ng compacted ether na may annular motion ng torus (tulad ng mga gulong) at isang screw motion sa loob nito, na nagsasagawa ng translational-cycloidal motion (kasama ang screw trajectory), dahil sa gyroscopic moments ng sarili nitong pag-ikot at pag-ikot sa isang pabilog na trajectory at idinisenyo upang maglipat ng enerhiya.

Batay sa istraktura ng isang photon bilang isang toroidal vortex body na gumagalaw sa isang helical trajectory, kung saan ang r γ λ ay ang panlabas na radius, m γ λ ang masa, ω γ λ ay ang natural na dalas ng pag-ikot, ang electric charge ng photon ay maaaring katawanin tulad ng sumusunod.

Upang gawing simple ang mga kalkulasyon, kunin natin ang haba ng daloy ng eter sa katawan ng isang photon r =2π r γ λ ,

u = ω γ λ r γ λ , r 0 λ = 0.2 r γ λ ay ang radius ng seksyon ng photon body.

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 ,

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

Ang expression (4) ay kumakatawan sa sariling electric charge ng photon nang hindi isinasaalang-alang ang paggalaw sa isang pabilog na tilapon. Ang mga parameter ε 0 , m λ , r γ λ ay quasi-constant, i.e. mga variable, ang mga halaga na hindi gaanong nagbabago (mga fraction ng%) sa buong rehiyon ng pagkakaroon ng isang photon (mula sa infrared hanggang gamma). Nangangahulugan ito na ang sariling electric charge ng photon ay isang function ng dalas ng pag-ikot sa paligid ng sarili nitong axis. Tulad ng ipinakita sa trabaho, ang ratio ng mga frequency ng gamma photon ω γ λ Г sa infrared photon ω γ λ И ay tungkol sa ω γ λ Г /ω γ λ И ≈ 1000, at ang magnitude ay sariling electric charge. nagbabago nang naaayon. Sa modernong mga kondisyon, ang halagang ito ay hindi masusukat, samakatuwid mayroon lamang itong teoretikal na halaga.

Ayon sa kahulugan ng isang photon, mayroon itong kumplikadong helical motion, na maaaring mabulok sa paggalaw sa isang pabilog na landas at rectilinear. Upang matantya ang kabuuang halaga ng electric charge ng isang photon, kinakailangang isaalang-alang ang paggalaw kasama ang isang pabilog na tilapon. Sa kasong ito, ang sariling electric charge ng photon ay lumalabas na ibinahagi sa pabilog na trajectory na ito. Isinasaalang-alang ang periodicity ng paggalaw, kung saan ang hakbang ng helical trajectory ay binibigyang kahulugan bilang wavelength ng photon, maaari nating pag-usapan ang pag-asa ng halaga ng kabuuang electric charge ng photon sa wavelength nito.

Mula sa pisikal na katangian ng electric charge ay sumusunod sa proporsyonalidad ng magnitude ng electric charge sa masa nito, at samakatuwid ang volume nito. Kaya, ang sariling singil ng kuryente ng photon ay proporsyonal sa sariling dami ng katawan ng photon (V γ λ). Katulad nito, ang kabuuang singil ng kuryente ng isang photon, na isinasaalang-alang ang paggalaw kasama ang isang pabilog na tilapon, ay magiging proporsyonal sa dami (V λ), na bubuo ng isang photon na gumagalaw sa isang pabilog na tilapon.

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)

kung saan ang L = r 0γλ /r γλ ay ang photon structure parameter na katumbas ng ratio ng section radius sa panlabas na radius ng photon body (≈ 0.2), V Т = 2π 2 R r 2 ay ang volume ng torus, R ay ang radius ng bilog ng pag-ikot ng generatrix ng torus; r ay ang radius ng bumubuo ng bilog ng torus.

