Атомная физика, формулы

������ (�������� ������ � �������)

Атомная физика, формулы

�� ����� ���������� ���� �� ����� ���������� ��������� ����� � ��������, ����� ������������ � �� ����������� ����� � �����, ������� ���������� ����� ����� ������� ���� �� �� ����� 200 ��? ������ ������� h  =  2 �. ���� ����� ������ ����� I = 800 ��. �������.
������� 9

���������� l ����� ������� ����� ���������� �� ������� �������������� ������������

(1)

����� ����� ������� �� �������� �������� �����, ��� ��� �� ������� ���� �� ��������� � ����������� �� �����, � ������� ������������ ������������. ������� ���������� ���������� r �� ����� �� ����� A ����� �� ������� ������������:

(2)

��� α  –  ����, ��� ������� ������ ����; �  – ������������, ����������� ����� ������, I –  ���� ��������� �����. ��������� � (2) ��������� r:

(3)

��������� ��������� (3) � (1) :

(4)

����������:

(3)

������ 10

�������� ���������� ��������� ���������� f1  = 5 ��, ������� f2 = 25 ��. ������� ��������� �� ���������� s = 5,1 �� �� ��������� (���. 10). ��������� ����� ������ ���������� � �������� ����������� ���������� β. �������.

���������� ����������

(1)
������� 10

��� β1  –  ���������� ���������; β1  –  ���������� �������, ����������� �� ��������

(2)
(3)

��� s‵  –  ���������� �� ��������� �� ��������� �� ��������������� �����������; 0,25  –  ���������� ���������� ������� ��� ����������� �����, �. � ������ (2) � (3) ������� (1) ������ ���

(4)

���������� s‵ �� ��������� �� ����������� ����� ����� �� ������� �����:

(s  –  ���������� �� �������� �� �����), ������

��������� ��������� ��� s‵ � (4), �������

(5)

������� � �� ��������, �������� � ��������� ������� (5):

����� ������ ���������, ������ �� ��������� �����������. �������������� �����������, �������� ����������, ������ ������ � ������ �������, ��� ��� ������ ��������� ��� ���� (���.10). ������� ����� ������

(6)

����������:

������ 11

���������� ����� ������� �� 1 �� ������������� �������, ���� ��� ���������� ������� ����� ������ ����� λ = 600 �� ������� ���� ������ �������� �� ���������� l = 3,3 �� �� ������������. ���������� �� ������� �� ������ L = 110 ��.

(������� 11)

�������.

����� ������� N �� 1 �� ������� ��������� �� �������

(1)

��� d  –  ������ ������� (���.11). ������ ������� ������ �� ������� ���������:

(2)

��� φ  –  ����, ��� ������� ����������� k – � ��������;k – ������� (�����) ���������. ����� ���� ��� ��� ��������� 1 – �� ������� ���� ���, ����� �������

(3)

��������� � ������� (2) ��������� ������ ���� �� (3), ��������� ���������� �������:

(4)

� ������ (4) ������� (1) ������ ���

(5)

������� �������� �������� �������, �������� � (5), � ��

����������:

������ 12

���������� ������������ � ��������� ��������, ���� ��� ����������� ����� ����� ������ � ���� ��������� ������ l = 20 �� ��������� ����������� ����� �������������� �� ���� φ  = 10º. �������� �������� ������ � �������� �������.

�� ������� ��� ���� �������� ��������� ����������� ��������� ������������ ��������:

(1)
(2)

������� �������� �������� �������, �������� � (2) � ��:

�������� ������� ������������:

������ 13

�������� ������� ��������� ��������� ������� ���� ��� ��������� ����������� ���������� �� ����� ���� λ�  = 1 ���.

��������� ��������������� ���� ��� ���� ����������� �������� W, ���������� � ������� S = 300 ��² ����������� ���� �� ����� t = 1 ���. ���������� ����� �����, ��������������� ���� �������. �������.

