DOUĂ TIPURI DE TAXE

Există două tipuri de sarcini electrice: pozitive și negative.

INTERACȚIA CORPURILOR ÎNCĂRCATE

Corpurile electrificate interacționează între ele:

Corpurile cu sarcini electrice de același semn se resping reciproc.


Și corpurile care au încărcături de semn opus se atrag reciproc.

ELECTROSCOP

Există două tipuri strâns legate de instrumente pentru detectarea sarcinilor electrice: electroscopul sau electrometrul.

Electroscopul constă dintr-o tijă de metal trecută printr-un dop dielectric și două petale de folie metalică suspendate de acesta. Când tija este atinsă de un corp încărcat, frunzele sunt încărcate cu același nume și se abat unele de altele.

Într-un electrometru, un ac de metal este conectat la o tijă de metal, care se poate roti liber. Când un corp încărcat atinge tija, săgeata primește o sarcină de același semn și încearcă să împingă de pe tija încărcată similar, indicând magnitudinea sarcinii pe scara de măsurare.

După mărimea unghiului de divergență al petalelor electroscopului sau după unghiul de deviere al acului electrometrului, se poate aprecia mărimea sarcinii electrice.

Un electroscop încărcat vă permite să detectați încărcarea a cărui semn este electrizat corpul.

TU STII

Că omul de știință Robert Boyle s-a născut în Irlanda în 1627.
Știința secolului al XVII-lea a cunoscut două manifestări câmp electric atracție și repulsie electrică. Prin intermediul experimentelor, Boyle a demonstrat că experimentele electrice funcționează în vid în același mod ca în condiții obișnuite. Adică, din punct de vedere modern, s-a ajuns la concluzia că un câmp electric poate exista în vid.
Boyle a făcut o serie de observații asupra proprietăților corpurilor electrificate. De exemplu, că fumul este atras și de corpurile electrificate și că nu doar un corp electrificat atrage unul neelectrificat, ci invers, primul este atras de cel de-al doilea.

CUM A FOST INVENTAT ELECTROSCOPUL?

După cum știți, primul design acceptabil al electroscopului a fost propus de G.V. Richman, care a măsurat sarcina electrică prin abaterea de la suportul încărcat al unui fir de in.
La capătul inferior al stâlpului era atașată o riglă de fier, de a cărei parte superioară era lipit un fir de mătase. Când s-a apropiat o furtună, stâlpul de metal și rigla cu fir au fost încărcate, iar firul, respins de el, a deviat cu un anumit unghi. Cu o furtună apropiată și puternică, scânteile au fost îndepărtate de pe riglă.

Apoi, în aceleași scopuri, abatele Nollet a sugerat folosirea a două fire care se resping reciproc.

Un membru al Societății Regale din Londra, John Canton, în 1753, a dezvoltat un design în care firele nu mai reacționau atât de sensibil la mișcarea aerului sau la respirația experimentatorului. A atârnat bile de plută sau de soc de capetele firelor.
Așa a fost aranjat electroscopul lui Canton: „Agățați de tavan două bile de plută de mărimea unui bob de mazăre de fire de in, astfel încât să se atingă între ele. Aduceți un tub de sticlă excitat de electricitate la bilele de dedesubt – atunci bilele vor dispersa."

În 1781, Volta a îmbunătățit electroscopul prin înlocuirea bilelor de soc cu două paie ușoare, uscate, care erau suspendate de capătul inferior al unei tije metalice. Când dispozitivul a fost conectat la un corp electrificat, paiele s-au respins și a fost posibil să se judece dacă corpul era încărcat sau nu. Acest electrometru era un instrument destul de sensibil.

În 1799, omul de știință englez T. Cavallo a propus o îmbunătățire extrem de simplă și eficientă a electroscopului. El a închis electroscopul din plută de la Canton într-un vas de sticlă transparentă. Acum nici fluxul de aer, nici umiditatea nu au avut vreun efect asupra citirilor dispozitivului.

electrificarea tel.

2. Electrificarea corpurilor.

Aceste fenomene au fost descoperite în antichitate. Oamenii de știință greci antici au observat că chihlimbarul (rășina pietrificată a copacilor de conifere care au crescut pe Pământ cu multe sute de mii de ani în urmă), atunci când este frecat cu lână, începe să atragă diferite corpuri către sine. În greacă, chihlimbarul este un electron, de unde și numele de „electricitate”.

Un corp care, după ce a fost frecat, atrage alte corpuri spre sine, se spune că este electrizat sau că i s-a conferit o sarcină electrică.

Corpurile formate din diferite substanțe pot fi electrificate. Este ușor să electrizați bastoanele din cauciuc, sulf, ebonită, plastic, nailon prin frecarea lânii pe lână.

Electrificarea corpurilor are loc atunci când corpurile intră în contact și apoi se separă. Frecarea corpurilor unul împotriva celuilalt doar pentru a crește zona de contact.

Două corpuri sunt mereu implicate în electrificare: în experimentele discutate mai sus, o tijă de sticlă a intrat în contact cu o foaie de hârtie, o bucată de chihlimbar - cu blană sau lână, o tijă de plexiglas - cu mătase. În acest caz, ambele corpuri sunt electrificate. De exemplu, atunci când o tijă de sticlă și o bucată de cauciuc intră în contact, atât sticla, cât și cauciucul sunt electrificate. Cauciucul, ca și sticla, începe să atragă corpurile de lumină.

Incarcare electrica poate fi transferat de la un corp la altul. Pentru a face acest lucru, trebuie să atingeți un alt corp cu un corp electrificat, iar apoi o parte din sarcina electrică va trece la acesta. Pentru a vă asigura că al doilea corp este și electrificat, trebuie să aduceți bucăți mici de hârtie la el și să vedeți dacă vor fi atrași.

3. Două tipuri de taxe. Interacțiunea corpurilor încărcate.

Toate corpurile electrificate atrag alte corpuri, cum ar fi bucăți de hârtie, spre sine. În funcție de atracția corpurilor, este imposibil să distingem sarcina electrică a unei tije de sticlă frecat pe mătase de încărcătura primită pe o tijă de ebonită frecata de ele. La urma urmei, ambele bețe electrificate atrag bucăți de hârtie.