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)

Ang expression (6) ay kumakatawan sa kabuuang singil ng kuryente ng isang photon. Dahil sa pag-asa ng kabuuang singil ng kuryente sa mga geometric na parameter ng photon, ang mga halaga nito ay kasalukuyang kilala na may malaking error, hindi posible na makuha ang eksaktong halaga ng electric charge sa pamamagitan ng pagkalkula. Gayunpaman, ang pagsusuri nito ay nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng isang bilang ng mga makabuluhang teoretikal at praktikal na konklusyon.

Para sa data mula sa trabaho , i.e. sa λ = 225 nm, ω γ λ ≈ 6.6641 10 30 rpm,

m λ≈ 10 -40 kg, r γ λ ≈ 10 -20 m, R λ ≈ 0.179 10 -16 m, L≈ 0.2, nakuha namin ang halaga ng kabuuang singil ng kuryente ng photon:

q λ = 0, 786137 10 -19 Cl.

Ang nakuhang halaga ng kabuuang singil ng kuryente ng isang photon na may wavelength na 225 nm ay naaayon sa halagang sinusukat ng R. Millikan (1.592 10 -19 C), na kalaunan ay naging pangunahing pare-pareho, dahil ang halaga nito ay tumutugma sa ang electric charge ng dalawang photon. Ang dobleng halaga ng kinakalkula na electric charge ng photon:

2q λ = 1.57227 10 -19 C,

sa International System of Units (SI), ang elementary electric charge ay 1.602 176 6208(98) 10 −19 C. Ang dobleng halaga ng elementarya na singil sa kuryente ay dahil sa ang katunayan na ang pares ng proton-electron, dahil sa mahusay na proporsyon nito, ay palaging bumubuo ng dalawang photon. Ang pangyayaring ito ay eksperimento na nakumpirma sa pamamagitan ng pagkakaroon ng naturang proseso bilang ang paglipol ng isang pares ng electron-positron, i.e. sa proseso ng mutual annihilation ng isang electron at isang positron, dalawang photon ang may oras na mabuo, pati na rin ang pagkakaroon ng mga kilalang device tulad ng photomultipliers at lasers.

Mga konklusyon. Kaya, sa gawaing ito ay ipinapakita na ang electric charge ay isang pangunahing pag-aari ng kalikasan, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-unawa sa kakanyahan ng elementarya na mga particle, atomo at iba pang mga istruktura ng microworld.

Ang etherodynamic na kakanyahan ng electric charge ay ginagawang posible upang bigyang-katwiran ang interpretasyon ng mga istruktura, katangian at mga parameter ng elementarya na mga particle na naiiba sa mga kilala sa modernong pisika.

Batay sa etherodynamic na modelo ng hydrogen atom at ang pisikal na katangian ng electric charge, ang mga tinantyang pagtatantya ng mga electric charge ng proton, electron at photon ay ibinibigay.

Ang data para sa proton at elektron, dahil sa kakulangan ng pang-eksperimentong kumpirmasyon sa ngayon, ay isang teoretikal na kalikasan, gayunpaman, isinasaalang-alang ang pagkakamali, maaari silang magamit kapwa sa teorya at sa pagsasanay.

Ang data para sa photon ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng mga kilalang eksperimento sa pagsukat ng magnitude ng electric charge at patunayan ang maling representasyon ng elementarya na electric charge.

Panitikan:

1. Lyamin VS, Lyamin DV Pisikal na kakanyahan ng electric charge.
2. Kasterin N. P. Generalization ng mga pangunahing equation ng aerodynamics at electrodynamics
   (Aerodynamic na bahagi) . Mga problema ng pisikal na hydrodynamics / Koleksyon ng mga artikulo, ed. Academician ng Academy of Sciences ng BSSR A.V. Lykov. - Minsk: Institute of Heat and Mass Transfer ng Academy of Sciences ng BSSR, 1971, p. 268 - 308.
3. Atyukovsky V.A. Pangkalahatang etherodynamics. Pagmomodelo ng mga istruktura at larangan ng bagay batay sa mga konsepto ng gaseous ether. Ikalawang edisyon. M.: Energoatomizdat, 2003. 584 p.
4. Emelyanov V. M. Standard na modelo at mga extension nito. - M.: Fizmatlit, 2007. - 584 p.
5. Isara F. Panimula sa quark at parton. - M.: Mir, 1982. - 438 p.
6. Akhiezer A I, Rekalo M P "Electric charge ng elementary particles" UFN 114 487–508 (1974).
.
7. Pisikal na Encyclopedia. Sa 5 volume. - M.: Encyclopedia ng Sobyet. Editor-in-Chief A. M. Prokhorov. 1988.