��������������� ��������� ������� ���� ������������ �� ������ �������-���������:

(1)

��� ς  –  ���������� ����������������; �  –  ����������������� ����������� ����. �� ������ �������� ����

(2)

��������� ����������������� �����������:

(3)

��� λ� –  ����� �����, �� ������� ���������� �������� ��������� ��� ����������� T; �′ –  ���������� ����. ��������� ��������� T �� (2) � (1), �������

(4)

�������, ���������� � ������� S ����������� ���� �� ����� t, ��������� �� �������

(5)

�� ������ ��������� ����������� ������� � �����

(6)

(�  –  �������� ����� � �������,W – �������) ����� ����� ���������:

(7)

�������� ������� (3):

(7)

������� � �� ��������, �������� � ������� (3), (4) � (6):

�������� ������� �������� �� �������� (3),(4) � (6):

������ 14

��� ������������� ��������� ����� �������� �����, ���������� ���������������� ����� ������ λ = 632 ��. ������������� ��������� ���������� ����� �������, ����������� �������, �������� S = 5 ��². ����� ��������� 10 ���. �������.

���������� �������, ����������� �������, �����

(1)

��� W – ������� ��������� ����� �� ����, ε  –  ������� ������. ������� �����, ��������� �� ����,

(2)

��� J – ������������� ���������, �. �. ������� �����, ��������� �� 1 �² �� 1 �; S  –  �������; t  –  �����. ������� ������ ������������ �������� ������

(3)

��� h  –  ���������� ������, �  –  �������� �����,λ  –  ����� �����. ��������� (2) � (3) � (1), �������

������� �������� �������� �������; �������� � (4), � ��:

����������:

(1)

������ 15

�� ����������� �������� S = 3 ��² �� ����� t = 10 ���. ������ ����, ������� �������� W = 20 ��. ����������: 1) ������������ (�������������� ������������) �����������, 2) �������� �������� �� �����������, ���� ���: �) ��������� ��������� ����; ��������� �������� ����. �������.

������������ ������������ �� �������

(1)

������� � �� �������� �������� � ��� ������� �������:

S  = 3· 10-4 �²;

����������:

2. �������� �������� ������������ �� �������

��� — �������� ��������� ������� ���������; � — �������� ����� � �������; ρ-����������� ���������. ���� ����������� ��������� ��������� ����, �� ρ = 0 � �����

���� ����������� ��������� �������� ����, �� ρ= 1 � �����

(1)

������ 16

����������: 1) ������������ ������� �; 2) �������� � �������������� ��� ��������� ������ ������ ������ ����� λ = 400 ��, ���� ������� ������� (�����) ����������� ��� ������ λ��  = 600 ��. �������.

1. ������������ ������� �������������� ��������� �� ������� ��������� ��� �����������:

(1)

��� h –  ���������� ������;ν  –  ������� �����; �  –  ������ ������ ���������; — ������������ ������� ��������������; m –  ����� ���������; �  –  �������� �������������. �� ������� (1) �������:

(2)

������� ����� ��������� �� �������

(31)

��� � �������� �����; λ � ����� ����� ��������� �����. ��� ����������� �������, ���������� ������ �������� ν�� ��������������� ������� ������� �����������, ������������ ������� �������������� ����� ���� � ������� (1) ������ ���

(4)

������ ������ ������ ������ ���

(5)

��� λ�� � ������� ������� �����������, �.�. ������������ ����� �����, ��� ������� ��� �������� ����������. ��������� � (2) ��������� ��� ν �� (3) � ��� � �� (5):

(6)

�������� ������� (6): ��  =  �� · � · �/� · 1/� = ��.

������� �������� �������� ������� � ��:

h = 6,63 · 10-34 ��·�;

� = 3 · 108 �/�;

λ = 4 · 10-7 �;

λ��  =  6·10-7 �.

����������:

(1)
(1)

(1 ��=1,60·10-19��) ���� ��������-�����.

2. �� �������    ���������� �������� ��������������:

��������, ��� m = 9,11 · 10-31 ��, �������� ������� �������� ��������������:

������ 17

���������� ������� ������, ����������� ������ �������� ��� �������� ��������� � �������� ��������������� ������ �� ������, � ����� ����� ���������������� �����, ��������������� ����� ������. �������.

