FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Transkript

1 FYZIKA MIKROSVĚTA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

2 Mikrosvět Svět o rozměrech 10-9 až 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 m. Elektronové mikroskopy rozlišují do velikosti až 10-9 m.

3 Historie mikrosvěta Atomisté ( Demokritos, Epikuros ) - existence atomů. 19. století - chemický atomismus zákon stálých poměrů slučovacích zákon násobných poměrů slučovacích nepřímý důkaz o existenci atomů

4 Mikrosvět Atomová hmotnostní konstanta m u - definována jako dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku. m u =1, kg Zavedení nové jednotky - unifikovaná hmotnostní jednotka u. Relativní atomová hmotnost A r. Relativní molekulová hmotnost M r.

5 Mikrosvět Atomová hmotnostní konstanta m u - definována jako dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku. m u =1, kg Zavedení nové jednotky - unifikovaná hmotnostní jednotka u. Relativní atomová hmotnost A r. Relativní molekulová hmotnost M r.

6 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, mol -1

7 Mikrosvět Molární hmotnost M m - udává hmotnost jednoho molu látky. Molární objem V m. Elementární náboj e. e=1, C

8 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. q e = e= 1, C m e = 9, kg

9 Historie mikrosvěta Millikanův pokus ( 1910 ) - dokázal, že elektrický náboj je kvantován.

10 Model atomu Pudinkový model Thomsonův model Atom tvoří kladná hmota a v ní jsou rozprostřeny záporné částice.

11 Model atomu Planetární model Model objeven Ernestem Rutherfordem.

12 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.

13 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. i Ψ t = 2 2m 2 x y z 2 Ψ + VΨ

14 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.

15 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 ).

16 Stavba jádra Hmotnosti jader uvádíme nejčastěji v násobcích u : m p =1,0073u=1, kg m n =1,0087u =1, kg

17 Stavba jádra K určování hmotnosti jednotlivých nuklidů se používá hmotnostní spektrometrie. Využívají k tomu magnetické pole. Platí následující vztah: m = qbr v

18 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.

19 Vazebná energie Vazebná energie E v - 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.

20 Vazebná energie E v > 0 - Soustava je stabilní, pro rozložení musíme dodat práci a po rozložení celková klidová hmotnost soustavy vzroste. E v > 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, J

21 Vazebná energie Δm - hmotnostní úbytek. Pokud je m klidová hmotnost celku a m i klidové hmotnosti jednotlivých částic, platí: ΔE = Δmc 2 Δm =(m 1 + m m n ) m Energie je uvolněna v podobě kinetické energie částic a také záření.

22 Energie reakce Udává energetickou bilanci reakce. Exoenergetické reakce - energie se uvolňuje, E r je kladná. Endoenergetické reakce - energie se váže, E r je záporná. Pokud do reakce vstupuje n částic a vystupuje m částic, platí: E = [(m + m + + m ) ( m + m + + m )]c 2 r 1 2 n 1 2 m

23 Vazebná energie nukleonů Je řádově milionkrát větší než chemická energie ( řádově MeV ). Ještě vyšší hodnotu má vazebná energie kvarků ( řádově GeV ).