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

Kung pamilyar ka sa istraktura ng atom, malamang na alam mo na ang atom ng anumang elemento ay binubuo ng tatlong uri ng elementarya na mga particle: proton, electron, neutrons. Ang mga proton ay pinagsama sa mga neutron upang bumuo ng isang atomic nucleus. Dahil ang proton ay may positibong singil, ang atomic na nucleus ay palaging may positibong singil. ng atomic nucleus ay binabayaran ng ulap ng iba pang elementarya na mga particle na nakapalibot dito. Ang negatibong sisingilin na elektron ay ang bahagi ng atom na nagpapatatag sa singil ng proton. Depende sa kung aling atomic nucleus ang pumapalibot, ang isang elemento ay maaaring maging neutral sa kuryente (sa kaso ng pantay na bilang ng mga proton at electron sa isang atom), o may positibo o negatibong singil (sa kaso ng kakulangan o labis na mga electron, ayon sa pagkakabanggit). Ang isang atom ng isang elemento na nagdadala ng isang tiyak na singil ay tinatawag na isang ion.

Mahalagang tandaan na ito ay ang bilang ng mga proton na tumutukoy sa mga katangian ng mga elemento at ang kanilang posisyon sa periodic table. D. I. Mendeleev. Ang mga neutron sa isang atomic nucleus ay walang bayad. Dahil sa ang katunayan na ang parehong mga proton ay maihahambing at halos katumbas ng bawat isa, at ang masa ng isang elektron ay bale-wala kumpara sa kanila (1836 beses na mas kaunti, ang bilang ng mga neutron sa nucleus ng isang atom ay gumaganap ng isang napakahalagang papel, lalo na: tinutukoy nito ang katatagan ng sistema at ang bilis ng nuclei.Ang mga nilalaman ng neutron ay tinutukoy ng isotope (iba't-ibang) ng elemento.

Gayunpaman, dahil sa pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng mga sisingilin na particle, ang mga proton at electron ay may iba't ibang partikular na singil (ang halagang ito ay tinutukoy ng ratio ng singil ng isang elementarya na particle sa masa nito). Bilang resulta, ang tiyak na singil ng proton ay 9.578756(27) 107 C/kg kumpara sa -1.758820088(39) 1011 para sa electron. Dahil sa mataas na halaga ng partikular na singil, ang mga libreng proton ay hindi maaaring umiral sa likidong media: sila ay pumapayag sa hydration.

Ang masa at singil ng proton ay mga tiyak na dami na itinatag sa simula ng huling siglo. Sinong siyentipiko ang gumawa nito - isa sa pinakadakilang - pagtuklas noong ikadalawampu siglo? Noong 1913, si Rutherford, batay sa katotohanan na ang masa ng lahat ng kilalang elemento ng kemikal ay mas malaki kaysa sa masa ng isang hydrogen atom sa pamamagitan ng isang integer na bilang ng beses, iminungkahi na ang nucleus ng isang hydrogen atom ay kasama sa nucleus ng isang atom ng anumang elemento. Maya-maya, nagsagawa si Rutherford ng isang eksperimento kung saan pinag-aralan niya ang pakikipag-ugnayan ng nuclei ng nitrogen atom sa mga particle ng alpha. Bilang resulta ng eksperimento, isang particle ang lumipad palabas sa nucleus ng atom, na tinawag ni Rutherford na "proton" (mula sa salitang Griyego na "protos" - ang una) at iminungkahi na ito ang nucleus ng hydrogen atom. Ang palagay ay napatunayang eksperimento sa panahon ng muling pagsasagawa ng siyentipikong eksperimentong ito sa isang silid sa ulap.

