Zawartość
Trzy sposoby znalezienia masy protonów obejmują obliczenia z teorii, z atomowej masy molowej oraz porównania ładunków / mas z elektronami. Wykorzystanie teorii do ustalenia, jaka „masa protonowa powinna być”, jest realistyczna tylko dla ekspertów w tej dziedzinie. Obliczenia ładunku / masy i masy molowej można wykonywać na poziomie licencjackim i gimnazjalnym.
Wyprowadź masę protonową z teorii kwantowej i teorii względności. Protony mają strukturę wewnętrzną - trzy cząstki (kwarki) utrzymywane razem przez siły przyciągające (gluony). Naiwne założenia dawałyby każdemu kwarkowi 1/3 masy protonu. Około 95 procent do 98 procent masy protonu nie ma udziału w masie kwarkowej. W rzeczywistości większość masy protonów pochodzi z energii interakcji między kwarkami. Przypomnij sobie „E = mc ^ 2” na wypadek nieporozumień dotyczących zwrotu „masa pochodzi z energii”.
Oblicz znając molową masę wodoru. Jeden mol to 6.022e23, podobnie jak jeden tuzin równa się 12 lub jedna para to dwa. Możemy przyjąć, że jeden mol atomów wodoru (nie cząsteczek „H2”) waży 1,0079 g. Każdy atom wodoru zawiera jeden proton, więc jeden mol protonów waży 1,0079 g. Ponieważ każdy mol jest równy 6,022e23 jednostek, wiemy, że protony 6,022e23 ważą 1,0079 gramów. Dzieląc 1,0079 g przez liczbę molową (1.0079 / 6.022e23) otrzymujemy masę protonową: 1,6737e-24 g.
Zauważ, że atomy wodoru mają elektron do zrównoważenia ładunku protonu. Protony bez elektronów, rozpuszczone w roztworze lub w plazmie, bardzo różnią się od atomów wodoru. Ponieważ obliczenia na tym się nie kończą, możemy zignorować fizyczną absurdalność udawania, że elektrony nie istnieją.
Należy pamiętać, że metodę obliczania „masy molowej” można wykonać z dowolnym elementem. Jednak pojawiają się trzy źródła błędów. Po pierwsze, protony w atomach wodoru nie są związane. W innych elementach protony są związane z neutronami. Protony związane w jądrze mają mniej energii - a więc nieco mniej masy - niż izolowane protony. Po drugie, liczba elektronów i błąd, jeśli je zignorujesz, zaczyna się sumować. Rozliczanie elektronów sprawia, że całe przedsięwzięcie jest bardziej skomplikowane. Wreszcie cięższe pierwiastki są radioaktywne. Rozważ ścieżki rozpadu, obecność izotopu, okresy półtrwania itp. Ponownie, obliczenia są nadal możliwe, ale stają się trudniejsze, niż trzeba.
Użyj współczynników ładunek / masa. Ta metoda mierzy krzywiznę cząstek po wejściu w skalibrowane pole elektryczne i magnetyczne. Wielkość krzywizny wskazuje masę protonów w porównaniu z masą elektronów. Pomysł eksperymentalny jest podobny do wpływania na ruch toczącej się piłki. Stała siła mechaniczna w niewielkim stopniu odbije ciężki arbuz (proton) od podróży po linii prostej. Ta sama siła znacznie odbije lekką piłkę golfową (elektron).