Атомная физика, основные понятия и формулы

Атомная и ядерная физика

Атомная физика, основные понятия и формулы

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайдОписание слайда:

КГУ «Специализированная школа-лицей № 34, для одаренных детей» Атомная и ядерная физика Специальная теория относительности подготовка к ЕНТ 2015-2016 учебный год

2 слайдОписание слайда:

Основные формулы квантовой физики: — формула Планка, энергия одного фотона — уравнение Эйнштейна для фотоэффекта — импульс фотона — масса фотона

3 слайдОписание слайда:

Основные формулы ядерной физики: Энергия связи ядра(Е в Дж, ∆m в кг) Энергия связи ядра(Е в МэВ, ∆m в а.е.м) — закон радиоактивного распада ΔM = Zmp + Nmn — MЯ — дефект массы ядра

4 слайдОписание слайда:

Постулаты Бора: Первый постулат: Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия (Еn) и определенный радиус орбиты электрона(rn); в стационарном состоянии атом не излучает Второй постулат: Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией (Еk) в стационарное состояние с меньшей энергией (Еn). Энергия излученного фотона (hνkn) равна разности энергий стационарных состояний                  

5 слайдОписание слайда:

1.Какой из нижеприведенных графиков соответствует зависимости импульса фотона от длины волны излучения? А)   B)   C)   D)   E)   E)  

6 слайдОписание слайда:

Импульс фотона вычисляют по формуле: Следовательно импульс фотона обратно пропорционален длине волны E)   Ответ:

7 слайдОписание слайда:

2. На рисунке представлен график зависимости энергии кванта от длины волны. В каком соотношении находятся между собой абсолютные показатели преломления этих сред?

8 слайдОписание слайда:

Рассмотрим значения энергий для одной длины волны Формула энергии, с учетом показателя преломления будет иметь вид: Следовательно, зависимость между энергией и показателем преломления – обратно пропорциональная, т.е большему значению энергии соответствует меньшее значение показателя преломления и наоборот Ответ: n1 < n3 < n2

9 слайдОписание слайда:

3.Тренированный глаз, длительно находящийся в темноте, воспринимает свет с длиной волны 500 нм при мощности не менее 2,1∙10-17 Вт. Определите число фотонов, которые попадают ежесекундно на сетчатку глаза. По формуле мощности: Ответ: не менее 52 фотона

10 слайдОписание слайда:

4.Цинковый катод фотоэлемента освещается излучением с длиной волны 0,207 мкм. К электродам подсоединен конденсатор емкостью 2мкФ. Какой заряд будет на конденсаторе, после длительного облучения? Работа выхода для цинка 5,6·10-19 Дж.

При длительном освещении, напряжение на конденсаторе будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта.

Решение откуда найдем задерживающее напряжение из уравнения Энштейна дя фотоэффекта, учитывая что При длительном освещении, напряжение на конденсаторе будет равно задерживающему напряжению для фотоэффекта.

11 слайдОписание слайда:

откуда подставляя, получим После подстановки числовых значений и расчетов получим: Ответ:

12 слайдОписание слайда:

5. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 6,4 эВ. Определить силу тока проходящего через резистор сопротивлением 8 Ом. Чтобы перевести кинетическую энергию в систему СИ —

13 слайдОписание слайда:

Кинетическая энергия фотоэлектронов определяет задерживающее напряжение при фотоэффекте: откуда — — из закона Ома: следовательно Подставляя значения получим:

14 слайдОписание слайда:

6. При бомбардировке некоторого элемента    -частицами, выбрасывается нейтрон и образуется элемент, который после позитронного распада превращается в изотоп             . Какой элемент подвергся облучению? Запишем уравнения реакций происходящих в данном процессе: Решение 1 2 Тогда: 6+1=Z+2, Z=6+1-2 =5 A+3=13, A=13-3=10 Искомый элемент: (бор)

15 слайдОписание слайда:

7. Определить период полураспада радиоактивного элемента, если за промежуток времени 1,2 с, число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества Закон радиоактивного распада Если число распавшихся атомов составляет 75% от первоначального количества, то число не распавшихся 25% т.е.