Ang parehong Rutherford noong 1920 ay naglagay ng hypothesis tungkol sa pagkakaroon sa atomic nucleus ng isang particle na ang masa ay katumbas ng masa ng isang proton, ngunit hindi nagdadala ng anumang electric charge. Gayunpaman, si Rutherford mismo ay nabigo upang makita ang butil na ito. Ngunit noong 1932, ang kanyang estudyanteng si Chadwick ay eksperimento na pinatunayan ang pagkakaroon ng isang neutron sa atomic nucleus - isang particle, gaya ng hinulaang ni Rutherford, humigit-kumulang katumbas ng masa sa isang proton. Mas mahirap na tuklasin ang mga neutron, dahil wala silang electric charge at, nang naaayon, hindi nakikipag-ugnayan sa ibang nuclei. Ang kawalan ng singil ay nagpapaliwanag ng gayong pag-aari ng mga neutron bilang isang napakataas na lakas ng pagtagos.

Ang mga proton at neutron ay nakagapos sa atomic nucleus sa pamamagitan ng napakalakas na pakikipag-ugnayan. Ngayon sumasang-ayon ang mga physicist na ang dalawang elementarya na nuclear particle ay halos magkapareho sa isa't isa. Kaya, mayroon silang pantay na pag-ikot, at ang mga puwersang nuklear ay kumikilos sa kanila sa eksaktong parehong paraan. Ang pagkakaiba lamang ay ang singil ng proton ay positibo, habang ang neutron ay walang singil sa lahat. Ngunit dahil ang singil ng kuryente sa mga pakikipag-ugnayang nuklear ay hindi mahalaga, maaari lamang itong ituring bilang isang uri ng label para sa proton. Kung, gayunpaman, upang alisin ang proton ng isang singil sa kuryente, pagkatapos ay mawawala ang sariling katangian nito.

Sa artikulong ito makakahanap ka ng impormasyon tungkol sa proton bilang isang elementarya na butil na sumasailalim sa uniberso kasama ang iba pang mga elemento nito na ginagamit sa kimika at pisika. Ang mga katangian ng proton, ang mga katangian nito sa kimika at katatagan ay matutukoy.

Ano ang isang proton

Ang Proton ay isa sa mga kinatawan ng elementarya na mga particle, na tinutukoy bilang mga baryon, e.ch. kung saan malakas ang interaksyon ng mga fermion, at ang particle mismo ay binubuo ng 3 quark. Ang proton ay isang matatag na particle at may personal na momentum - spin ½. Ang pisikal na pagtatalaga ng proton ay p(o p +)

Ang proton ay isang elementarya na particle na nakikibahagi sa mga prosesong thermonuclear. Ito ang ganitong uri ng reaksyon na mahalagang pinagmumulan ng enerhiya na nabuo ng mga bituin sa buong uniberso. Ang halos buong dami ng enerhiya na inilabas ng Araw ay umiiral lamang dahil sa kumbinasyon ng 4 na proton sa isang helium nucleus na may pagbuo ng isang neutron mula sa dalawang proton.

Mga katangiang likas sa proton

Ang proton ay isa sa mga baryon. Ito ay katotohanan. Ang singil at masa ng proton ay pare-pareho. Sa elektrisidad, ang proton ay sinisingil ng +1, at ang masa nito ay tinutukoy sa iba't ibang mga yunit ng pagsukat at 938.272 0813(58) sa MeV, sa kilo ng proton ang timbang ay 1.672 621 898(21) 10 −27 kg, sa mga yunit ng atomic mass ang bigat ng proton ay 1.007 276 466 879(91) a. m., at may kaugnayan sa masa ng elektron, ang proton ay tumitimbang ng 1836.152 673 89 (17) na may kaugnayan sa elektron.

