Состав атомного ядра

СОСТАВ АТОМНОГО ЯДРА

Ядро атома состоит из нуклонов, которые подразделяются на протоны и нейтроны.

Символическое обозначение ядра атома:

А- число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов ( или атомная масса )
Z- число протонов ( равно числу электронов )
N- число нейтронов ( или атомный номер )
N = A - Z

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

- действуют между всеми нуклонами в ядре;
- силы притяжения;
- короткодействующие.
Нуклоны притягиваются друг к другу ядерными силами, которые совершенно непохожи ни на гравитационные, ни на электростатические. . Ядерные силы очень быстро спадают с расстоянием. Радиус их действия порядка 0,000 000 000 000 001 метра.
Для этой сверхмалой длины, характеризующей размеры атомных ядер, ввели специальное обозначение - 1 Фм ( в честь итальянского физика Э. Ферми, 1901-1954). Все ядра имеют размеры нескольких ферми. Радиус ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра - сгустки очень плотной материи. Возможно, самой плотной в земных условиях.
Ядерные силы - сильные взаимодействия. Они многократно превосходят кулоновскую силу (на одинаковом расстоянии). Короткодействие ограничивает действие ядерных сил. С ростом числа нуклонов ядра становятся неустойчивыми, и поэтому большинство тяжелых ядер радиоактивны, а совсем тяжелые вообще не могут существовать.
Конечное число элементов в природе - следствие короткодействия ядерных сил.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

В середине XX века теория ядра предсказала существование стабильных элементов с порядковыми номерами Z = =110 -114.
В Дубне был получен 114-й элемент с атомной массой А = 289, который "жил" всего 30 секунд, что невероятно долго для атома с ядром такого размера.
Сегодня теоретики уже обсуждают свойства сверхтяжелых ядер массой 300 и даже 500.
___
Атомы с одинаковыми атомными номерами называют изотопами: в таблице Менделеева
они расположены в одной клеточке (по-гречески изос - равный, топос - место).
Химические свойства изотопов почти тождественны.
Если элементов всего в природе - около 100, то изотопов - более 2000. Многие из них неустойчивы, то есть радиоактивны, и распадаются, испуская различные виды излучений.
Изотопы одного и того же элемента по составу отличаются лишь количеством нейтронов в ядре.

Изотопы водорода.

___
Если удалить пространство из всех атомов человеческого тела, то то, что останется, сможет пролезть в игольное ушко.

Правило смещение,

РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Э. Резенфорд вместе с с английским радиохимиком Ф. Содди доказал, что радиоактивность сопровождается самопроизвольным превращением одного химического элемента в другой.
Причем в результате радиоактивного излучения изменения претерпевают ядра атомов химических элементов.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ЯДРА АТОМА

ИЗОТОПЫ

Среди радиоактивных элементов были обнаружены элементы, неразличимые химически, но разные по массе. Эти группы элементов были названы "изотопами" ("занимающими одно место в табл. Менделеева") . Ядра атомов изотопов одного и того же химического элемента различаются числом нейтронов.
В настоящее время установлено, что все химические элементы имеют изотопы.
В природе все без исключения химические элементы состоят из смеси нескольких изотопов, поэтому в таблице Менделеева атомные массы выражены дробными числами.
Изотопы даже нерадиоактивных элементов могут быть радиоактивны.

Кстати, а помнишь ли ты таблицу Менделеева?
Если нет "под рукой", смотри здесь - нажми!

АЛЬФА - РАСПАД

-альфа-частица (ядро атома гелия)
- характерен для радиоактивных элементов с порядковым номером больше 83.- обязательно выполняется закон сохранения массового и зарядового числа.
- часто сопровождается гамма-излучением.

Реакция альфа-распада:

При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к её началу, чем исходный.
Физический смысл реакции:
в результате вылета альфа-частицы заряд ядра уменьшается на 2 элементарных заряда
и образуется новый химический элемент.

Правило смещения:

При бета-распаде одного химического элемента образуется другой элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным (на одну клетку ближе к концу таблицы).

БЕТА - РАСПАД

- бета-частица (электрон).
- часто сопровождается гамма-излучением.
- может сопровождаться образованием антинейтрино
( легких электрически нейтральных частиц, обладающих большой проникающей способностью).
- обяэательно должен выполняться закон сохранения массового и зарядового числа.

Реакция бета-распада:

Физический смысл реакции:

нейтрон в ядре атома может превращаться в протон, электрон и антинейтрино,
в результате ядро излучает электрон.

