Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Диффузор обычного громкоговорителя приводится в движение маленькой катушкой, находящейся в поле магнита — своего рода электрический мотор в возвратно поступательном варианте.

Импеданс включает обычное омическое сопротивление и сопротивление, связанное с напряжениями, индуцированными магнитными полями переменных токов.

Например, увеличение скорости атома водорода, свободно падающего в вакууме из состояния покоя, составляет примерно 180 м/сек на 1,6 км пути, т. е. прирост кинетической энергии атома меньше чем 1/1000 эв.

«Деление» — термин, используемый биологами для обозначения процесса «разделения надвое». Некоторые простейшие организмы, например амёба, размножаются делением. Особь-родитель постепенно принимает продолговатую форму, посредине у нее образуется узкая перемычка, затем она делится на два новых организма.

Фиг. 107.

Например, при увеличении кинетической энергии протона от 1 Бэв до 2, 3, 4 Бэв его скорость соответственно возрастает от 0,87 с до 0,94, 0,97, 0,98 с. Другими словами, при энергии 4 Бэв скорость протона составляет 98 % скорости света, а не 2,8 с, как это получается из нерелятивистской формулы:

Кинетическая энергия = 1/ 2 mv 2

Хотя Мэв был впервые использован для обозначения «миллиона электронвольт», строгие ученые-стилисты прочитали это сокращение как «мегаэлектронвольт». По новому соглашению, 1000 Мэв называют «1 Гэв », где буква Г происходит от слова «гигантский».

При замедлении в веществе вплоть до остановки α -частицы тратят свою кинетическую энергию на ионизацию атомов; при последующей нейтрализации ионов большая часть их энергии переходит в тепло. Следовательно, радиоактивный материал в пробирке является источником тепла. Так, радиоактивность скал не дает Земле остыть.

Пусть у вас 2 кг α -активного элемента. Спустя время его полураспада 1 кг распадется, выделив, скажем, 500 000 000 больших калорий. Сравните это количество с тем, которое дает обычное топливо, такое, как уголь или нефть, — от силы 10 000 больших калорий на 1 кг. 1 кг радиоактивного материала дает такое же количество тепла, как 50 т угля. Правда, это происходит за время его жизни.

При сгорании бензина на его молекулу приходится большая энергия, чем на атом углерода при сгорании угля, поскольку она крупнее. При сгорании 1 кг бензина и 1 кг угля выделяются сравнимые количества тепла. Правда, сжечь уголь так быстро, чтобы это происходило со взрывом, трудно.

Следовательно, можно ожидать, что для расщепления молекулы воды на водород и кислород потребуется 1–2 эв . Вот почему в опыте по электролизу воды «прямая закона Ома» ( гл. 32, опыт 18 ) не проходит через начало координат, а отрезает на вертикальной оси начальную разность потенциалов 1–2 в . Это соответствует как раз той энергии, которую 1 кулон заряда переводит из электрической в химическую — э.д.с. «водяной батареи» шиворот-навыворот.

Фиг. 120.

Начиная с этого места, мы всегда будем ядро атома водорода называть протоном, современным названием этой фундаментальной атомной частицы. Протон, ион атома водорода Н +, ядро атома водорода 2Н 1— все это названия одной и той же частицы: атома водорода без его единственного электрона.

Чтобы получить простейшую цепную реакцию, поднесите зажженную спичку к крайней спичке в обойме бумажных спичек. Разгоняющаяся цепная реакция получится, если поджечь стопку таких обойм или полный коробок спичек.

Некоторые физики говорят: «масса — это энергия» или «энергия — это масса» и даже «вещество — это энергия». При этом смешиваются свойства и то, что ими обладает, а это едва ли помогает стать на научную точку зрения. Энергия имеет массу точно так же, как алюминий имеет массу, как медь имеет оранжевый цвет. Настоящие же ученые, зная, что переводной множитель с 2(между измеренными массами и энергиями в обычных единицах) есть универсальная постоянная, считают, что разумнее говорить, что масса и энергия — это разные меры одной и той же сущности. Так, вещество представляется нам в виде частиц (например, атомы, электроны) с определенной массой; и даже если нам нравится представлять его в виде массы определенной энергии, заключенной внутри частиц, то, становясь на эту точку зрения, не следует сводить вещество к энергии. Иногда оказывается, что вещество (две частицы) исчезает, а что-то обладающее массой (излучение) возникает — и это превращение вещества в излучение можно легкомысленно объявить как «превращение вещества в энергию ».

Из эксперимента Милликена следует, что е = 1,60∙10 -19кулон. В опыте по электролизу воды или из измерений зарядов положительных ионов в газоразрядной трубке получается, что е / М = 9,57∙10 7кулон/кг.

Простое вычисление дает

М = 1,60∙10 -19/9,57∙10 7 кулон/(кулон/кг) = 1,67∙10 -27кг для протона.

Так как заряд, переносимый 1 киломолем, равен 96 500 000, то отсюда 96 500 000 кулон/1,008 кг = 95 700 000 кулон/кг.

Пример : Сu 62, полученная на циклотроне выбиванием нейтрона из обычной Сu 63быстрым протоном

29 Сu 62—> 28 Ni 62+ +1 е 0.

Пример: Радий В (изотоп свинца) излучает β -лучи и становится изотопом висмута

82 Pb 214—> 83 Bi 214+ -1 e 0

Обычный фосфор Р 31, приобретая дополнительный нейтрон из числа нейтронов внутри ядерного реактора, может стать радиоактивным Р 32, который излучает β -:

15 P 32—> 16 S 32+ -1 e 0

с периодом полураспада 14 дней.

Необходимо, по-видимому, чтобы выполнялось следующее правило: сохраняются по отдельности числа тяжелых (протоны и т. д.) и легких (электроны и т. д.) частиц. Столкновение с частицей сверхвысокой энергии может настолько встряхнуть ядро, что оно буквально брызнет во все стороны тяжелыми и легкими частицами. Число тяжелых частиц при этом сохраняется; никогда не наблюдалось чтобы хотя бы одна из них полностью распалась на легкие частицы.

Вероятно, отчасти это электрические силы вследствие внутренней электрической структуры нейтрона.

Тот факт, что вместо возвышающегося холма имеет место яма, еще не означает, что рассеяние назад невозможно. Снаряд может облететь вокруг горлышка потенциальной ямы подобно комете, облетающей Солнце.

Простой анализ процесса столкновения заряженных частиц, отталкивающих друг друга на достаточно далеких относительных расстояниях, показывает, что