Ang proton, ang kahulugan kung saan ay naibigay na sa itaas, mula sa punto ng view ng pisika, ay isang elementarya na particle na may isospin projection na +½, at ang nuclear physics ay nakikita ang particle na ito na may kabaligtaran na tanda. Ang proton mismo ay isang nucleon, at binubuo ng 3 quark (dalawang quark u at isang quark d).

Ang istraktura ng proton ay eksperimento na sinisiyasat ng isang nuclear physicist mula sa United States of America - si Robert Hofstadter. Upang makamit ang layuning ito, binangga ng physicist ang mga proton na may mga electron na may mataas na enerhiya, at para sa paglalarawan ay iginawad siya ng Nobel Prize sa Physics.

Kasama sa komposisyon ng proton ang isang core (mabigat na core), na naglalaman ng humigit-kumulang tatlumpu't limang porsyento ng enerhiya ng electric charge ng proton at may medyo mataas na density. Ang shell na nakapalibot sa core ay medyo bihira. Ang shell ay pangunahing binubuo ng mga virtual na meson ng uri at p at nagdadala ng humigit-kumulang limampung porsyento ng potensyal ng kuryente ng proton at matatagpuan sa layo na katumbas ng humigit-kumulang mula 0.25 * 10 13 hanggang 1.4 * 10 13 . Kahit na higit pa, sa layo na humigit-kumulang 2.5*10 13 sentimetro, ang shell ay binubuo ng at may mga virtual na meson at naglalaman ng humigit-kumulang sa natitirang labinlimang porsyento ng electric charge ng proton.

Katatagan at katatagan ng proton

Sa libreng estado, ang proton ay hindi nagpapakita ng anumang mga palatandaan ng pagkabulok, na nagpapahiwatig ng katatagan nito. Ang matatag na estado ng proton, bilang ang pinakamagaan na kinatawan ng mga baryon, ay tinutukoy ng batas ng konserbasyon ng bilang ng mga baryon. Nang hindi lumalabag sa batas ng SBC, ang mga proton ay nabubulok sa mga neutrino, positron at iba pang mas magaan na elementarya.

Ang proton ng nucleus ng mga atom ay may kakayahang makuha ang ilang mga uri ng mga electron na mayroong K, L, M na mga atomic shell. Ang proton, na nakumpleto ang pagkuha ng elektron, ay pumasa sa isang neutron at bilang isang resulta ay naglalabas ng isang neutrino, at ang "butas" na nabuo bilang isang resulta ng pagkuha ng elektron ay pinupuno ng mga electron mula sa itaas ng pinagbabatayan na mga layer ng atomic.

Sa mga non-inertial frame of reference, ang mga proton ay dapat magkaroon ng limitadong buhay na maaaring kalkulahin, ito ay dahil sa (radiation) Unruh effect, na sa quantum field theory ay hinuhulaan ang posibleng pagmumuni-muni ng thermal radiation sa isang frame of reference na pinabilis. sa kawalan ng ganitong uri ng radiation. Kaya, sa pagkakaroon ng isang tiyak na oras ng pagkakaroon nito, ang isang proton ay maaaring sumailalim sa beta decay sa isang positron, neutron, o neutrino, sa kabila ng katotohanan na ang proseso ng naturang pagkabulok mismo ay ipinagbabawal ng ESE.

Paggamit ng mga proton sa kimika

Ang proton ay isang H atom na binuo mula sa isang proton at walang electron, kaya sa chemical sense, ang proton ay isang nucleus ng isang H atom. Ang neutron na ipinares sa isang proton ay lumilikha ng nucleus ng isang atom. Sa PTCE ni Dmitri Ivanovich Mendeleev, ang numero ng elemento ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga proton sa atom ng isang partikular na elemento, at ang numero ng elemento ay tinutukoy ng atomic charge.

Ang mga hydrogen cation ay napakalakas na mga tumatanggap ng elektron. Sa kimika, ang mga proton ay pangunahing nakukuha mula sa mga acid na may likas na organiko at mineral. Ang ionization ay isang paraan upang makagawa ng mga proton sa mga yugto ng gas.