Правило смещения:

ДЛЯ ТЕХ, КТО ЕЩЁ НЕ УСТАЛ !
предлагаю написать реакции распада и сдать работу.
( составьте цепочку превращений)
1. Ядро какого химического элемента является продуктом одного альфа-распада
и двух бета-распадов ядра данного элемента ?

2.Ядро изотопа висмута получилось из другого ядра после одного альфа-распада и одного бета-распада.

Что это за ядро?

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра.
В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.
___
Ядерные реакции обычно происходят при бомбардировке тяжелых атомных ядер более легкими ядрами или частицами. Ядерные реакции используются для изучения строения и свойств атомных ядер, получения ядерной энергии и радиоактивных изотопов.
___
Самая большая в мире пузырьковая камера стоимостью 7 млн долл. была построена в октябре 1973 г. в Уэстоне, штат Иллинойс, США. Она имеет 4,57 м в диаметре, вмещает 33 тыс. л жидкого водорода при температуре –247°C и снабжена сверхпроводящим магнитом, создающим поле 3 Тл.

___
Ядерно-физические методы успешно использовались в криминалистике, позволяя исследовать вещества массой менее 0, 0000000001 грамма, например, для идентификации людей по крохотным остаткам волос.
___
Естественная радиоактивность мужчин и женщин различна из-за разного содержания в их организме изотопа калия – 40.
___
Трансурановые элементы – это химические элементы с атомным номером больше 93. Из-за относительно высокой скорости их радиоактивного распада они в заметных количествах не сохранились в земной коре. Возраст Земли около 5 000 000 000 лет, и возникшие в процессе нуклеосинтеза трансурановые элементы, либо полностью распались, либо их количество резко уменьшилось (до 1012 раз). В природных минералах найдены микроколичества 244Pu — наиболее долгоживущего трансуранового элемента, который, возможно, сохранился на Земле с момента её формирования. В урановых рудах обнаружены следы 237Np и 239Pu, которые образуются в результате ядерных реакций с участием ядер U. Первые трансурановые элементы были синтезированы в начале 40-х гг. 20 в. Известно несколько способов их синтеза. Трансурановые элементы могут испытывать все виды радиоактивного распада.

Строение атома,Радиоактивность

РАДИОАКТИВНОСТЬ

В 1896 г. французский физик А. Беккерель, изучая явление люминесценции солей урана,
установил, что уран испускает лучи неизвестного типа.
Таким образом, А.Беккерель обнаружил явление радиоактивности, т.е. способность некоторых химических элементов самопроизвольно испускать радиоактивные лучи.
1897-98 г.физик Мария Склодовская-Кюри обнаружила аналогичное излучение у тория и, исследуя урановые руды, открыла новые радиоактивные химические элементы: полоний, радий.
Позднее было установлено, что все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, являются радиоактивными.
1899г. - Английский физик Э.Резерфорд в результате проведенных опытов открыл
неоднородность радиоактивного излучения.

Опыт Резерфорда.

В магнитном поле поток радиоактивного излучения распадается на 3 составляющих: альфа- лучи, бета-лучи и гамма-лучи.

Явление радиоактивности свидетельствовало о сложном строении атома.

СТРОЕНИЕ АТОМА

Модель атома Томсона.

1896г. -Дж.Дж.Томсон - выдающийся ученый, директор знаменитой Кавендишской лаборатории,
лауреат Нобелевской премии. открыл электрон.

1903г. - Дж.Дж.Томсон выдвинул гипотезу о том, что электрон находится внутри атома.
Но атом в целом нейтральный, поэтому ученый предположил, что отрицательные электроны окружены в атоме положительно заряженным веществом. Атом, по мысли Дж. Томсона, очень похож на "пудинг с изюмом", где "каша" - положительно заряженное вещество атома., а электроны- " изюм" в ней.
( см. эдесь)

Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц.

3.1911г. - Э. Резерфорд ставит опыт по рассеянию альфа-частиц. Пучок aльфа-частиц пропускался через тонкую золотую фольгу.

Золото было выбрано как очень пластичный материал, из которого можно получить фольгу толщиной практически в один атомный слой.

Некоторые альфа-частицы проходили сквозь фольгу, образуя на экране размытое пятно, а следы от других альфа-частиц были зафиксированы на боковых экранах.

Опыт показал, что положительный заряд атома сконцентрирован в очень малом объеме - ядре,
а между ядрами атомов существуют большие промежутки.
Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами.

Ядерная ( планетарная ) модель строения атома Резерфорда.

1911г. - Резерфорд предложил современную ядерную (планетарную) модель строения атома

Резерфорд шел к своему открытию строения атома в течение 5 лет. Долгих пять лет проводил он опыты по исследованию строения атома.