Înseamnă aceasta că acuzațiile primite asupra corpurilor din diverse substante, nu diferă unul de celălalt?

Să trecem la experimente. Electrificăm un băț de ebonită suspendat pe un fir. Să-i aducem un alt băț asemănător, electrificat prin frecare pe aceeași bucată de blană. Bastoanele se resping Deoarece bastoanele sunt aceleași și le electrizau prin frecare de același corp, putem spune că aveau încărcături de același fel. Aceasta înseamnă că corpurile care au sarcini de același fel se resping reciproc.

Acum să aducem o tijă de sticlă frecata pe mătase la o tijă de ebonită electrificată. Vom vedea că tijele de sticlă și ebonită sunt atrase reciproc (Fig. Nr. 2). In consecinta, sarcina obtinuta pe sticla frecata pe matase este de alt fel decat pe ebonita frecata pe blana. Deci, există un alt tip de sarcini electrice.

Ne trezim sa aducem corpuri electrificate din diverse substante intr-un baton de ebonita electrificat suspendat: cauciuc, plexiglas, plastic, nailon. Vom vedea că în unele cazuri bastonul de ebonită este respins de corpurile aduse la el, iar în altele este atras. Dacă bastonul de ebonită este respins, atunci corpul adus la el are o încărcătură de același fel ca și pe el. Iar încărcătura acelor corpuri, de care era atras băţul de ebonită, este asemănătoare cu încărcarea obţinută pe sticla frecata pe mătase. Prin urmare, putem presupune că există doar două tipuri de sarcini electrice.

Sarcina obtinuta pe sticla frecata cu matase (si pe toate corpurile in care se obtine o sarcina de acelasi fel) a fost numita pozitiva, iar sarcina obtinuta pe chihlimbar (precum ebonita, sulf, cauciuc) frecata cu lana a fost numita negativa, adică acuzațiilor li s-au atribuit semnele „+” și „-”.

Și astfel, experimentele au arătat că există două tipuri de sarcini electrice - sarcini pozitive și negative și că corpurile electrificate interacționează între ele în moduri diferite.

Corpurile cu sarcini electrice de același semn se resping reciproc, iar corpurile cu sarcini de semn opus se atrag reciproc.

4. Electroscop. Conductori și neconductori de electricitate.

Dacă corpurile sunt electrizate, atunci sunt atrase unul de celălalt sau se resping reciproc. Prin atracție sau repulsie, se poate judeca dacă o sarcină electrică este transmisă corpului. Prin urmare, designul dispozitivului, cu ajutorul căruia se află dacă corpul este electrificat, se bazează pe interacțiunea corpurilor încărcate. Acest dispozitiv se numește electroscop (din cuvintele grecești electron și scopeo - a observa, a detecta).

În electroscop, o tijă de metal este trecută printr-un dop de plastic (Fig. Nr. 3) introdus într-un cadru metalic, la capătul căruia sunt fixate două foi de hârtie subțire. Rama este acoperită cu sticlă pe ambele părți.

Cu cât sarcina electroscopului este mai mare, cu atât forța de respingere a frunzelor este mai mare și unghiul pe care acestea se vor dispersa este mai mare. Aceasta înseamnă că, prin modificarea unghiului de divergență a frunzelor electroscopului, se poate aprecia dacă sarcina sa a crescut sau a scăzut.

Dacă atingeți un corp încărcat (de exemplu, un electroscop) cu mâna, acesta va fi descărcat. Sarcinile electrice vor trece în corpul nostru și prin el pot ajunge la pământ. Un corp încărcat va fi, de asemenea, descărcat dacă este conectat la pământ cu un obiect metalic, de exemplu, un fir de fier sau de cupru. Dar dacă un corp încărcat este conectat la pământ cu o tijă de sticlă sau ebonită, atunci sarcinile electrice prin ele nu vor intra în pământ. În acest caz, corpul acuzat nu va fi eliberat.

În funcție de capacitatea de a conduce sarcini electrice, substanțele sunt împărțite condiționat în conductori și neconductori ai electricității.

Toate metalele, solul, soluțiile de săruri și acizi din apă sunt buni conductori de electricitate.

Neconductorii de electricitate sau dielectricii includ porțelan, ebonită, sticlă, chihlimbar, cauciuc, mătase, nailon, materiale plastice, kerosen, aer (gaze).

Corpurile formate din dielectrici se numesc izolatori (de la cuvântul grecesc isolaro - a retrage).

5. Divizibilitatea sarcinii electrice. Electron.

Să încărcăm o minge de metal atașată la tija electroscopului (Fig. Nr. 4a). Să conectăm această bilă cu un conductor metalic A, ținând-o de mânerul B, din dielectric, cu o altă bilă exact aceeași, dar neîncărcată, situată pe al doilea electroscop. Jumătate din încărcătură va trece de la prima minge la a doua (Fig. Nr. 4b). Aceasta înseamnă că sarcina inițială este descărcată în două părți egale.

Acum să separăm bilele și să atingem a doua minge cu mâna. Din aceasta, el va pierde sarcina - eliberat. Să-l atașăm din nou la prima minge, pe care rămâne jumătate din încărcarea inițială. Sarcina rămasă va fi din nou împărțită în două părți egale, iar a patra parte a încărcăturii inițiale va rămâne pe prima minge.

În același mod, se poate obține o optime, o șaisprezecime din taxă etc.

Astfel, experiența arată că sarcina electrică poate avea o valoare diferită. Sarcina electrică este o mărime fizică.

Un pandantiv este luat ca unitate de sarcină electrică (notat ca 1 C). Unitatea poartă numele fizicianului francez C. Coulomb.

În experimentul prezentat în figura 4, se arată că sarcina electrică poate fi împărțită în părți.

Există diviziunea taxelor?

Pentru a răspunde la această întrebare, a fost necesar să se efectueze experimente mai complexe și mai precise decât cele descrise mai sus, deoarece foarte curând sarcina rămasă pe bila electroscopului devine atât de mică încât nu este posibil să o detectăm cu ajutorul unui electroscop. .

Pentru a împărți încărcătura în porțiuni foarte mici, este necesar să o transferați nu pe bile, ci pe granule mici de metal sau picături de lichid. Măsurând sarcina obţinută pe corpuri atât de mici, s-a constatat că este posibil să se obţină porţiuni de sarcină care sunt miliarde de miliarde de ori mai mici decât în ​​experimentul descris. Cu toate acestea, în toate experimentele, nu a fost posibilă separarea sarcinii dincolo de o anumită valoare.