16 слайдОписание слайда:

8.

Используя информацию, приведенную на рисунке, определить чему равна энергия фотона с наибольшей длиной волны, поглощаемого атомом водорода находящимся на втором энергетическом уровне? Так как энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, фотону с наибольшей длиной волны будет соответствовать наименьшая энергия. Значит, при поглощении такого фотона атом перейдет на 3 энергетический уровень. Т.е.

17 слайдОписание слайда:

Согласно второму постулату Бора: Ответ: энергия фотона = 1,89 эВ

18 слайдОписание слайда:

9. Заряд ядра равен 19,2•10-19 Кл. Какому из нейтральных атомов соответствует этот заряд? Общий заряд ядра: Следовательно, это ядро с порядковым номером 12

19 слайдОписание слайда:

10.  В результате нескольких        и        распадов радиоактивное ядро         , превращается в элемент            . Сколько  распадов произошло и какие? Решение При радиоактивных распадах массовое число меняет только распад Ответ:

20 слайдОписание слайда:

11. На рисунке представлен график зависимости количества числа распавшихся атомов для трех радиоактивных элементов от времени. В каком соотношении находятся их периоды полураспадов?

21 слайдОписание слайда:

Рассмотрим число распавшихся ядер через один промежуток времени: t0 N1 N3 N2 Чем больше распалось ядер за один и тот же промежуток времени, тем меньше период полураспада Ответ: T1 < T3 < T2

22 слайдОписание слайда:

Постулаты специальной теории относительности: Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Это предельная скорость передачи взаимодействий в природе  Любое физическое явление протекает одинаково во всех инерциальных системах отсчёта

23 слайдОписание слайда:

Основные формулы специальной теории относительности: -релятивистское увеличение массы — сокращение линейных размеров -растяжение времени (собственное время движущегося объекта меньше промежутка времени в неподвижной системе отсчета)

24 слайдОписание слайда:

— релятивистский импульс — релятивистское правило сложения скоростей — связь массы и энергии (полная энергия) — энергия покоя

25 слайдОписание слайда:

Найдем кинетическую энергию:

26 слайдОписание слайда:

12. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его масса стала в 3 раза больше его массы покоя? Релятивистское увеличение массы:

27 слайд 28 слайдОписание слайда:

13. Два электрона движутся в противоположные стороны со скоростями 0,5с и 0,6с соответственно. Чему равна скорость второго электрона в системе отсчета, связанной с первым электроном? Согласно релятивистскому правилу сложения скоростей: Ответ:

29 слайдОписание слайда:

14. Время жизни частицы, покоящейся относительно ускорителя равно t. Чему равно время жизни частиц, которые движутся в ускорителе со скоростью 0,6с? Формула растяжения времени: Ответ:

30 слайдОписание слайда:

15. Релятивистская масса движущегося протона в 1,5 раза больше его массы покоя. Определите полную и кинетическую энергию этого протона. Релятивистское увеличение массы:

31 слайдОписание слайда:

Тогда кинетическая энергия: А полная энергия:

32 слайд

Курс повышения квалификации

ЕГЭ по физике: методика решения задач

Общая информация

Источник: https://infourok.ru/atomnaya-i-yadernaya-fizika-1375222.html

Атомная физика, основные понятия и формулы

Атомная физика, основные понятия и формулы

Определение 1

Атомная физика — это большой раздел физики, который исследует строение атомов и простые процессы, происходящие исключительно на атомном уровне.

Рисунок 1. Атомная физика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К атомной физике непременно относится физика элементарных частиц, техника и методы ускорителей положительно заряженных частиц, ядерная энергетика. Основным составным элементом в данном направлении является нейтронная физика.

Современная атомная физика условно разделяется на экспериментальную и теоретическую.