Резерфорд установил, что:
Атом имеет в центре ядро, размеры которого во много раз меньше размеров самого атома .
Вокруг ядра по орбитам движутся электроны.
Почти вся масса атома сконцентрирована в его ядре.
Суммарный отрицательный заряд всех электронов равен суммарному положительноиу заряду ядра атома и компенсирует его.

Явление магнитной индукции

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

. . . . . . ПРО ФАРАДЕЯ

( бардовская песня)

Am Dm
С детства Миша Фарадей был задумчивый,
G7 C
Страсть любил изобретать штуки всякие.
Dm Am
"А, - говорит, - не открыть ли мне магнитную индукцию?"
E7 Am
Ну, раз так оно, значит, так оно.

и т.д.

Можно ли в проводнике (без подключения источника питания ) создать электрический ток с помощью магнитного поля?

Английский ученый Майкл Фарадей проводил свои опыты в течение 10 лет, прежде чем утвердительно ответил на этот вопрос и пришел к выводу о существовании явления э/м индукции.

Его опыт обобщил и перевел на язык формул Дж.Максвелл, т.к. в книге Фарадея не было ни одной формулы!
___

1831 г. - Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает индукционный ток.

Явление электромагнитной индукции:При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает индукционный (или наведенный) электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ

по обнаружению явления электромагнитной индукции:

-движение магнита относительно катушки (или наоборот);

-движение катушек относительно друг друга;

-изменение силы тока в цепи первой катушки
( с помощью реостата или замыканием и размыканием выключателя);

- вращением контура в магнитном поле;

- вращением магнита внутри контура.

Вектор магнитной индукции

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

-векторная физическая величина, характеризующая магнитное поле.


Вектор магнитной индукции всегда направлен по касательной к магнитной линии

Расчетная формула:

где F- сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током ( H );
I - сила тока в проводнике ( A );
l - длина проводника ( м ).

Единица измерения индукции магнитного поля в СИ:
[ B ] = 1Тл ( тесла).

МАГНИТНЫЙ ПОТОК
Контур, помещенный в однородное магнитное поле, пронизывается магнитным потоком
( потоком векторов магнитной индукции).

Ф - магнитный поток, пронизывающий площадь контура, зависит от
величины вектора магнитной индукции, площади контура и его ориентации относительно линий индукции магнитного поля.
Если вектор магнитной индукции перпендикулярен площади контура, то магнитный поток максимальный.

Если вектор магнитной индукции параллелен площади контура, то магнитный поток равен нулю.

Правило буравчика

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЛИНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА
для прямого проводника с током

- служит для определения направления магнитных линий ( линий магнитной индукции)
вокруг прямого проводника с током.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
Допустим, проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа:
1. направление эл. тока от нас ( в плоскость листа)
Согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены по часовой стрелке.
или
2. направление эл. тока на нас ( из плоскости листа),

Тогда, согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены против часовой стрелки.

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ
для соленоида ( т.е. катушки с током)

- служит для определения направления магнитных линий (линий магнитной индукции) внутри соленоида.

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Вспомни прошлый учебный год:

магнитное поле прямого проводника с током;

соленоид.

Магнитное поле,магнитные линии

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле, что это? - особый вид материи;
Где существует? - вокруг движущихся электрических зарядов (в том числе вокруг проводника с током)
Как обнаружить? - с помощью магнитной стрелки (или железных опилок) или по его действию на проводник с током.

Опыт Эрстеда:

Магнитная стрелка поворачивается, если по проводнику начинает протекать эл. ток, т.к. вокруг проводника с током образуется магнитное поле.

Взаимодействие двух проводников с током:

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга.
Вспомни прошлый учебный год:
магнитное поле

МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ

(или иначе линии магнитной индукции)

Как изобразить магнитное поле? - с помощью магнитных линий;Магнитные линии, что это?

- это воображаемые линии , вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты.

Вспомни прошлый учебный год:

магнитное поле прямого проводника с током;
магнитные линии.

НЕОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика неоднородного магнитного поля: магнитные линии искривлены;густота магнитных линий различна;сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, различна в разных точках этого поля по величине и направлению.
Где существует неоднородное магнитное поле ?
- вокруг прямого проводника с током;

- вокруг полосового магнита;


- вокруг соленоида (катушки с током).

ОДНОРОДНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Характеристика однородного магнитного поля: магнитные линии параллельные прямые;густота магнитных линий везде одинакова; сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, одинакова во всех точках этого поля по величине и направлению.
Где существует однородное магнитное поле?
- внутри полосового магнита и внутри соленоида , если его длина много больше, чем диаметр.

Открытый урок в 9б классе