Acest lucru ne-a permis să presupunem că sarcina electrică are o limită de divizibilitate, sau, mai precis, că există particule încărcate care au cea mai mică sarcină, care nu mai sunt divizibile.

Pentru a demonstra că există o limită a diviziunii sarcinii electrice și pentru a stabili care este această limită, oamenii de știință au efectuat experimente speciale. De exemplu, omul de știință sovietic A.F. Ioffe a pus bazele unui experiment în care mici particule de praf de zinc, vizibile doar la microscop, au fost electrificate. Încărcarea particulelor de praf a fost schimbată de mai multe ori și de fiecare dată a fost măsurată în funcție de cât de mult s-a schimbat sarcina. Experimentele au arătat că toate schimbările în sarcina unui grăunte de praf au fost de un număr întreg de ori (adică, 2, 3, 4, 5 etc.) mai mari decât o sarcină definită cea mai mică, adică sarcina unui grăunte de praf. schimbate, deși foarte mici, dar porțiuni întregi. Deoarece sarcina dintr-un grăunte de praf pleacă cu o particulă de materie, Ioffe a concluzionat că în natură există o astfel de particulă de materie care are cea mai mică sarcină, care nu mai este divizibilă.

Această particulă se numește electron.

Valoarea încărcăturii electronilor a fost determinată pentru prima dată de omul de știință american R. Milliken. În experimentele sale, similare cu cele ale lui A. F. Ioffe, a folosit mici picături de ulei.

Sarcina electronului este negativă, este egală cu 1,610 C (0,000 000 000 000 000 000 16 C). Sarcina electrică este una dintre proprietățile de bază ale unui electron. Această sarcină nu poate fi „înlăturată” dintr-un electron.

Masa unui electron este de 9,110 kg, este de 3700 de ori mai mică decât masa unei molecule de hidrogen, cea mai mică dintre toate moleculele. Aripa unei muște are o masă de aproximativ 510 de ori mai mare decât a unui electron.

6. Modelul nuclear al structurii atomului

Studiul structurii atomului a început practic în 1897-1898, după ce s-a stabilit în cele din urmă natura razelor catodice ca flux de electroni și s-a determinat mărimea sarcinii și a masei electronului. Faptul că electronii sunt eliberați de o mare varietate de substanțe a condus la concluzia că electronii fac parte din toți atomii. Dar atomul ca întreg este neutru din punct de vedere electric, prin urmare, trebuie să conțină altul parte constitutivă, încărcat pozitiv, iar sarcina sa trebuie să echilibreze suma sarcinilor negative ale electronilor.

Această parte a atomului încărcată pozitiv a fost descoperită în 1911 de Ernest Rutherford (1871-1937). Rutherford a propus următoarea schemă pentru structura atomului. În centrul atomului se află un nucleu încărcat pozitiv, în jurul căruia electronii se învârt pe diferite orbite. Forța centrifugă care ia naștere în timpul rotației lor este echilibrată de atracția dintre nucleu și electroni, drept urmare aceștia rămân la anumite distanțe de nucleu. Sarcina negativă totală a electronilor este numeric egală cu sarcina pozitivă a nucleului, astfel încât atomul în ansamblu este neutru din punct de vedere electric. Deoarece masa electronilor este neglijabilă, aproape întreaga masă a unui atom este concentrată în nucleul său. Dimpotrivă, dimensiunea nucleelor ​​este extrem de mică chiar și în comparație cu dimensiunea atomilor înșiși: diametrul unui atom este de aproximativ 10 cm, iar diametrul nucleului este de aproximativ 10 - 10 cm. mic, există doar o parte nesemnificativă din întregul spațiu ocupat de sistemul atomic (Fig. Nr. 5)

7. Compoziția nucleelor ​​atomice

Astfel, descoperirile lui Rutherford au pus bazele teoriei nucleare a atomului. De pe vremea lui Rutherford, fizicienii au aflat mult mai multe detalii despre structura lui nucleul atomic.

Cel mai ușor atom este atomul de hidrogen (H). Deoarece aproape întreaga masă a unui atom este concentrată în nucleu, ar fi natural să presupunem că nucleul atomului de hidrogen este o particulă elementară de electricitate pozitivă, care a fost numită proton din cuvântul grecesc „protos”, care înseamnă „ primul". Astfel, un proton are o masă aproape egală cu masa unui atom de hidrogen (exact 1,00728 unități de carbon) și o sarcină electrică egală cu +1 (dacă luăm sarcina electronului egală cu -1,602 * 10 C ca unitate de electricitate negativă). ). Atomii altor elemente, mai grele, conțin nuclee care au o sarcină mai mare și, evident, o masă mai mare.

Măsurătorile sarcinii nucleelor ​​atomilor au arătat că sarcina nucleului unui atom în unitățile convenționale indicate este numeric egală cu numărul atomic sau ordinal al elementului. Cu toate acestea, era imposibil de admis, deoarece acestea din urmă, fiind încărcate cu același nume, s-ar respinge inevitabil între ele și, în consecință, astfel de nuclee s-ar dovedi instabile. În plus, masa nucleelor ​​atomice s-a dovedit a fi mai mare decât masa totală a protonilor, care determină sarcina nucleelor ​​atomilor elementelor corespunzătoare, de două ori sau mai mult.

Apoi s-a presupus că nucleele atomilor conțin protoni într-un număr care depășește numărul atomic al elementului, iar excesul de sarcină pozitivă a nucleului astfel creat este compensat de electronii care alcătuiesc nucleul. Acești electroni trebuie să țină în mod evident protoni care se resping reciproc în nucleu. Cu toate acestea, această presupunere a trebuit să fie respinsă, deoarece era imposibil să se admită coexistența particulelor grele (protoni) și ușoare (electroni) într-un nucleu compact.

În 1932, J. Chadwick a descoperit o particulă elementară care nu are sarcină electrică, în legătură cu care a fost numită neutron (din cuvânt latin neutru, care înseamnă „nici unul, nici celălalt”). Neutronul are o masă puțin mai mare decât cea a protonului (exact 1,008665 unități de carbon). În urma acestei descoperiri, D. D. Ivanenko, E. N. Gapon și V. Heisenberg, independent unul de celălalt, au propus o teorie a compoziției nucleelor ​​atomice, care a devenit general acceptată.