Экспериментальная физика применяет такие исследовательские способы, как центральные ускорители заряженных частиц, разнообразные детекторы частиц и ядерные реакторы.

Экспериментальный вид атомной физики исследует модели строения ядра и ядерные реакции, базируясь на фундаментальных физических гипотезах, которые были созданы в процессе изучения физики микромира.

Ядра всех атомов ученые разделяют на два масштабных класса: радиоактивные и стабильные. Последние самостоятельно и бесконтрольно распадаются, трансформируясь в ядра других веществ. Такие атомные преобразования могут протекать и со стабильными ядрами при их тесном взаимодействии друг с другом и с разнообразными микрочастицами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Любое положительно заряженное ядро и коэффициент его заряда определяется числом движущихся протонов в ядре $Z$ (зарядовый показатель). Количество нейтронов и протонов в ядре определяет общее массовое число ядра $A$. Элементы с одинаковым зарядовым показателем $Z$ и разными массовыми числами $A$ называются в физике изотопами.

В атомной физике существует множество определений, которые необходимо знать, однако сегодня мы разберем только некоторые из них.

Протоны и нейтроны представляют собой главные элементарные частицы, из которых состоит само ядро атома.

Возбужденное состояние выступает в качестве определенного состояния атома, в котором он несет большую энергию, чем при обычных процессах.

Квантование предполагает способ детального отбора орбит электронов, которые соответствуют всем стационарным состояниям атома.

Нуклон выполняет роль мельчайшей частицы, обладающая двумя основными зарядовыми состояниями: протон и нейтрон.

Заряд ядра показывает число протонов в ядре, которое можно сравнить с атомным номером вещества в периодической системе Менделеева.

Изотопы подразумевают ядра, которые имеют одинаковый заряд, если массовое количество нуклонов различно.

Изобары демонстрируют ядра, которые обладают одним и тем же числом нуклонов, при различных зарядах.

Нуклид показывает это определенное ядро со значениями $А$ и $Z$. Обозначается в физике: $fiz 29.1$, где $X$ — символ конкретного химического элемента, $A$ — это массовое количество нуклонов, $Z$ — это положительный заряд ядра и число протонов, $N$ — это коэффициент нейтронов в ядре.

Определение 2

Атомная единица массы — бесконтрольная единица массы, используемая для определения масс молекул, атомных ядер и элементарных частиц.

Физики записывают ее формулы таким способом:

$\Large 1 a.e.m=1,660 540\times 10{-27} [Кг]$

где $\Large 1 a.e.m$ считается величиной, обратно пропорциональной количеству Авогадро, то молярная интенсивность этого элемента, представленная в граммах на моль, полностью совпадает с массой атома конкретного вещества, выраженной в $a.e.m$.

Для нахождения указанного термина пользуются различными принципами методами. Часть их базируется на экспериментальном уточнении молекулярной массы конкретного соединения элемента. В этом случае атомная масса будет равняться доле общей молекулярной массы, приходящейся на эту частицу, деленной на количество его атомов в молекуле.

Дефект массы ядра

Точные измерения плотности и масс ядер показывают, что указанный коэффициент всегда меньше итоговой суммы масс покоя элементов, которые слагают его свободные нейтроны и протоны.

При таком систематическом делении ядра его масса всегда меньше начальной суммы масс покоя образовавшихся свободных элементов. При синтезе ядра: масса сформировавшегося ядра всегда меньше показателю масс стабильного покоя свободных частиц.

Дефект массы ядра показывает определенную разницу между массой самого ядра и суммой масс всех существующих в ядре нуклонов.

Энергия фотона

Распространение световых лучей необходимо рассматривать как постоянный поток локализованных в пространственной среде дискретных элементов, а не как непрерывный волновой процесс, движущийся со скоростью равную быстроте света в вакууме. В 1926 году эти вещества получили название фотонов, которые обладают всеми характеристиками частицы.

Определение 3

Энергия фотона — это активность элементарной частицы или квант электромагнитного светового излучения.

