МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МАС МІКРОЧАСТОК

/дипломна робота/

РЕФЕРАТ
Стор. 25, рис. 3, літ. 6.

Дана дипломна робота присвячена опису методів визначення мас найбільш відомих мікрочасток. В роботі описані найбільш відомі методи, які зіграли вирішальну роль в історії фізики з точки зору набуття нових фундаментальних знань.

Робота розрахована на широкого читача і може бути використана в учбовому процесі при вивченні загальної фізики в школі.

ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. Про закон кратних співвідношень 5
2. Гіпотеза Проута 7
3. Загадка нецілочисленності атомної ваги елементів 8
4. Зважування "мішка" атомів 9
5. Визначення мас ізотопів з допомогою мас-спектрографа 12
6. Залежність маси електрона від швидкості 15
7. Відкриття нейтрона і визначення його маси 19
8. Визначення маси мезонів, гіперонів і, можливо, кварків 22
ВИСНОВКИ 24
ЛІТЕРАТУРА 25

ВСТУП

До початку XIX ст. зусиллями багатьох вчених і інженерів були досягнуті значні успіхи в розвитку фізики і техніки. Особливі успіхи були досягнуті в області механіки, оптики, астрономії і небесної механіки. В той час у фізиці панували неправильні і суперечливі ідеї. Вважали, що всі хімічні речовини складаються з трьох або чотирьох основних складових, які мали різні властивості і представляли собою їх суміш, в якій ці властивості різним чином комбінуються.

В XIX і XX ст. вчені на основі дослідів, деколи дуже тонких і складних, а інколи дуже простих, зуміли відкинути неправильні думки. При цьому кількість основних постулатів зменшилася, а їх застосування поширилося.

Так в науку ввійшли представлення про перервну атомну структуру речовини. Вченим відкрився мікросвіт - світ малих тіл, невидимих не тільки неозброєним оком, а й в самі сильні мікроскопи. Для того, щоб розібратися в явищах мікросвіту, потрібно було в першу чергу визначити основні характеристики малих тіл, що їх складають: масу і розміри частинок речовини, їх електричний заряд, характер і величину сил взаємодії між ними і т. ін. На цьому шляху вчені зустріли багато труднощів і зробили ряд відкриттів, що радикально змінили різні уявлення про навколишній світ а також перебудували техніку і промисловість.

В даній дипломній роботі прослідковані деякі історичні моменти розвитку вчення про будову речовини, про мікросвіт, а також описано різні методики вимірювання мас мікрочасток. Робота носить методичний характер, написана на доступному для широкого кола читачів рівні і може бути використана в курсі фізики середньої школи для позакласного читання.

1. Про закон кратних співвідношень

В середні віки панував авторитет відношень, в той час як думки інших вчених були невідомі, забуті або не користувались довір‘ям. Алхімікам здавалося, що достатньо відповідним чином змішати декілька різних речовин і таким чином одержати нову речовину з необхідними властивостями. Оскільки авторитет Арістотеля був незаперечним, то перетворення елементів здавалося можливим. Наприклад, вважалося, що з неблагородних металів можна отримати золото.
В 1808 році Джон Дальтон (1766-1844 рр.), розвиваючи атомістичні погляди на будову речовини, прийшов до висновку, що прості речовини складають складні сполуки так, що один атом речовини А сполучається з одним або двома атомами речовини В, 2 атоми речовини А сполучаються з одним атомом речовини С і т. д. Неважко помітити, що це закон кратних співвідношень Дальтона знаходиться у відповідності з законом постійних співвідношень Пруста. Дальтон вважає, що основною властивістю атомів є їх нероздільність, а основна їх характеристика - це вага. Він представляв, що атоми різних елементів відрізняються один від одного, а атоми однорідної речовини однакові і між собою нерозрізнимі.
Правильне і достатньо повне пояснення закону постійних відношень було дано в 1811 році Амедео Авогадро (1776-1856 рр.), який висловив гіпотезу: рівні об‘єми газів однакових зовнішніх умовах (тобто при однакових температурі і тиску) складають однакове число молекул. В подальшому кількість грамів речовини, чисельно рівна її молекулярній вазі, було назване грам-молекулою, а число молекул в одній грам-молекулі будь-якої речовини - числом Авогадро.
Таким чином, за Авогадро те, що два літри водню при сполученні з літром кисню дають два літри водяної пари, або в сучасних хімічних символах

2H2+O2(2H2O

пояснюється складом в кожному літрі (при однакових зовнішніх умовах) однакового числа двохатомних молекул відповідних газів. При даній хімічній реакції двохатомні молекули водню і двохатомні молекули кисню перегруповуються в трьохатомні сполуки - молекули водяної пари.

Таким чином, гіпотеза Авогадро не тільки підтверджує закон простих співвідношень, але й дає можливість визначити відносні маси молекул різних речовин. При цьому число молекул в даному об‘ємі газу і їх маса поки що залишаються невідомими.

В подальшому вченими було накопичено багато матеріалу про різні хімічні сполуки. Тільки Берцеліус (1779-1848 рр.) проаналізував близько
2000 хімічних сполук. В результаті вдалося не тільки підтвердити закон постійних співвідношень, але й побудувати шкалу відносних атомних ваг, тобто таблицю, і якій вказано, в скільки разів атомна вага даного елемента більша або менша атомної ваги другого елемента, прийнятого за одиницю.

За пропозицією Дальтона атомна вага, що рівна одиниці, умовно була приписана водню, як найлегшому з усіх елементів.

Побудовані на цій основі таблиці атомних ваг дали для всіх елементів приблизно цілочисельні значення.

В подальшому, за пропозицією Берцеліуса, за одиницю для розрахунку атомних ваг був взятий кисень. В експериментальному відношенні це було набагато зручніше, тому що кисень сполучається зі значно більшою кількістю елементів, ніж водень.

Одиниця для розрахунку атомної ваги отримала назву атомної одиниці маси (а. о. м.). За домовленістю атомна вага кисню була прийнята рівною
16 а. о. м.

Таблиці атомних ваг елементів, що побудовані на основі кисню, також дали для різних елементів приблизно цілочисельні значення. Якщо б мова йшла про три або чотири елементи, то ще можна б рахуватися з імовірністю того, що їх відносна атомна вага лише випадково є цілочисельною. Для дев‘яти елементів, за розрахунками Стретта, ймовірність того, що їх атомна вага випадково розташується близько цілочисельних значень, не перевищує 0,001.

На початку XIX ст., коли обговорювалося питання про зміст цілочисельного відношення атомних ваг, було відомо 35 хімічних елементів.
Для 35 елементів ймовірність випадкового розташування атомних ваг близько цілочисельних значень настільки мала, що практично її немає змісту брати до уваги.

2. Гіпотеза Проута

В 1815 році для пояснення розташування атомних ваг елементів поблизу цілочисельних значень Проут (1786-1850 рр.) запропонував гіпотезу про те, що всі елементи походять з водню шляхом його конденсації. З цієї гіпотези, звичайно, випливало, що атомні ваги всіх елементів повинні бути цілими, кратними атомній вазі водню.