Conform acestei teorii, nucleele atomilor tuturor elementelor (cu excepția hidrogenului) constau din protoni și neutroni. Numărul de protoni dintr-un nucleu determină valoarea acestuia sarcină pozitivă, iar numărul total de protoni și neutroni este valoarea masei sale. Particulele nucleare - protoni și neutroni - se combină sub denumirea comună nucleoni (de la cuvântul latin nucleus, care înseamnă „nucleu”). Astfel, numărul de protoni din nucleu corespunde numărului atomic al elementului și numărul total nucleoni, deoarece masa unui atom este concentrată în principal în nucleu, - numărul său de masă, adică masa sa atomică A rotunjită la un număr întreg. Atunci numărul de neutroni din nucleul N poate fi găsit din diferența dintre numărul de masă și numărul atomic:

Astfel, teoria proton-neutron a făcut posibilă rezolvarea contradicțiilor apărute mai devreme în ideile despre compoziția nucleelor ​​atomice și legătura acesteia cu numărul de serie și masa atomică.

8. Izotopi

Teoria proton-neutron a făcut posibilă rezolvarea unei alte contradicții apărute în timpul formării teoriei atomului. Dacă recunoaștem că nucleele atomilor de elemente constau dintr-un anumit număr de nucleoni, atunci mase atomice toate elementele trebuie să fie numere întregi. Pentru multe elemente, acest lucru este adevărat, iar abaterile minore de la numerele întregi pot fi explicate prin acuratețea insuficientă a măsurării. Cu toate acestea, pentru unele elemente, valorile maselor atomice au deviat atât de mult de la numerele întregi, încât acest lucru nu mai poate fi explicat prin inexactitatea măsurării și alte motive aleatorii. De exemplu, masa atomică a clorului (CL) este 35,45. S-a stabilit că aproximativ trei sferturi dintre atomii de clor existenți în mod natural au o masă de 35, iar un sfert - 37. Astfel, elementele care există în natură constau dintr-un amestec de atomi care au mase diferite, dar evident aceleași. Proprietăți chimice, adică există varietăți de atomi ai aceluiași element cu mase diferite și, în plus, întregi. F. Aston a reușit să separe astfel de amestecuri în părți constitutive, care au fost numite izotopi (din cuvintele grecești „isos” și „topos”, care înseamnă „același” și „loc” (aici înseamnă că diferiți izotopi ai unui element ocupă unul loc în sistemul periodic). Din punctul de vedere al teoriei proton-neutron, izotopii sunt soiuri de elemente ale căror nuclee atomice conțin un număr diferit de neutroni, dar același număr de protoni. Natura chimică a unui element este determinată de numărul de protoni din nucleul atomic, care este egal cu numărul de electroni din învelișul atomului. O modificare a numărului de neutroni (cu același număr de protoni) nu afectează proprietățile chimice ale atomului.

Toate acestea fac posibilă formularea conceptului de element chimic ca tip de atomi caracterizați printr-o anumită sarcină a nucleului. Dintre izotopi diverse elemente s-au găsit acelea care conțin în nucleul cu un număr diferit de protoni același număr total de nucleoni, adică atomii cărora au aceeași masă. Astfel de izotopi au fost numiți izobari (din cuvântul grecesc „baros”, care înseamnă „greutate”). Natura chimică diferită a izobarelor confirmă în mod convingător faptul că natura unui element nu este determinată de masa atomului său.

Pentru diferiți izotopi, sunt folosite numele și simbolurile elementelor în sine, indicând numar de masa, care urmează denumirea elementului sau este indicat ca index în partea stângă sus a simbolului, de exemplu: clor - 35 sau Cl.

Diferiții izotopi diferă unul de celălalt prin stabilitate. 26 de elemente au un singur izotop stabil - astfel de elemente sunt numite monoizotopice (sunt caracterizate în principal prin numere atomice impare), iar masele lor atomice sunt aproximativ egale cu numerele întregi. 55 de elemente au mai mulți izotopi stabili - se numesc poliizotopi (un număr mare de izotopi este caracteristic în principal elementelor cu număr pare). Pentru elementele rămase, sunt cunoscute doar cele instabile, izotopi radioactivi. Toate acestea sunt elemente grele, începând cu elementul nr. 84 (poloniu), și de la cele relativ ușoare - nr. 43 (tehnețiu) și nr. 61 (prometiu). Cu toate acestea, izotopii radioactivi ai unor elemente sunt relativ stabili (caracterizat printr-un timp de înjumătățire lung) și, prin urmare, aceste elemente, cum ar fi toriu, uraniul, se găsesc în natură. În majoritatea, însă, izotopii radioactivi sunt obținuți artificial, inclusiv numeroși izotopi radioactivi ai elementelor stabile.

9. Învelișuri electronice ale atomilor. teoria lui Bohr.

Conform teoriei lui Rutherford, fiecare electron se rotește în jurul nucleului, iar forța de atracție a nucleului este echilibrată de forța centrifugă care decurge din rotația electronului. Rotația unui electron este destul de analogă cu oscilațiile sale rapide și ar trebui să provoace emisia de unde electromagnetice. Prin urmare, se poate presupune că un electron în rotație emite lumină de o anumită lungime de undă, în funcție de frecvența orbitei electronului. Dar, emițând lumină, electronul își pierde o parte din energie, drept urmare echilibrul dintre el și nucleu este perturbat. Pentru a restabili echilibrul, electronul trebuie să se apropie treptat de nucleu, iar frecvența revoluției electronului și natura luminii emise de acesta se vor schimba treptat. În cele din urmă, după ce a epuizat toată energia, electronul trebuie să „cadă” pe nucleu, iar emisia de lumină se va opri. Dacă de fapt ar exista o astfel de schimbare continuă a mișcării unui electron, „căderea” acestuia asupra nucleului ar însemna distrugerea atomului și încetarea existenței sale.