Это безмассовая частица, которая может полноценно существовать двигаясь со скоростью света. Ее формула записывается таким способом:

$\LARGE E=hu = h\frac{c}{\lambda }$

Таким образом положительная энергия фотона возрастает с ростом частоты и с уменьшением длины волновых процессов. Так же фотон имеет: плотность фотона:

$\LARGE m=\frac{hu}{c2}=\frac{h}{c\lambda }$

и импульс фотона:

$\LARGE p=\frac{hv}{c}=\frac{h}{\lambda }$

Фототок представляет собой процесс, возникающий в конкретной цепи, где пластинка прочно присоединена к отрицательному полюсу основного источника — фотокатода. Фототок появляется практически параллельно с освещением свойств фотокатода. Фототок насыщения абсолютно пропорционален насыщенности света, падающего на конкретную цинковую пластинку.

Скорость радиоактивного распада

Скорость радиоактивного распада представляет собой определенное количество распадов в единицу времени и записывается так:

$\large I(t) = I_0 e{-\lambda t}=I_0 2{-\frac{t}{T}}$

Для того, чтобы данная формула стала более понятной, необходимо продифференцировать выражение для определения зависимости числа атомов от времени. Таким образом:

  • $\large I(t) = -\frac{d}{dt} (N_0 e{-\lambda t})$;
  • тогда получается, что скорость постоянного радиоактивного распада $\large I(t) = I_0 e{-\lambda t}=I_0 2{-\frac{t}{T}}$.

Стоит отметить, что зависимость от времени количества не разрушившихся радиоактивных атомов и коэффициента распада описывается одной и той же постоянной $~\lambda$.

На сегодняшний день основными разделами современной атомной физики выступают теория атома, оптическая спектроскопия, радиоспектроскопия, рентгеновская спектроскопия, физика ионных и атомных столкновений. В то время как рентгеновские методы исследует излучения атомов с мощными энергиями квантов до сотен тысяч, радиоспектроскопия изучает исключительно малые кванты.

Замечание 1

Важнейшая задача атомной физики заключается в детализированном определение всех особенностей состояний атома в виде обозначений вероятных значений интенсивности энергии атома — его систем, принципом и других величин, которые более точно описывают состояние атома.

Изучается сверхтонкая структура уровней энергии, трансформация уровней сил под влиянием электромагнитного поля.

Таким образом, атомная физика непрерывно связана с другими известными разделами физики и другими естественными науками о природе. Правильные представления о структуре атоме, выработанные этим направлением, имеют огромное мировоззренческое значение.

«Стабильность» мельчайших частиц объясняет устойчивость разных видов вещества, целостность химических элементов в природе.

«Пластичность» же атома и систематические изменения его свойств при различных внешних условиях объясняет вероятность возникновения более сложных концепций, качественно своеобразных, их уникальную способность получать разные формы внутренней организации.

Так находит решение то противоречие между идеей о неизменных свойствах атомах и качественным многообразием элементов, которое существовало и в древние времена, и на данный момент, выступая хорошим основанием для критики атомизма.

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

Основные формулы и методические рекомендации по решению задач на физику атомного ядра

Атомная физика, основные понятия и формулы

Данная тема посвящена тому, что вспомним некоторые важные определения, понятия и формулы, относящиеся к разделу физики атомного ядра, а также дадим общие рекомендации по решению задач на данную тему.

После создания ядерной модели атома вопрос о составе атомного ядра стал одним из основных в ядерной физике. Из чего состоит атомное ядро? Какие силы удерживают составные части ядра друг возле друга? Какие превращения ядер возможны?

Ответы на эти вопросы физика смогла дать только по мере накопления сведений о различных свойствах ядер, в особенности сведений о заряде и массе ядра.

Как оказалось, заряд ядра равен модулю суммарного заряда электронов, входящих в состав атома. В единицах элементарного заряда заряд ядра равен порядковому номеру элемента в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева. Массу ядра выражают обычно в атомных единицах массы.