������� ��������� � ����� �������� � ���������� ������ �� ���������� ������ � ���������� ������ (������ �������):

(1)

��� ε — ������� ������; h � ���������� ������; � � �������� ����� � �������; ν, ε — ������� � ����� �����, ��������������� ������ � �������� ε. ����� ����� ����������� ����� ������� � ������� ����� ������������:

(1)

��� R � ���������� ��������; n � ����� ��������������� ������, �� ������� ��������� ��������; k � ����� ��������������� ������, � �������� ������ ��������.

����������� � (2) R = 1,1 · 107 �-1; n=1; k=3 � ��������� ����� ����� λ:

� ��������� (1) ����������� �������� �������� h, c, ε � ��������� ε:

������ 18

������� �����, � ������� ������� ��������� � ������������ �������� , ����� ���������� �=10���� (����� ����). ���������� ����� m �������������� ������� � �������. ������ ����������� ������� �1/2=14,28 ���. �������.

����� �������������� �������� ����� ���������� �� �������:

(1)

��� N � ����� ������ (����); m/M � ����� �����; m � ����� ��������; M � �������� ����� ��������; NA � ���������� ��������. �� ������� (1) ��������� m:

(2)

����� ������ (����) ������� � ����������� � ��������:

(3)

��� λ — ���������� �������, ������� � �������� ����������� �1/2 ������������:

(4)
(5)

������� ��������, �������� � (5), � ��:

� = 10·3,7·104 �� (����������);

� = 32·10-3 ��/����;

NA = 6,02·1023 ����-1;

�1/2 = 14,28 ���·24 ���·3600 �.

������ 19

���������� ������ ����� Δm � ������� ����� ��� ���� ������ ���� . �������.

������ ����� ���� ������������ ����� �������� ����� �������� (�������� � ���������), ������������ ����, � ����� ���� � ������������ �� �������

(1)

��� Z � ��������� ����� (����� �������� � ����);(A-Z)-����� ��������� � ����; mp � ����� �������; A � �������� ����� (����� ����� �������� � ����); mn � ����� ��������; m� � ����� ����. ����� Z � � ����������� ��� ��������� ������� ��������: Z � ����� �����; � � ����� ������. � ������ ������ ��� ���� Z=5, A=10. ����� ���� ������ �� �������

(2)

��� m� � ����� ������������ �����; m� � ����� ���������. ����� �� ��������� ������ ��� ����� ����, ����������� ������� (1) � ������ (2):

(3)

(������� ������� �����)

��������� �������� �������� �������, �������� � (3), � �������� ������� ����� ���� ����:

������� ����� ���� � �������, ������������ ��� ����������� ���� � ���� ����������������� ���������, ������������ �� �������

(4)

��� � � �������� ����� � �������. ���� ������� ����� ��� �������� � ������������-�������, ������ ����� ���� Δm � ������� ��������, �� ������� (4) ��������� ���

(5)

��� 931 � �����������, ������������, ����� ������� � ������������-������� ������������� ����� 1 �.�.�. ��������� �������� Δm � (4), �������� ������� �����:

������ 20

��������� ������� ������� ������� . ���������� ��� ����������� �������? �������.

������� ������� ������� ���������� �� �������

(1)

��� Δm � ��������� ����� ��� �������, �.�. �������� ����� ������ ������, ���������� � �������, � ������ ������, �������������� � ���������� �������:

(2)

����� � ����� ����� ���������;

� ����� ����� �������� (������� ��������);

� ����� ����� �����;

� ����� ����� �����.

�� ������� (2) ��������� ��������� ����� ��� ������� Δm:

.

����������� �������� �������� Δm � (1) � ��������� ������� ������� �������:

� ���������� ������� ������� ���������� �������, ��� ��� ����� �������� ���� ������ ����� ����, �������������� � ���������� �������.