Astfel, modelul nuclear ilustrativ și simplu al lui Rutherford al atomului a contrazis în mod clar electrodinamica clasică. Sistemul de electroni care se rotesc în jurul nucleului nu poate fi stabil, deoarece electronul trebuie să radieze continuu energie în timpul unei astfel de rotații, care, la rândul său, trebuie să ducă la căderea lui pe nucleu și la distrugerea atomului. Între timp, atomii sunt sisteme stabile.

Aceste contradicții semnificative au fost parțial rezolvate de remarcabilul fizician danez Niels Bohr (1885 - 1962), care în 1913 a dezvoltat teoria atomului de hidrogen, pe care a bazat-o pe postulate speciale, legându-le, pe de o parte, de legile clasice. mecanică şi, pe de altă parte, cu teoria cuantica energia radiațiilor a fizicianului german Max Planck (1858 - 1947).

Esența teoriei cuantice se rezumă la faptul că energia este emisă și absorbită nu în mod continuu, așa cum era acceptat anterior, ci în porțiuni mici, dar bine definite - cuante de energie. Rezerva de energie a corpului radiant se modifică în salturi, cuantic cu cuantic; un număr fracționar de quante pe care corpul nu le poate nici emite și nici nu poate absorbi.

Mărimea cuantumului de energie depinde de frecvența radiației: cu cât frecvența radiației este mai mare, cu atât este mai mare magnitudinea cuantumului. Notând cuantumul de energie prin E, scriem ecuația Planck:

unde h - constant, așa-numita constantă Planck, egală cu 6,626 * 10 J * s. și - frecvența undei Debroil.

Quantele de energie radiantă sunt numite și fotoni. Aplicând concepte cuantice la rotația electronilor în jurul nucleului, Bohr și-a bazat teoria pe presupuneri sau postulate foarte îndrăznețe. Deși aceste postulate contrazic legile electrodinamicii clasice, ele își găsesc justificarea în rezultatele uimitoare la care conduc și în acordul complet care se găsește între rezultatele teoretice și un număr imens de fapte experimentale. Postulatele lui Bohr sunt următoarele:

Un electron se poate mișca nu în orice orbită, ci numai în acelea care îndeplinesc anumite condiții care decurg din teoria cuantică. Aceste orbite se numesc orbite stabile, staţionare sau cuantice. Când un electron se mișcă de-a lungul uneia dintre orbitele stabile posibile pentru el, nu radiază energie electromagnetică. Tranziția unui electron de pe o orbită îndepărtată la una mai apropiată este însoțită de o pierdere de energie. Energia pierdută de un atom în timpul fiecărei tranziții este convertită într-un cuantum de energie radiantă. Frecvența luminii emise în acest caz este determinată de razele celor două orbite între care are loc tranziția electronului. Notând rezerva de energie a unui atom la poziția unui electron pe o orbită mai îndepărtată de nucleu prin En, și pe o orbită mai apropiată prin Ek, și împărțind energia pierdută de atomul En - Ek la constanta lui Planck, obținem frecventa necesara:

= (En - Ek) / h

Cu cât distanța de la orbita în care se află electronul este mai mare până la cea în care trece, cu atât frecvența radiației este mai mare. Cel mai simplu dintre atomi este atomul de hidrogen, în jurul nucleului căruia se învârte doar un electron. Pe baza postulatelor de mai sus, Bohr a calculat razele orbitelor posibile pentru acest electron și a descoperit că acestea sunt legate ca pătratele numerelor naturale: 1: 2: 3: ...: n. Valoarea lui n se numește număr cuantic principal.

Ulterior, teoria lui Bohr a fost extinsă la structura atomică a altor elemente, deși aceasta a fost asociată cu unele dificultăți din cauza noutății sale. Ea a permis să rezolve foarte întrebare importantă privind aranjarea electronilor în atomii diferitelor elemente și stabilirea dependenței proprietăților elementelor de structură învelișuri de electroni atomii lor. În prezent, scheme ale structurii atomilor tuturor elemente chimice. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere că toate aceste scheme sunt doar o ipoteză mai mult sau mai puțin sigură care face posibilă explicarea multor proprietăți fizice și chimice ale elementelor.

După cum am menționat mai devreme, numărul de electroni care se rotesc în jurul nucleului unui atom corespunde numărului ordinal al elementului din sistemul periodic. Electronii sunt aranjați în straturi, adică. fiecare strat are un anumit număr de electroni de umplere sau, parcă, de saturare. Electronii aceluiași strat sunt caracterizați de aproape aceeași cantitate de energie, adică. sunt cam la fel nivel de energie. Întregul înveliș al unui atom se descompune în mai multe niveluri de energie. Electronii fiecărui strat următor se află la un nivel de energie mai mare decât electronii stratului anterior. Cel mai mare număr electronii N, având posibilitatea de a fi la un anumit nivel de energie, este egal cu dublul pătratului numărului stratului:

unde n este numărul stratului. Astfel, cu 1-2, cu 2-8, cu 3-18 etc. În plus, s-a constatat că numărul de electroni din stratul exterior pentru toate elementele, cu excepția paladiului, nu depășește opt, iar în penultimul strat - optsprezece.

Electronii stratului exterior, ca fiind cei mai îndepărtați de nucleu și, prin urmare, cei mai puțin legați de nucleu, se pot desprinde de atom și se pot alătura altor atomi, intrând în compoziția stratului exterior al acestuia din urmă. Atomii care au pierdut unul sau mai mulți electroni devin încărcați pozitiv, deoarece sarcina nucleului atomului depășește suma sarcinilor electronilor rămași. În schimb, atomii care au electroni atașați devin încărcați negativ. Particulele încărcate formate în acest fel, calitativ diferite de atomii corespunzători, se numesc ioni. Mulți ioni, la rândul lor, pot pierde sau câștiga electroni, transformându-se fie în atomi neutri din punct de vedere electric, fie în ioni noi cu o sarcină diferită.

10. Forțe nucleare.

Ipoteza că nucleele atomice constau din protoni și neutroni a fost confirmată de multe fapte experimentale. Acest lucru a mărturisit validitatea modelului perton-neutron al structurii nucleului.

Dar a apărut întrebarea: de ce nucleele nu se descompun în nucleoni individuali sub acțiunea forțelor de repulsie electrostatică dintre protonii încărcați pozitiv?