Целое число, ближайшее к значению атомной массы, выраженной в атомных единицах массы, называется массовымчислом.

Условились ядро обозначать химическим символом атома, которому оно принадлежит, с двумя индексами; вверху — массовоечисло, внизу — заряд в единицах элементарного заряда, называемый иногда зарядовымчислом.

Исследования показали, что атомные массы изотопов тем ближе к целым числам, чем легче изотоп, то есть чем меньше атомная масса. Это навело Эрнеста Резерфорда на мысль о том, что ядро состоит из частиц, атомные массы которых близки к единице. Поскольку этому условию хорошо удовлетворяло ядро атома водорода, то он предположил, что в состав всех ядер входит ядро водорода — протон.

В 1919 году Резерфорд и Блеккет, осуществив первую ядерную реакцию, на опыте обнаружили протон. При захвате a-частицы ядро азота превращалось в составное ядро фтора, которое находилось в возбужденном состоянии и в течение 10–16 — 10–12 секунд превращалось в конечное ядро изотопа кислорода-семнадцать 17О, при этом выделялся протон.

Однако, если бы в состав ядра входили только протоны, то заряд ядра, выраженный в элементарных зарядах, был бы численно равен массе ядра, выраженной в атомных единицах массы. Однако это условие выполняется только для атома водорода, массы же всех остальных атомов превышают численно заряды их ядер.

В 1920 году Резерфорд высказал предположение о том, что в ядрах атомов имеются какие-то электрически нейтральные частицы с массой, приблизительно равной массе протона. В 1932 году сотрудник Резерфорда Джеймс Чедвик обнаружил их на опыте, бомбардируя атомы бериллия a-частицами. Эту частицу назвали нейтроном.

Нейтрон — элементарная частица, масса которого близка к массе протона, а ее заряд равен нулю.

Вскоре после открытия нейтрона в 1934 году советский ученый Дмитрий Иванович Иваненко и немецкий физик Вернер Гейзенберг независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную модель ядра, согласно которой атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.

Число протонов в ядре равно зарядовому числу, которое равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Так как атом в целом нейтрален, то зарядовое число определяет одновременно и число электронов в атоме, и их распределение по оболочкам.

Массовое число определяет общее число нуклонов.

Следовательно, число нейтронов в ядре равно разности между массовым и зарядовым числами.

N = AZ

При дальнейшем изучении радиоактивных превращений было установлено, что существуют химические элементы, атомы которых обладают одинаковыми химическими свойствами, но распадаются по-разному. Отделить эти атомы друг от друга невозможно никакими химическими методами.

В 1911 году Фредерик Содди предложил называть такие разновидности атомов одного и того же химического элемента изотопами (что по-гречески означает «равноместные«), так как по своим химическим свойствам они должны быть помещены в одну и ту же клетку таблицы Менделеева.

При исследованиях, проведенных с помощью масс-спектрографов, было установлено, что изотопы одного и того же элемента обладают различной массой, причем массы изотопов лишь незначительно отличаются от целых чисел. Следовательно, изотопами являются атомы с одинаковым зарядовым числом, но различными массовыми числами.

Как оказалось, ядра атомов очень устойчивые образования, более устойчивые, чем сами атомы. Это объясняется тем, что между нуклонами имеет место новое, внутриядерноевзаимодействие, то есть действуют особые, ядерныесилы. Им присущи следующие специфические свойства.

1) Это короткодействующиесилы. Они действуют на расстояниях между нуклонами, порядка десять в минус пятнадцатой степени метров, и резко убывают при увеличении расстояния.

3) Это самые мощные силы из всех, которыми располагает природа. Поэтому взаимодействие частиц в ядре часто называют сильнымивзаимодействиями.

3) Ядерным силам свойственно насыщение. Это значит, что нуклон взаимодействует не со всеми остальными нуклонами, а лишь с некоторыми ближайшими соседями.