Источник: http://www.kgau.ru/distance/2013/et4/001/spravka.files/spr_01_05.htm

Атомная физика, формулы

Атомная физика, формулы

Определение 1

Атомная физика — это один из самых больших разделов физики, исследующий внутреннее строение атомов и простые процессы, которые происходят только на атомном уровне и являются постоянными.

Рисунок 1. Основные формулы ядерной физики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К атомной физике ученые непременно относят теорию элементарных частиц, методы и технику ускорителей положительно заряженных частиц, ядерную энергетику. Центральным составным элементом в этом направлении является нейтронная физика.

Основы атомной физики

Современная ядерная физика условно разделяется на экспериментальную и теоретическую.

Первое направление применяет такие исследовательские методы, как центральные ускорители положительно заряженных частиц, различные детекторы частиц и ядерные мощные реакторы.

Экспериментальный вид атомных процессов изучает модели комплексного строения ядра и ядерные реакции, базируясь на фундаментальных физических теоремах, которые были разработан физиками-теоретиками в процессе изучения свойств микромира.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Закон радиоактивного распада можно описать в такой формуле:

$N = No • t / T$, где:

  • $N$- число оставшихся ядер;
  • $No$ -начальное количество ядер;
  • $t$ — время;
  • $T$ — период полураспада.

Ядра всех атомов исследователи делят на два масштабных класса: радиоактивные и стабильные. Последние абсолютно независимы, и поэтому способны бесконтрольно распадаться, трансформируясь в ядра других химических элементов. Такие атомные преобразования протекают зачастую со стабильными ядрами при их тесном и систематическом взаимодействии друг с другом и с различными микрочастицами.

Средняя продолжительность жизни ядер в атомной физике приравнивается $t = 1,44 T$. В этой формуле $T$ — период полураспада, а $t$ — среднее время существований мельчайших частиц.

Активность ядер ученые записывают согласно такой формуле:

$A = N / (1.44 T)$, где:

  • $A$ -активность ядер;
  • $N$ — количество ядер;
  • $T$ — период полураспада.

В атомной физике особое внимание уделяется излучению и поглощению частиц, ведь эти процессы происходят регулярно и каждый раз трансформируются в разную энергию. Физики определяют поглощенную дозу излучения таким образом:

$D = E / m$, где:

  • $D$ — поглощенная доза излучения;
  • $E$ — поглощенная энергия;
  • $m$ — масса самого облучаемого вещества.

Энергия связи атомных ядер

Под постоянной энергией связи в атомной физике принято понимать тот параметр, который необходим для полноценного распада ядра на отдельные нуклоны. В конце XIX столетия общественности была представлена неустойчивость мельчайших частиц, к которым исследователи отнесли атомы полония, радия и урана.

Определение 2

Радиоактивность – это самостоятельное и бесконтрольное испускание химических веществ благодаря действию атомов.

Изучение этого явления занимались супруги Кюри, Беккерель и Резерфорд. В процессе многолетних исследований было определено, что радиоактивные частицы способны испускать три типа излучения.

Природа данных лучей крайне своеобразна и многогранна, — это универсальные электромагнитные волны с очень маленькой длиной волны (от $10{-8}$ до $10 {-11}$ см), которые движутся со скоростями, близкими к скорости световой волны.

Параллельно при таких трансформациях формируется огромное количество энергии и появляется вещество совершенно нового типа, которое обладает совершенно иными химическими и физическими свойствами, чем исходный предмет.

Оно может быть радиоактивным и трансформироваться одновременно в другое вещество. Таким образом, радиоактивность предполагает спонтанное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое систематическим испусканием разнообразных частиц.

Таким образом, радиоактивность подразумевает спонтанное изменение одних ядер, которое сопровождается систематическим испусканием и поглощением разнообразных частиц.

Ядерная физика в химии

Основное использование радионуклидов и радиоактивного поглощения в химии — сфера анализа и мониторинга более качественного и количественного состава химического вещества. Это направление получило в науке название радио аналитическая химия.

До официального открытия искусственной радиоактивности количество действующих радионуклидов, которые могут быть пригодны для применения в обычном анализе, было крайне ограничено.