Sa seksyon sa tanong na Ano ang singil ng isang proton? ibinigay ng may-akda taga-Europa ang pinakamagandang sagot ay singil ng isang elektron na may kabaligtaran na tanda.

Sagot mula sa Corpuscular[guru]
q=1.6021917E-19coulomb (Ang ibig sabihin ng E-19 ay 10 hanggang minus ika-19 na kapangyarihan).

Sagot mula sa paglaki[newbie]
1.6* 10^(-19) cells o 1 electron

Sagot mula sa Mga tauhan[master]
Ang proton ay isang elementarya na butil. Tumutukoy sa mga hadron, may spin na 1/2, isang electric charge na +1. Itinuturing bilang isang nucleon na may isospin projection na +1/2. Binubuo ng tatlong quark (isang d-quark at dalawang u-quark). Stable (ang mas mababang limitasyon sa buhay ay 2.9 × 1029 taon anuman ang channel ng pagkabulok, 1.6 × 1033 taon para sa pagkabulok sa isang positron at isang neutral na pion). Mass ng Proton 938.271998±0.000038 MeV o 1.00727646688±0.00000000013 a.u. e.m. o 1.672 622 964 ∙ 10−27 kg.
Ang nucleus ng isang hydrogen atom ay binubuo ng isang proton. Ang proton sa chemical sense ay ang nucleus ng hydrogen atom (mas tiyak, ang light isotope nito - protium) na walang electron. Sa pisika, ang proton ay tinutukoy ng titik p. Ang kemikal na pagtatalaga ng proton (positibong hydrogen ion) ay H+, ang astrophysical na pagtatalaga ay HII.
Ang mga proton (kasama ang mga neutron) ay ang mga pangunahing sangkap ng atomic nuclei. Ang singil ng isang nucleus ay tinutukoy ng bilang ng mga proton sa loob nito.
Proton charge qpr = + e.
Electric charge ng isang proton=1.6*10^(–19) C
Ang masa ng isang proton ay humigit-kumulang 1840 beses na mas malaki kaysa sa masa ng isang elektron.

Ang neutron ay natuklasan ng English physicist na si James Chadwick noong 1932. Ang mass ng isang neutron ay 1.675·10-27 kg, na 1839 beses na mas malaki kaysa sa mass ng isang electron. Ang neutron ay walang electric charge.

Nakaugalian sa mga chemist na gamitin ang yunit ng atomic mass, o dalton (d), na humigit-kumulang katumbas ng masa ng isang proton. Ang masa ng isang proton at ang masa ng isang neutron ay humigit-kumulang katumbas ng isang yunit ng atomic mass.

2.3.2 Ang istraktura ng atomic nuclei

Ilang daang iba't ibang uri ng atomic nuclei ang kilala na umiiral. Kasama ang mga electron na nakapalibot sa nucleus, bumubuo sila ng mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal.

Kahit na ang detalyadong istraktura ng nuclei ay hindi pa naitatag, ang mga physicist ay nagkakaisang sumasang-ayon na ang nuclei ay maaaring ituring na binubuo ng mga proton at neutron.

Isaalang-alang muna natin ang deuteron bilang isang halimbawa. Ito ang nucleus ng heavy hydrogen atom, o deuterium atom. Ang deuteron ay may parehong elektrikal na singil gaya ng proton, ngunit ang masa nito ay humigit-kumulang dalawang beses sa elektrikal na singil bilang proton, ngunit ang masa nito ay humigit-kumulang dalawang beses kaysa sa proton. Ito ay pinaniniwalaan na ang deuteron ay binubuo ng isang proton at isang neutron.

Ang nucleus ng isang helium atom, na tinatawag ding alpha particle o helion, ay may elektrikal na singil na dalawang beses kaysa sa isang proton at isang mass na halos apat na beses kaysa sa isang proton. Ang isang alpha particle ay itinuturing na binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron.

2.4 Atomic orbital

Ang atomic orbital ay ang espasyo sa paligid ng nucleus kung saan ang isang electron ay malamang na matagpuan.

