FYZIKA MIKROSVĚTA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník
Mikrosvět Svět o rozměrech 10-9 až 10-18 m. Mikrosvět není zmenšeným makrosvětem! Chování v mikrosvětě popisuje kvantová fyzika. Oko dokáže rozlišit tělesa o rozměrech 0,07 mm. Koncem 16. století byl vynalezen mikroskop - lze pozorovat s přesností 2 ∙ 10-7 m. Elektronové mikroskopy rozlišují do velikosti až 10-9 m.
Historie mikrosvěta Atomisté ( Demokritos, Epikuros ) - existence atomů. 19. století - chemický atomismus zákon stálých poměrů slučovacích zákon násobných poměrů slučovacích nepřímý důkaz o existenci atomů
Mikrosvět Atomová hmotnostní konstanta mu - definována jako dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku.
mu =1, 66 ⋅10
−27
kg
Zavedení nové jednotky - unifikovaná hmotnostní jednotka u. Relativní atomová hmotnost Ar. Relativní molekulová hmotnost Mr.
Mikrosvět Atomová hmotnostní konstanta mu - definována jako dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku.
mu =1, 66 ⋅10
−27
kg
Zavedení nové jednotky - unifikovaná hmotnostní jednotka u. Relativní atomová hmotnost Ar. Relativní molekulová hmotnost Mr.
Mikrosvět Látkové množství n - udává počet částic v daném množství látky. Jednotkou látkového množství je 1 mol - počet částic ve vzorku uhlíku o hmotnosti 0,012 kg. Počet částic v jednom molu udává Avogadrova konstanta.
N A = 6, 022 ⋅10 mol 23
-1
Mikrosvět
Molární hmotnost Mm - udává hmotnost jednoho molu látky. Molární objem Vm. Elementární náboj e.
e=1, 602 ⋅10
−19
C
Historie mikrosvěta V druhé polovině 19. století bylo objeveno katodové paprsky. Thomson - tvrdí, že katodové paprsky jsou tvořeny elektrony “atomy elektřiny”. Thomson se stává objevitelem elektronu.
qe = − e= − 1, 602 ⋅10 me = 9,11⋅10
−31
−19
kg
C
Historie mikrosvěta Millikanův pokus ( 1910 ) - dokázal, že elektrický náboj je kvantován.
Model atomu
Pudinkový model Thomsonův model Atom tvoří kladná hmota a v ní jsou rozprostřeny záporné částice.
Model atomu Planetární model Model objeven Ernestem Rutherfordem.
Model atomu Rutherfordův pokus vyvrátil Thumsonův pudinkový model. Atom se skládá z malého kladně nabitého jádra a elektronového obalu. Jádro, v němž je koncentrována většina hmotnosti, zabírá jen nepatrnou část a je obklopeno elektrony. Jádro a elektrony na sebe působí přitažlivými silami. Náboj jádra a obalu se zároveň vyrovnávají.
Model atomu Rutherfordův model atomu však byl v rozporu s klasickou teorií elektromagnetického pole. Tyto nedostatky byly odstraněny Bohrovým modelem atomu, který vychází z kvantové mechaniky. Dnes se používá kvantově mechanický model atomu. ∂Ψ 2 ⎛ ∂2 ∂2 ∂2 ⎞ i =− + 2 + 2 ⎟ Ψ + VΨ 2 ⎜ ∂t 2m ⎝ ∂x ∂y ∂z ⎠
Stavba jádra Atom daného prvku obsahuje Z elektronů - číslem Z je zařazen do Mendělejevovy tabulky prvků. Nuklid - tvořený atomy pouze jednoho druhu, s jádry o stejné hmotnosti a náboji. Různým nuklidům téhož prvku se říká izotop. Jev izotopie je předpokladem pro objevení neutronu.
Stavba jádra Experimentálně objevil neutron roku 1932 James Chadwick. Atomové jádro je tvořeno kladnými protony a neutrálními neutrony. Obě tyto částice označujeme jako nukleony. Počet protonů udává protonové číslo Z ( Z ≥ 1 ). Počet neutronů udává neutronové číslo N ( N ≥ 0 ). Počet nukleonů udává nukleonové číslo A ( A = Z + N ).
Stavba jádra Hmotnosti jader uvádíme nejčastěji v násobcích u :
m p =1, 0073u =1, 673 ⋅10
−27
kg
−27
kg
mn =1, 0087u =1, 675 ⋅10
Stavba jádra K určování hmotnosti jednotlivých nuklidů se používá hmotnostní spektrometrie. Využívají k tomu magnetické pole. Platí následující vztah:
qBr m= v
Stavba jádra Doposud se nepodařilo prokázat, že elektron má nějakou vnitřní strukturu. V padesátých letech byly uvnitř protonů a neutronů objeveny tři shluky kladných a záporných částic. Na konci 60. let bylo prokázáno, že protony a neutrony se chovají při srážkách jako soubor 3 částic. Těmito částicemi jsou kvarky. Díky nim se podařilo nalézt a predikovat spoustu dalších částic.
Vazebná energie Vazebná energie Ev - je rovna práci, kterou je třeba vykonat abychom soustavu rozložili na jednotlivé části. Podle Einsteina platí:
ΔE = Δmc
2
Každé změně energie ΔE odpovídá změna hmotnosti Δm.
Vazebná energie Ev > 0 - Soustava je stabilní, pro rozložení musíme dodat práci a po rozložení celková klidová hmotnost soustavy vzroste. Ev > 0 - Soustava je nestabilní, při jejím rozpadu se uvolňuje energie a součet klidových hmotností se oproti původní klidové hmotnosti sníží. V atomistice měříme energii v elektronvoltech ( eV ).
1eV=1, 602 ⋅10
−19
J
Vazebná energie Δm - hmotnostní úbytek. Pokud je m klidová hmotnost celku a mi klidové hmotnosti jednotlivých částic, platí:
ΔE = Δmc
2
Δm = (m1 + m2 + … + mn ) − m Energie je uvolněna v podobě kinetické energie částic a také záření.
Energie reakce Udává energetickou bilanci reakce. Exoenergetické reakce - energie se uvolňuje, Er je kladná. Endoenergetické reakce - energie se váže, Er je záporná. Pokud do reakce vstupuje n částic a vystupuje m částic, platí:
Er = [ (m1 + m2 + … + mn ) − ( m1′ + m2′ + … + mm′ )] c
2
Vazebná energie nukleonů
Je řádově milionkrát větší než chemická energie ( řádově MeV ). Ještě vyšší hodnotu má vazebná energie kvarků ( řádově GeV ).