Однако постепенно были созданы другие универсальные методы, которые основываются на измерении самой радиоактивности, причем естественные элементы применялись исключительно в качестве реагентов, взаимосвязанных с другими веществами.

Гораздо шире радионуклиды начали использоваться в мониторинге только после окончательного налаживания производства необходимых искусственных радионуклидов в ядерных процессах.

Это и дало хороший толчок к развитию радио аналитической химии. Данное научное течение, которое возникло на стыке аналитического учения и прикладной радиохимии, применяет только атомные характеристики конкретных нуклидов при количественном и качественном анализе веществ.

Методы радио аналитической химии помогают исследователям точно определить элементы, обнаруживая и измеряя характеристическое нестабильное рентгеновское излучение. Причем это явление может поглощать как само анализируемое вещество, так и его радиоактивный изотоп.

Изотопы зачастую присутствуют в химическом веществе, или же присоединяются к нему в результате активации. Кроме того, вполне вероятна ситуация, когда излучение формируется в результате различных процессов, происходящих с физическим телом (поглощение, отражение, рассеяние и т. д.).

Доказано экспериментально, что интенсивность излучения зависит от концентрации исследуемого вещества.

Поэтому самое активное применение радио-аналитические методы наблюдается в количественном анализе. Реже они используются при радиохимическом качественном анализе, которые не позволяет определить источник излучения по периоду самого полураспада, энергии и типу испускаемого излучения. Все методы радио аналитической химии можно разделить на три группы:

  • радиохимический анализ изучает все процессы, происходящие внутри различных химических веществ;
  • радио аналитические методы используются для исследования систем искусственных и естественных радионуклидов;
  • радио иммунологический анализ.

К указанным критериям принадлежит также активационный анализ, который основывается на детальном изучении радионуклида, что появляется в анализируемом объекте непосредственно в результате активной ядерной реакции. С точки зрения практического применения данный метод значительно сложнее индикаторного.

В современной физике атомов выделяют еще и не активационные методы анализа, базирующиеся на явлениях поглощения и излучения разных видов излучений ($α$, $β$, $γ$, нейтронного и так далее) при их трансформации в исследуемое вещество.

Иными словами, указанные способы ученые используют в процессе взаимодействия атома с другими веществом.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/atomnaya_fizika/atomnaya_fizika_formuly/

Основные элементы ядерной физики

Ядерная физика наших дней условно разделена на теоретическую и экспериментальную.

В первом направлении используются следующие исследовательские методы: ядерные реакторы большой мощности, всевозможные детекторы частиц и центральные ускорители.

Объектом исследований экспериментальным видом ядерных процессов являются ядерные реакции и модели комплексного строения атомов, которые были разработаны физиками-теоретиками в процессе изучения свойств микромира , основываясь на фундаментальных физических теоремах. Закон радиоактивного распада позволяет описывать формула , где под N обозначается число оставшихся ядер; No подразумевает начальное количество ядер; под t обозначено время; T представляет собой период полураспада.

По мнению исследователей, существует два масштабных класса ядер всех атомов: стабильные и радиоактивные. Первые из них являются абсолютно независимыми и обладают, поэтому, способностью бесконтрольного распада и трансформацией в ядра других химических элементов.

Подобные преобразования атомов часто проходят со стабильными ядрами при условии их тесного и систематического взаимодействия с различными микрочастицами и друг с другом. В атомной физике среднюю продолжительность жизни ядер приравнивают формулой .

Где Т обозначает период полураспада, а t обозначает среднее время существования мельчайших частиц. Ядерная активность записывается учеными формулой , где А обозначает активность ядер; под N понимают количество ядер, а Т является периодом полураспада.

Особое внимание в атомной физике уделяется поглощению частиц и излучению, в связи с регулярностью этих процессов и при которых происходит трансформация в разную энергию.

Поглощенная доза излучения определяется физиками формулой , где под D выступает поглощенная доза излучения; под E понимают поглощенную энергию; m обозначает массу облучаемого вещества.

