фізика 4/20

 20.12.2022

Уроки 64, 65

Тема. Атомне ядро. Протонно-нейтронна модель атома. Ядерні сили та їх особливості

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал
2. Записати конспект в зошит
3. Переглянути відео, нище за посиланням
4. Записати розв'язок задач в зошит

https://www.youtube.com/watch?v=pUdpQBngT3U&t=10s

https://www.youtube.com/watch?v=EGUS-BtOaUY

1. Згадуємо будову ядра атома

Атомне ядро складається із частинок двох видів: протонів, які мають позитивний електричний заряд, і нейтронів, які не мають заряду. Маса протона приблизно дорівнює масі нейтрона і в 1800 разів більша за масу електрона.

Протони і нейтрони, що входять до складу ядра атома, називають нуклонами (від латин. nucleus — ядро).

Історія вивчення атомного ядра

1911 р. Англійський фізик Ернест Резерфорд (1871-1937) у досліді з розсіювання α-частинок ядрами Ауруму відкрив ядро атома.

1913 р. Англійський фізик Генрі Мозлі (1887-1915) виміряв електричні заряди атомних ядер.

1919 р. Е. Резерфорд, опромінюючи α-частинками азот, відкрив протон 11p — ядро атома Гідрогену.

1920 р. Е. Резерфорд, опромінюючи α-частинками низку елементів, виявив, що з їх ядер α-частинки теж вибивають протони. Учений дійшов висновку, що ядра атомів усіх елементів містять протони, і припустив можливість існування в атомному ядрі нейтральної частинки з масою, що приблизно дорівнює масі протона.

1932 р. Англійський фізик Джеймс Чедвік (1891-1974) під час дослідів з опромінення α-частинками берилію відкрив нейтрон 10n:

1932 р. Радянський фізик Дмитро Дмитрович Іваненко (1904-1994) і німецький фізик Вернер Карл Гейзенберґ (1901-1976) висунули гіпотезу щодо протонно-нейтронної будови ядра.

(Д. Д. Іваненко народився в Полтаві, працював у Харкові, Києві, Ленінграді (зараз Санкт-Петербург), Москві.)

Сумарну кількість протонів і нейтронів в атомі називають нуклонним (масовим) числом і позначають символом А.

Атом є електрично нейтральним: у нейтральному атомі сумарний заряд протонів у ядрі дорівнює сумарному заряду електронів. Заряд протона за модулем дорівнює заряду електрона (елементарному заряду е = 1,6 • 10-19 Кл), тому в нейтральному атомі кількість протонів дорівнює кількості електронів.

Кількість протонів у ядрі називають зарядовим (протонним) числом і позначають символом Z. Порядковий номер елемента в Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва відповідає кількості протонів у ядрі, тобто зарядовому числу.

Знаючи зарядове (Z) і масове (А) числа ядра атома, можна визначити кількість нейтронів (N) у цьому ядрі: N = A - Z.

Вид атомів, який характеризується певним значенням зарядового числа та певним значенням масового числа, називають нуклідом (рис. 39.1).

Рис. 39.1. Позначення нукліда хімічного елемента

Якщо різні нукліди мають однакове зарядове число, то їхні хімічні властивості є однаковими — нукліди належать одному хімічному елементу.

Різновиди атомів того самого хімічного елемента, ядра яких містять однакове число протонів, але різну кількість нейтронів, називають ізотопами («однакові за місцем»).

Кожний хімічний елемент має декілька ізотопів (рис. 39.2).

Рис. 39.2. Ізотопи Гідрогену, які існують у природі; е- — електрон, р+ — протон, n — нейтрон

• Скільки протонів і нейтронів містять ядра Урану 23892U і 23592U? Чи можна їх назвати ізотопами?

2. Якими є основні властивості ядерних сил

Ядра є дуже стійкими. Але яким чином у складі одного ядра і на дуже близькій відстані один від одного утримуються протони, адже однойменно заряджені частинки відштовхуються, нейтрони не мають заряду, а сили гравітаційного притягання у 1036 разів менші від сил електростатичного відштовхування?

З’ясовано, що нуклони притягуються один до одного завдяки сильній взаємодії, яка набагато сильніша за електромагнітну взаємодію. Зазначимо, що сильна взаємодія — це фундаментальна взаємодія, яка виявляється не лише як взаємодія нуклонів.

Сили, які діють між протонами й нейтронами в ядрі та забезпечують існування атомних ядер, називають ядерними силами (рис. 39.3).

Рис. 39.3. Сили взаємодії між нуклонами всередині ядра

Основні властивості ядерних сил:

• 1) це найпотужніші сили, які існують у природі, — вони у 100-1000 разів більші за електростатичні сили відштовхування двох протонів, розташованих на близькій відстані (~ 10-15 м);
• 2) є тільки силами притягання;
• 3) є близькодійними: вимірювання показали, що ядерні сили виявляються лише на відстанях, які приблизно дорівнюють розміру нуклона (~ 10-15 м);
• 4) не залежать від заряду, на однаковій відстані сили, що діють між двома протонами, між двома нейтронами або між протоном і нейтроном, є однаковими;
• 5) мають властивість насичення: нуклон виявляється здатним до ядерної взаємодії одночасно лише з невеликою кількістю розташованих поряд нуклонів.