Съдържание
Три начина за намиране на протонна маса включват изчисление от теорията, от атомната моларна маса и сравнения на заряд / маса с електрони. Използването на теорията за намиране каква трябва да бъде протонната маса е реалистично само за специалистите в тази област. Изчисленията на таксата / масата и моларната маса могат да се правят на ниво бакалавър и средно образование.
Извличане на протонна маса от квантови и теории на относителността. Протоните имат вътрешна структура - три частици (кварки), държани заедно от атрактивни сили (глуони). Наивни предположения биха дали на всеки кварк 1/3 протонна маса. Около 95 процента до 98 процента от протонната маса не се внасят от кваркова маса. В действителност повечето протонна маса се получава от енергия на взаимодействие между кварките. Спомнете си „E = mc ^ 2“, в случай че има объркване относно израза „масата се получава от енергия.“
Изчислете като знаете моларна водородна маса. Един мол е равен на 6.022e23, точно както една дузина е равна на 12 или една двойка е равна на две. Можем да приемем като даденост, че един мол водородни атоми (а не „Н2“ молекули) тежи 1,0079 g. Всеки водороден атом съдържа един протон, така че един мол протони тежи 1.0079 g. Тъй като всеки мол е равен на 6.022e23 единици, ние знаем, че 6.022e23 протони тежат 1.0079 грама. Разделянето на 1.0079 g по молен номер (1.0079 / 6.022e23) дава протонна маса: 1.6737e-24 g.
Обърнете внимание, че водородните атоми имат електрон за балансиране на протонен заряд. Протоните без електрони, разтворени в разтвор или като плазма, са много различни от водородните атоми. Тъй като изчислението не спира дотук, можем да игнорираме физическия абсурд, като се преструваме, че електроните не съществуват.
Имайте предвид, че методът за изчисляване на „моларна маса“ може да се извърши с всеки елемент. Три източника на грешка обаче се увеличават. Първо, протоните във водородните атоми не са свързани. В други елементи протоните се свързват към неутроните. Протоните, свързани в ядро, имат по-малко енергия - следователно малко по-малка маса - от изолирани протони. Второ, електронното число и грешката, ако ги игнорираме, започва да се сумира. Отчитането на електроните прави цялото начинание по-сложно. И накрая, по-тежките елементи са радиоактивни. Помислете за пътища на гниене, присъствие на изотопи, полуразпад и пр. Отново изчислението все още е възможно, но става по-трудно, отколкото трябва да бъде.
Използвайте съотношения на заряд / маса. Този метод измерва кривината на частиците при въвеждане на калибрирани електрически и магнитни полета. Величината на кривината ще показва масата на протона в сравнение с масата на електроните. Експерименталната идея е подобна на влиянието върху движението на търкаляща се топка. Постоянна механична сила ще отклони в малка степен тежката диня (протона) от праволинейното движение. Същата сила ще отклони лека топка за голф (електрон) много повече.