Связи атомных ядер на энергетическом уровне

Под постоянной энергий связи в ядерной физике понимают параметр, необходимый для полноценного распада ядра на отдельные нуклоны. Неустойчивость мельчайших частиц, к которым исследователи отнесли атомы полония, урана и радия, была представлена общественности в конце XIX столетия.

Радиоактивностью является бесконтрольное испускание химических веществ в следствии действия атомов.

Данное явление исследовали Резерфорд, Беккерель, супруги Кюри. Многолетние исследования позволили определить три типа излучения, испускаемые радиоактивными частицами.

Данные лучи обладают своеобразной и многогранной природой, они представляют собой электромагнитные волны, со скоростями движения, которые приближаются к скорости света, и с малой (от см до см) длиной волны.

При таких трансформациях параллельно происходит формирование огромного количества энергии и появление вещества абсолютно нового типа, физические и химические свойства которого абсолютно отличаются от свойств исходного предмета. Вещество может быть радиоактивным и может одновременно трансформироваться в другое вещество.

Радиоактивность, таким образом, предполагает спонтанное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровождающееся систематическим испусканием разного рода частиц. Следовательно, радиоактивность подразумевает изменение одних ядер спонтанным образом при сопровождении систематического поглощения и испускания разнообразных частиц.

Физика ядер в химии

Радионуклиды и радиоактивное поглощение используются в химии главным образом в сфере мониторинга и анализа более качественного и количественного состава химического вещества. Данное научное направление называется радио аналитической химией.

До того, как искусственная радиоактивность была официально открыта, количество действующих радионуклидов, пригодных для использования в обычном анализе, было очень ограничено.

Но постепенно шло создание других универсальных методов, основанных на измерении радиоактивности, естественные элементы при этом использовались исключительно как реагенты взаимосвязанных при этом с другими веществами.

Радионуклиды стали использоваться в мониторинге гораздо шире только после того, как наладилось производство радионуклидов искусственного происхождения в ядерных процессах. В результате этого быстро стала развиваться радио аналитическая химия. Эта научная отрасль, возникшее в рамках взаимодействия прикладной химии и аналитического учения, использует исключительно атомные характеристики при проведении анализа веществ на предмет качества и количества.

Данным научным течением, которое возникло в рамках взаимодействия прикладной химии и аналитического учения, при проведении качественного и количественного анализа вещества используется исключительно атомные характеристики.

При помощи методов аналитической химии исследователям удается определять элементы с высокой точностью выполняя измерения обнаруженного характеристического нестабильного рентгеновского излучения. Это явление при этом способно поглощать помимо анализируемого вещества его радиоактивный изотоп.

Изотопы могут часто находиться в химическом веществе, а могут в результате активации присоединяться к нему. Помимо этого, имеется вероятность формирование излучения в результате протекания процессов разного рода (рассеяние, отражение, поглощение и т.д.), которые происходят с физическими телами.

Экспериментально удалось доказать зависимость интенсивности излучения от величины концентрации исследуемого вещества. Именно поэтому радио-аналитические методы активно применяются в количественном анализе.

При радиохимическом качественном анализе, не позволяющем определить источник излучение по типу, энергии испускаемого излучения и по периоду самого полураспада, они используются реже.

Различают три группы методов радио аналитической химии: радиохимический анализ занимается изучением всех процессов, которые происходят внутри различных химических веществ; для исследования систем естественных и искусственных радионуклидов используются радио аналитические методы; радиоиммунологический анализ.

К данным критериям также относится активационный анализ, в основе которого лежит детальное изучение радионуклида, который возникает в анализируемом объекте, что является результатом активной ядерной реакции. Однако данный метод с точки зрения практического использования является более сложным по сравнению с индикаторным. В современной атомной физике можно выделить также не активационные методы анализа, базой которого служат явления излучения и поглощения излучений разного вида (альфа, бета, гамма, нейтронного и т.д.). То есть данные способы используются ученым в процессе взаимодействия атома и других веществ.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/atomnaya-fizika-formuli/

Booksm
Добавить комментарий