4) Ядерным силам свойственна зарядоваянезависимость. Это значит, что с одинаковой по модулю силой притягиваются друг к другу и заряженные, и незаряженные частицы, то есть сила притяжения, между двумя протонами равна силе притяжения между двумя нейтронами и равна силе притяжения между протоном и нейтроном.

5) Ядерные силы не являются центральными, то есть они не направлены вдоль прямой, соединяющей центры этих зарядов.

6) Ядерные силы являются так называемыми обменными силами. Обменные силы имеют квантовый характер и у них нет аналога в обычной физике.

Взаимодействие между нуклонами возникает вследствие обмена между ними некоторой третьей частицей. Эту частицу называли p-мезоном, или пионом.

Различают три вида пионов: положительные  p+-мезон, отрицательные p—мезон и нейтральные p0-мезон.

Как говорилось ранее, наличие ядерных сил приводит к тому, что ядра атомов являются очень устойчивыми образованиями. Так, например, чтобы разделить ядро гелия на отдельные нуклоны, необходимо затратить в сотни тысяч раз больше энергии, чем для отрыва обоих его электронов от ядра.

Эту энергию, то есть энергию, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называю энергией связи атомного ядра.

Ее можно рассчитать, пользуясь формулой Эйнштейна, связывающей массу частицы и энергию

После создания масс-спектрографа можно было с большой точностью измерить массы всех изотопов элементов таблицы Менделеева, что и было сделано учеными.

Анализ этих данных показывает, что для всех элементов масса покоя ядра меньше, чем сумма масс покоя составляющих его нуклонов, если последние находятся в свободном состоянии. Это различие может быть охарактеризовано величиной, которая носит название дефектмасс.

Важной характеристикой ядра служит и средняя энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон (так называемая удельная энергия связи ядра). Чем она больше, тем сильнее связаны между собой нуклоны, и тем прочнее ядро.

Результаты показывают, что для большинства ядер удельная энергия связи находится в пределах восьми мега электронвольт и уменьшается для очень легких и очень тяжелых ядер.

Теперь поговорим о таком явлении, как радиоактивность.

Если речь идет о самопроизвольном превращении ядер изотопов одного химического элемента в ядра изотопов других химических элементов, то говорят об естественнойрадиоактивности.

Если же распад изотопов получен искусственным путем (например, в результате ядерных реакций), то говорят об искусственнойрадиоактивности.

Любая радиоактивность сопровождается излучением. Причем, как показали опыты, интенсивность излучения не зависит от внешних условий и имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента — a-, b- и g-лучи.

a-лучи представляют собой поток быстро движущихся частиц, заряд которых равен двум элементарным зарядам, а масса равна массе гелия, то есть a-частица — это двукратно ионизированный атом гелия.

a-распад наблюдается только у тяжелых ядер, массовые числа которых больше 200.

Так как частицы вылетают с огромной скоростью (порядка 2×107 м/с), то, следовательно, они обладают большой энергией, а также высокой ионизирующей и малой проникающей способностью. При этом скорости и энергии частиц в пучке мало отличаются друг от друга.

В результате a-распада химический элемент перемещается в таблице Менделеева на две клеточки ближе к началу (правилосмещения).

b-лучи представляют собой поток быстрых электронов. Они сильнее отклоняются в магнитном поле, чем a-частицы. Их ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у a-частиц.

При b-распаде один из нейтронов ядра в момент распада превращается в протон с одновременным образованием электрона и вылетом электронного антинейтрино. При b-распаде химический элемент перемещается в таблице Менделеева на одну клеточку вправо (правилосмещения).

g-лучи не отклоняются ни электрическим, ни магнитным полем. Они представляют собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны и вследствие этого — с ярко выраженными корпускулярными свойствами. Они обладают сравнительно невысокой ионизирующей способностью и высокой проникающей способностью.

При g-излучении массовое число и заряд ядра не изменяются, так как оно испускается не самим атомом, а ядром.