Calculele arată că nucleonii nu pot fi ținuți împreună din cauza forțelor atractive de natură gravitațională sau magnetică, deoarece aceste forțe sunt mult mai mici decât cele electrostatice.

În căutarea unui răspuns la întrebarea privind stabilitatea nucleelor ​​atomice, oamenii de știință au sugerat că unele forțe speciale de atracție acționează între toți nucleonii din nuclei, care depășesc semnificativ forțele de respingere electrostatice dintre protoni. Aceste forțe au fost numite nucleare.

Ipoteza existenței forțelor nucleare s-a dovedit a fi corectă. De asemenea, s-a dovedit că forțele nucleare sunt cu rază scurtă de acțiune: la o distanță de 10-15 m sunt de aproximativ 100 de ori mai mari decât forțele de interacțiune electrostatică, dar deja la o distanță de 10-14 m se dovedesc a fi neglijabile. Cu alte cuvinte, forțele nucleare acționează la distanțe comparabile cu dimensiunea nucleelor ​​în sine.

11.Fisiunea nucleelor ​​de uraniu.

Fisiunea nucleelor ​​de uraniu prin bombardarea lor cu neutroni a fost descoperită în 1939 de oamenii de știință germani Otto Gunn și Fritz Strassmann.

Să luăm în considerare mecanismul acestui fenomen. Pe (Fig. Nr. 7, a) este reprezentat condiționat nucleul atomului de uraniu (23592U). După ce a absorbit un neutron în plus, nucleul este excitat și deformat, dobândind o formă alungită (Figura 7, b).

Știm deja că în nucleu acționează două tipuri de forțe: forțe electrostatice de respingere între protoni, care tind să spargă nucleul, și forțe nucleare de atracție între toți nucleonii, datorită cărora nucleul nu se descompune. Dar forțele nucleare sunt cu rază scurtă de acțiune, prin urmare, într-un nucleu alungit, ele nu mai pot ține părți ale nucleului care sunt foarte îndepărtate unele de altele. Sub acțiunea forțelor de respingere electrostatice, nucleul este rupt în două părți (Fig. Nr. 7, c), care se împrăștie în direcții diferite cu viteză mare și emit 2-3 neutroni.

Se pare că partea aceea energie interna nucleul este transformat în energia cinetică a fragmentelor și particulelor zburătoare. Fragmentele încetinesc rapid în mediu, drept urmare ele energie kinetică este transformată în energia internă a mediului (adică în energia de interacțiune a mișcării termice a particulelor sale constitutive).

Odată cu fisiunea simultană a unui număr mare de nuclee de uraniu, energia internă a mediului din jurul uraniului și, în consecință, temperatura acestuia cresc semnificativ (adică mediul se încălzește).

Astfel, reacția de fisiune a nucleelor ​​de uraniu are loc cu eliberarea de energie în mediu inconjurator.

Energia conținută în nucleele atomilor este colosală. De exemplu, odată cu fisiunea completă a tuturor nucleelor ​​prezente în 1 gram de uraniu, s-ar elibera aceeași cantitate de energie ca cea eliberată în timpul arderii a 2,5 tone de petrol.

12. Centrale nucleare.

centrală nucleară (NPP) - o centrală electrică în care energia atomică (nucleară) este convertită în energie electrică. Generatorul de energie de la o centrală nucleară este un reactor nuclear. Căldura degajată în reactor ca urmare a reacție în lanț fisiunea nucleelor ​​unor elemente grele, apoi, la fel ca la centralele termice convenționale (TPP), acesta este transformat în energie electrică.1 g izotopi de uraniu sau plutoniu eliberează 22.500 kWh, ceea ce echivalează cu energia conținută în 2.800 kg de combustibil de referință. Prima centrală nucleară din lume pentru scopuri industriale pilot cu o capacitate de 5 MW a fost lansată în URSS la 27 iunie 1954 în orașul Obninsk. Înainte de aceasta, energia nucleului atomic era folosită în scopuri militare. Lansarea primei centrale nucleare a marcat deschiderea unei noi direcții în energie, care a fost recunoscută la Prima Conferință Științifică și Tehnică Internațională privind Utilizările Pașnice a Energiei Atomice (august 1955, Geneva).

Schema schematică a unei centrale nucleare cu un reactor nuclear răcit cu apă (Fig. Nr. 6.). Căldura degajată în miezul reactorului este preluată ca agent de răcire de către apa (lichidul de răcire) din primul circuit, care este pompată prin reactor de o pompă de circulație g. Apa încălzită din reactor intră în schimbătorul de căldură (generatorul de abur) 3, unde transfera caldura primita in reactor in apa din circuitul 2 . Apa celui de-al doilea circuit se evaporă în generatorul de abur, iar aburul se formează și intră în turbina 4.

Cel mai adesea, la centralele nucleare se folosesc 4 tipuri de reactoare cu neutroni termici: 1) reactoare răcite cu apă cu apă obișnuită ca moderator și lichid de răcire; 2) grafit-apă cu lichid de răcire cu apă și moderator din grafit; 3) apă grea cu un lichid de răcire cu apă și apă grea ca moderator 4) grafit-gaz cu un lichid de răcire cu gaz și un moderator de grafit.

În funcţie de tip şi starea de agregare lichid de răcire, se creează unul sau altul ciclu termodinamic al centralei nucleare. Alegerea limitei superioare de temperatură ciclu termodinamic este determinată de temperatura maximă admisă a învelișurilor elementelor de combustibil (TVEL) care conțin combustibil nuclear, temperatura admisă a combustibilului nuclear în sine, precum și proprietățile lichidului de răcire adoptat pentru acest tip de reactor. La centrala nucleară. al cărui reactor termic este răcit cu apă, se utilizează de obicei la temperatură scăzută cicluri de abur. Reactoarele răcite cu gaz permit utilizarea unor cicluri de abur relativ mai economice, cu presiune și temperatură inițială crescute. Schema termică a CNE în aceste două cazuri este realizată ca una cu 2 circuite: lichidul de răcire circulă în primul circuit, al doilea circuit este abur-apă. În reactoarele cu apă clocotită sau lichid de răcire cu gaz la temperatură înaltă, este posibilă o CNE termică cu o singură buclă. În reactoarele cu apă clocotită, apa fierbe în miez, amestecul rezultat de apă-abur este separat și abur saturat este trimis fie direct la turbină, fie returnat anterior la miez pentru supraîncălzire.