Ang mga electron na gumagalaw sa mga orbital ay bumubuo ng mga electron layer, o mga antas ng enerhiya.

Ang maximum na bilang ng mga electron sa antas ng enerhiya ay tinutukoy ng formula:

N = 2 n2 ,

saan n ay ang pangunahing quantum number;

N ay ang pinakamataas na bilang ng mga electron.

Ang mga electron na may parehong halaga ng pangunahing quantum number ay nasa parehong antas ng enerhiya. Ang mga antas ng elektrikal na nailalarawan sa mga halaga n=1,2,3,4,5 atbp. ay itinalaga bilang K,L,M,N atbp. Ayon sa formula sa itaas, ang una (pinakamalapit sa nucleus) na antas ng enerhiya ay maaaring maglaman ng - 2, ang pangalawa - 8, ang pangatlo - 18 na mga electron, at iba pa.

Ang pangunahing quantum number ay nagtatakda ng halaga ng enerhiya sa mga atomo. Ang mga electron na may pinakamaliit na reserbang enerhiya ay nasa unang antas ng enerhiya (n=1). Ito ay tumutugma sa s-orbital, na may spherical na hugis. Ang isang electron na sumasakop sa isang s orbital ay tinatawag na isang s electron.

Simula sa n=2, ang mga antas ng enerhiya ay nahahati sa mga sublevel, na naiiba sa bawat isa sa pamamagitan ng nagbubuklod na enerhiya sa nucleus. Mayroong s-, p-, d- at f-sublevels. Ang mga sublevel ay bumubuo, naninirahan sa parehong hugis.

Ang pangalawang antas ng enerhiya (n=2) ay may s-orbital (na may 2s-orbital) at tatlong p-orbital (nakatukoy na 2p-orbital). Ang 2s electron ay mas malayo sa nucleus kaysa sa 1s electron at may mas maraming enerhiya. Ang bawat 2p-orbital ay may hugis ng isang volume na walong, na matatagpuan sa isang axis na patayo sa mga axes ng iba pang dalawang p-orbital (tinutukoy na px-, py-, pz - orbitals). Ang mga electron sa p orbital ay tinatawag na p electron.

Ang ikatlong antas ng enerhiya ay may tatlong sublevel (3s, 3p, 3d). Ang d sublevel ay binubuo ng limang orbital.

Ang ikaapat na antas ng enerhiya (n=4) ay may 4 na sublevel (4s, 4p, 4d at 4f). Ang f-sublevel ay binubuo ng pitong orbital.

Ayon sa prinsipyo ng Pauli, hindi hihigit sa dalawang electron ang maaaring nasa isang orbital. Kung mayroong isang electron sa isang orbital, ito ay tinatawag na unpaired. Kung mayroong dalawang electron, sila ay ipinares. Bukod dito, ang mga ipinares na mga electron ay dapat na may kabaligtaran na mga spin. Sa simplistically, ang spin ay maaaring kinakatawan bilang ang pag-ikot ng mga electron sa paligid ng kanilang sariling axis clockwise at counterclockwise.

Sa fig. Ipinapakita ng 3 ang relatibong pag-aayos ng mga antas ng enerhiya at mga sublevel. Dapat tandaan na ang 4s sublevel ay matatagpuan sa ibaba ng 3d sublevel.

Ang pamamahagi ng mga electron sa mga atom sa mga antas ng enerhiya at mga sublevel ay inilalarawan gamit ang mga elektronikong formula, halimbawa:

Ang numero sa harap ng titik ay nagpapakita ng bilang ng antas ng enerhiya, ang titik ay nagpapakita ng hugis ng electron cloud, ang numero sa kanan sa itaas ng titik ay nagpapakita ng bilang ng mga electron na may ganitong hugis ulap.

Sa mga graphical na electronic formula, ang isang atomic orbital ay inilalarawan bilang isang parisukat, ang isang electron ay inilalarawan bilang isang arrow (spin direction) (Talahanayan 1)