Как показали различные эксперименты, скорость распада различных радиоактивных элементов не одинакова и характеризуется периодомполураспада, то есть промежутком времени, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер.

Фредерик Содди аналитически установил закон, по которому происходит распад любого радиоактивного элемента

Важной величиной в радиоактивном распаде, является активностьрадиоактивногоисточника — это ожидаемое число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.

Теперь сведём в таблицу основные формулы по ядерной физике.

ФормулаОписание формулы
Дефект массы атомного ядра, где Z — число протонов в ядре, N — число нейтронов в ядре, mp — масса протона, mn — масса нейтрона, mя —масса ядра.
Энергия связи атомного ядра, где с — скорость света в вакууме.
Удельная энергия связи, где А — массовое число, равное числу нуклонов в ядре.
Закон радиоактивного распада, где N0 — число атомов в начальный момент времени, N — число нераспавшихся атомов за время t, Т — период полураспада, λ — постоянная распада.
Среднее время жизни радиоактивного ядра.
Активность радиоактивного препарата, где ΔN — число распавшихся ядер за время Δt.
Поглощенная доза излучения, где W — энергия ионизирующего излучения, m — масса облучаемого вещества.
Мощность поглощенной дозы излучения, где t — это время облучения.
Экспозиционная доза излучения, где q — суммарный заряд ионов одного знака, m — масса ионизированного воздуха.
Мощность экспозиционной дозы излучения.
Эквивалентная (биологическая) доза излучения, где k — коэффициент качества. Для рентгеновских лучей, γ-лучей и электронов k = 1, для медленных нейтронов k = 3, для быстрых нейтронов и протонов k = 10, для продуктов распада и α-частиц k = 20.

Методические рекомендации к решению задач по ядерной физике

1) При любых ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, суммарного электрического заряда и числа нуклонов, а также правила смещения, являющиеся следствием законов сохранения заряда и числа нуклонов.

2) Для нахождения числа нераспавшихся к произвольному моменту времени атомов нужно использовать закон радиоактивного распада.

Источник: https://videouroki.net/video/31-osnovnyie-formuly-i-mietodichieskiie-riekomiendatsii-po-rieshieniiu-zadach-na-fiziku-atomnogho-iadra.html

Атомная физика. Формулы

Атомная физика, основные понятия и формулы

Атомная физика раздел физики, в котором изучают строение и состояние атомов. А. ф. возникла в конце 19 — начале 20 вв. В 10-х гг. 20 в. было установлено, что атом состоит из ядра и электронов, связанных электрическими силами. На первом этапе своего развития А. ф.

охватывала также вопросы, связанные со строением атомного ядра. В 30-х гг. выяснилось, что природа взаимодействий, имеющих место в атомном ядре, иная, чем во внешней оболочке атома, и в 40-х гг. ядерная физика выделилась в самостоятельную область науки. В 50-х гг.

от неё отпочковалась физика элементарных частиц, или физика высоких энергий.

   [Кг]    [г] 

Атомную массу Al определили следующим образом. Известные количества Al были превращены в нитрат, сульфат или гидроксид и затем прокалены до оксида алюминия (), количество которого точно определяли.

Из соотношения между двумя известными массами и атомными массами алюминия и кислорода нашли атомную массу алюминия

  .   

В формуле мы использовали :

 — Боровский радиус   [Дж*с]  — Постоянная планка   [Кг]  — Масса электрона — Постоянная тонкой структуры — Скорость света в вакууме.   
Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.

При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц.

При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших.

В формуле мы использовали :

— Дефект массы- Масса нейтрона- Масса протона- Масса ядра

Z- число протонов

N=A-Z- число нуклонов.