În reactoarele cu gaz grafit la temperatură înaltă, este posibil să se utilizeze un ciclu convențional de turbină cu gaz. Reactorul în acest caz acționează ca o cameră de ardere.

În timpul funcționării reactorului, concentrația de izotopi fisionali în combustibilul nuclear scade treptat, iar combustibilul se arde. Prin urmare, în timp, acestea sunt înlocuite cu altele proaspete. Combustibilul nuclear este reîncărcat folosind mecanisme și dispozitive cu telecomandă. Combustibilul uzat este transferat în bazinul de combustibil uzat și apoi trimis pentru reprocesare.

Reactorul și sistemele sale de serviciu includ: reactorul propriu-zis cu protecție biologică, schimbătoare de căldură, pompe sau unități de suflare care circulă lichidul de răcire; conducte și fitinguri ale circuitului de circulație; dispozitive pentru reincarcarea combustibilului nuclear; sisteme speciale ventilație, răcire de urgență etc.

În funcție de proiectare, reactoarele au următoarele caracteristici: în reactoarele presurizate, combustibilul și moderatorul sunt amplasate în interiorul vasului, care poartă presiunea totală a lichidului de răcire; în reactoarele cu canal, combustibilul răcit cu un lichid de răcire este instalat în mod special țevi-canale care pătrund în moderator închise într-o carcasă cu pereți subțiri. Pentru a proteja personalul CNE de expunerea la radiații, reactorul este înconjurat de protecție biologică, materialul principal pentru care sunt betonul, apa, nisipul serpentin. Echipamentul circuitului reactorului trebuie să fie complet etanșat. Este prevăzut un sistem de monitorizare a locurilor de posibilă scurgere a lichidului de răcire, se iau măsuri pentru ca apariția scurgerilor și ruperilor în circuit să nu conducă la emisii radioactive și poluarea incintei CNE și a zonei înconjurătoare. Echipamentul circuitului reactorului este de obicei instalat în cutii sigilate, care sunt separate de restul incintelor CNE prin protecție biologică și nu sunt întreținute în timpul funcționării reactorului. sistem de ventilație, în care, pentru a exclude posibilitatea poluării atmosferice, sunt prevăzute filtre de curățare și suporturi de reținere a gazelor. Serviciul de control dozimetric monitorizează respectarea regulilor de radioprotecție de către personalul CNE.

În cazul unor accidente în sistemul de răcire a reactorului, pentru a preveni supraîncălzirea și încălcarea etanșeității învelișului tijei de combustibil, se asigură o tăcere rapidă (în câteva secunde). reacție nucleară; Sistemul de răcire de urgență are surse de alimentare independente.

Prezența sistemelor de protecție biologică deosebită. Serviciul de ventilație și răcire de urgență și control dozimetric vă permite să protejați complet personalul de întreținere a CNE de efectele nocive ale expunerii radioactive.

Echipamentul sălii mașinilor CNE este similar cu echipamentul sălii mașinilor CNE. Distinge, o caracteristică a majorității centralelor nucleare este utilizarea aburului cu parametri relativ scăzuti, saturati sau ușor supraîncălziți.

În același timp, pentru a exclude deteriorarea prin eroziune a palelor ultimelor trepte ale turbinei de către particulele de umiditate conținute în abur, în turbină sunt instalate separatoare. Uneori este necesar să se utilizeze separatoare la distanță și reîncălzitoare de abur. Datorită faptului că lichidul de răcire și impuritățile conținute în acesta sunt activate la trecerea prin miezul reactorului, soluția de proiectare a echipamentului halei de turbine și sistemul de răcire al condensatorului turbinei CNE cu o singură buclă ar trebui să excludă complet posibilitatea de răcire. scurgere. La CNE cu dublu circuit cu parametri mari de abur, astfel de cerințe nu sunt impuse echipamentelor halei de turbine.

O parte din puterea termică a reactorului acestei centrale nucleare este cheltuită pentru furnizarea de căldură. Pe lângă generarea de energie electrică, centralele nucleare sunt folosite și pentru desalinizare apa de mare. CNE, care sunt cele mai multe aspect modern centralele electrice au o serie de avantaje semnificative față de alte tipuri de centrale electrice: în condiții normale de funcționare, nu poluează deloc mediul, nu necesită legarea de o sursă de materii prime și, în consecință, pot fi amplasate aproape oriunde, noi unitățile electrice au o capacitate aproape egală cu cea a unei hidrocentrale medii, dar factorul de utilizare a capacității instalate la centralele nucleare (80%) depășește semnificativ acest indicator la hidrocentrale sau termocentrale. Faptul că din 1 kg de uraniu poți obține aceeași cantitate de căldură ca atunci când ard aproximativ 3000 de tone de cărbune poate vorbi despre eficiența și eficacitatea centralelor nucleare.

Practic, nu există dezavantaje semnificative ale centralelor nucleare în condiții normale de funcționare. Totuși, nu se poate să nu sesizeze pericolul centralelor nucleare în eventuale circumstanțe de forță majoră: cutremure, uragane etc. - aici modelele vechi de unități de putere prezintă un potențial pericol de contaminare prin radiații a teritoriilor din cauza supraîncălzirii necontrolate a reactorului.

13. Concluzie

După ce am studiat în detaliu fenomenul de electrificare și structura atomului, am aflat că atomul este format dintr-un nucleu și electroni încărcați negativ în jurul lui. Nucleul este format din protoni încărcați pozitiv și neutroni neîncărcați. Când un corp este electrificat, pe corpul electrificat apare fie un exces, fie o lipsă de electroni. Aceasta determină sarcina corpului. Există doar două tipuri de sarcini electrice - sarcini pozitive și negative. Ca rezultat al muncii mele, m-am familiarizat profund cu fenomenele electrostatice și mi-am dat seama cum și de ce apar aceste fenomene. De exemplu, fulgerul. Fenomenul electrostaticei este strâns legat de structura atomului. Atomi de substanțe precum uraniu, radiu etc. posedă radioactivitate.Energia atomului este de mare importanţă pentru viaţa întregii omeniri. De exemplu, energia conținută într-un gram de uraniu este egală cu energia eliberată în timpul arderii a 2,5 tone de petrol. În prezent, energia radioactivă a atomilor și-a găsit aplicarea în multe domenii ale vieții. În fiecare an se construiesc din ce în ce mai multe centrale nucleare (centrale nucleare), se dezvoltă producția de spărgătoare de gheață și submarine cu reactor nuclear. Energia atomică este folosită în medicină pentru tratamentul diferitelor boli, precum și în multe domenii. economie nationala. Utilizarea necorespunzătoare a energiei poate reprezenta un pericol pentru sănătatea organismelor vii. Energia atomilor poate aduce beneficii oamenilor dacă învață să o folosească corect.