  

Для практического использования закон радиоактивного распадаможно записать так :

Скорость распада, то есть число распадов в единицу времени, также падает экспоненциально

  

Таблица некоторых значений радиоактивного распада:

В формуле мы использовали :

 — Начальное число радиоактивных ядре при t=0 — Период полураспада  — Постоянная распада (вероятность распада ядра в единицу времени)  — Скорость распада в начальный момент времени t = 0

Так же фотон имеет:

Энергия фотона:   Массу фотона:   

В формуле мы использовали:

 — Импульс фотона  — Энергия фотона — Постоянная Планка  — Скорость света в вакууме — Длина волны   

Таким образом энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны), например, фотон фиолетового света (0.38 мкм) имеет большую энергию, чем фотон красного света (0.77 мкм).

Так же фотон имеет:

Массу фотона:   Импульс фотона:   

В формуле мы использовали :

 — Энергия фотона — Постоянная Планка  — Скорость света в вакууме — Длина волны
  

Формула комптоновской длины волны получается из формулы Де-Бройлевской длины волны путём замены скорости частицы v на скорость света c.

Де-Бройлевской длины волны :   

Название Комптоновская длина волны связано с тем, что величина определяет изменение длины волны электромагнитного излучения при комптоновском рассеянии.

Для электрона :   Для протона :   

Чаще всего используется приведенная Комптоновская длина волны :

   Для электрона :   Для протона : 

В Формуле мы использовали :

 — Комптоновская длина волны — Приведенная Комптоновская длина волны — Скорость света — Постоянная Планка — Масса электрона — Постоянная Дирака.    [Кг]    [Мэв] 

В формуле мы использовали :

 — Масса нейтрона.    [Кг]    [Мэв] Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 672 1 или если сказать более наглядно, то 

В формуле мы использовали :

 — Масса протона.   

Фотон не может иметь массу покоя, она будет равняться нулю. Фотон обладает массу, когда он двигается со скорость света.

Так же фотон имеет:

Энергия фотона:   Импульс фотона:   

В Формуле мы использовали :

 — Энергия фотона — Постоянная Планка  — Скорость света в вакууме — Длина волны.    [Кг]  — Масса электрона   — Орбитальный механический момент   

Произведение 2Пrv дает скорость движения электрона v, поэтому можно написать, что

    — Орбитальный магнитный момент — Число оборотов в секунду.   

В общем виде скорость радиоактивного распада записывается, как :

  

Для того, чтоб нам стало более понятно, продифференцируем выражение для зависимости числа атомов от времени и получим:

  

И тогда у нас получается, что скорость радиоактивного распада

  

Таким образом, зависимость от времени числа не распавшихся радиоактивных атомов и скорости распада описывается одной и той же постоянной 

Таблица некоторых значений постоянных распада:

В Формуле мы использовали :

 — Период полураспада  — Начальное число радиоактивных ядре при t=0 — Постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени — Скорость распада в начальный момент времени t = 0.  

Если рассматривается группу независимых частиц, то в течение времени τ число оставшихся частиц уменьшается (в среднем) в е раз от количества частиц в начальный момент времени.

  

Таблица некоторых значений постоянных распада:

В Формуле мы использовали :

 — Среднее время жизни радиоактивного ядра — Постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени — Число Эйлера — Период полураспада «,»author»:»»,»date_published»:null,»lead_image_url»:»https://lh5.googleusercontent.com/proxy/li9_G5mN7bvh9y8wSGAG-5Y_uvJOpXQ8Bk82hgsfjChSZiPAXxSNJ2aAHoUA_f-XAPj-L0qf6-zXGfVaZA=w1200-h630-p-k-no-nu»,»dek»:null,»next_page_url»:null,»url»:»http://tytphysiki.blogspot.com/p/blog-page_9.html»,»domain»:»tytphysiki.blogspot.com»,»excerpt»:»ÐÑ‚омная физика раздел физики, в котором изучают строение и состояние атомов. А. ф. возникла в конце 19 — начале 20 вв. В 10-х гг. 20 в. …»,»word_count»:730,»direction»:»ltr»,»total_pages»:1,»rendered_pages»:1}

Источник: http://tytphysiki.blogspot.com/p/blog-page_9.html

Booksm
Добавить комментарий