„Fizica „Electrostatică”” – Influența mediului. Controlul de testare. Rezolvarea sarcinilor cheie. Suma dintre pozitive și negative particule elementare. Este posibil să împărțiți o sarcină electrică la infinit? Examinare sarcini de testare. Factorul de proporționalitate. Electrificare. sarcina negativa. repetarea cunoștințelor. Electrostatică. Repetarea conceptelor de bază.

„Electrificarea corpurilor în contact” - Două corpuri - electrificate și neelectrificate. Două tipuri de acuzații. În secolul al XVIII-lea au fost organizate distracții laice. Electrificarea tel. Electrificarea corpurilor la contact. Chihlimbarul este rășina fosilizată a coniferelor. Găsiți încărcăturile bilelor. Aruncă o privire la poza din dreapta. Corpuri cu sarcini electrice de același semn.

„Procesul de electrificare a corpurilor” – Cartonaș roșu. Informații despre om de știință. Să repetăm. De ce atașează un lanț de sol la camioanele cu combustibil. Regimul de umiditate. Ce este electrificarea. Mecanic de caravană. Din istorie. Materiale la îndemână. Care este semnul încărcării pe mingi. Sh.Kulon. Sarcina lui Dalton. laborator de fizica. Electrificarea tel. Interacțiunea corpurilor încărcate.

„Experimente de electrificare” – Eel electric. Originea termenului „electricitate”. Electrificare. Filosoful Thales. fenomene electrice. Formarea ideilor inițiale. O bucată de chihlimbar. Găsiți începutul tuturor. Frecarea corpului corpuri electrificate. Corpuri cu încărcături de același semn. Electrificarea tel. Electrometre. Electrificare lichidă.

„Electrificarea corpurilor” – Filtrele electrostatice sunt folosite pentru curățarea aerului. Dezvoltarea activității cognitive a elevilor prin forme de joc ale lecțiilor. Fumat. Influența electrificării. Tinder este, de asemenea, chihlimbar pe chihlimbar, pe diamant, pe sticlă și multe altele. Fenomene rezultate din electrificare. „Găsiți începutul tuturor și veți înțelege multe.

„Electricitate statică” - Timp de mii de ani, strămoșii noștri au umblat pe pământ desculți, împământând natural. Acumularea de electricitate statică. Umidificați aerul din cameră cu o sticlă de pulverizare și ștergeți-l o dată pe zi cu o cârpă umedă. În sezonul cald, încercați să mergeți desculț cât mai mult posibil, mai ales pe teren umed.

În total sunt 14 prezentări la subiect

„Istoria dezvoltării iluminatului electric”- Pentru lucru la arcuri de carbon de mare intensitate N.A. Karyakin și personalul său au primit Premiul de Stat. Lampa Yablochkov a găsit cea mai largă aplicație în iluminatul stradal marile orașe. Proiectoarele cu astfel de surse de lumină au fost folosite în timpul Marelui Războiul Patriotic, precum și în filmări și pentru proiecții de filme. Este de remarcat contribuția lui N.A. Karyakin în dezvoltarea arcurilor de mare intensitate cu electrozi de carbon.

„Conducție termică și transfer de căldură”- Sarcina numărul 2. De ce este subsolul cel mai rece loc din casă? Convecție. Care substanțe au cea mai mare și cea mai scăzută conductivitate termică? Vă mulțumim pentru atenție! Cu conducerea căldurii, nu există transfer de materie de la un capăt la altul al corpului. Într-un spațiu în care nu există particule, conducerea căldurii nu poate avea loc. Radiația este un flux de unde care transportă energie (propagarea undelor de energie). Conductibilitatea termică a materialelor.

„Lomonosov - marele om de știință rus”- Memoria lui Lomonosov. Patria lui Lomonosov. Lomonosov și-a dezvoltat propria metodologie științifică. Scopul final cercetare științifică. Lomonosov este poet și educator. Lucrări științifice Lomonosov. Monument în Patria Mamă. M. V. Lomonosov. Creativitatea Lomonosov. Monumentele lui Lomonosov. Metode de determinări cantitative. Mihail Vasilievici Lomonosov. Mare om de știință rus. Atitudine ostilă. Filozof. Lucrări în mozaic de Lomonosov.

„Om de știință rus Lomonosov”- M.V. Lomonosov este un mare om de știință rus. Lomonosov Mihail Vasilievici s-a născut la 8 noiembrie 1711. Datorită perseverenței, reușește să finalizeze întregul curs de 12 ani în 5 ani. Lomonosov în știință. Spune, citate și aforisme ale lui Lomonosov. Lomonosov și fizica. Științele hrănesc tinerii, dau bucurie bătrânilor. Lomonosov și matematica. Lomonosov în astronomie. Lomonosov și chimia. În primăvara anului 1765, Lomonosov a răcit. Memoria marelui savant-encicloped rus.

„Fizica în bucătărie”- Difuzie. Conductivitate termică. O experienta. Explicația experienței. Convecție. Fizica în bucătărie fenomene termice. Experimentați cu un pahar cu dungi. De ce ceaiul este preparat cu apă clocotită. Transfer de căldură.

„Experimente despre transferul de căldură”- Procesul de modificare a energiei interne a corpului. Metode de transfer de căldură în practică. Mutat la stânga. Valori. O coloană de lichid colorat. Încălzim apa în eprubetă de sus. Substanţă. Elevi. Conceptul de transfer de căldură în practică. Conductivitate termică. Convecție. O bucată de gheață. Termometru de cameră. Încălzirea unui obiect metalic. Apa fierbe în eprubetă. Încălzim eprubeta de jos. obiect metalic încălzit.