5. Чем объясняется размытость спадов анодного тока в опыте Франка – Герца, и почему в них анодный ток уменьшается не до нуля?

Спад тока в лампе обусловлен тем, что при достижении ускоряющим напряжением некоторого значения, вылетающие из катода электроны, приобретают энергию, достаточную для возбуждения при столкновениях атомов газа. Отдавая приобретенную в ускоряющем электрическом поле энергию атомам газа, электроны оказываются не в состоянии затем преодолеть тормозящее электрическое поле сетки и «выключаются» из процесса переноса тока между анодом и катодом лампы. Это «выключение» происходит не сразу для всех электронов, так как они вылетают из катода, имея заметный статистический (тепловой) разброс в значениях начальных скоростей и кинетических энергий. С этим разбросом связано и то, что провал анодного тока на ВАХ не опускается до нулевого значения.

6. Почему в данной работе не наблюдается второй потенциал возбуждения?

Второй потенциал возбуждения, соответствующий энергии бомбардирующих атомы электронов, достаточной для заброса атомов газа с первой орбиты (из основного состояния) на третью, может наблюдаться в опыте лишь в достаточно разреженных газах. В них вероятность столкновения электронов с атомами газа не очень велика и заметная часть электронов успевает набрать необходимую энергию раньше, чем произойдет их столкновение с атомом. Но в таких газах сила тока оказывается очень малой, и усложняется проблема его измерения.

В данной работе газ не очень разрежен, и вероятность столкновений электронов с атомами газа столь высока, что электроны соударяются и отдают энергию атомам раньше, чем приобретут (накопят) энергию, достаточную для заброса атомов на третий энергетический уровень.

7. Охарактеризуйте полученные в работе результаты на физическую достоверность и соот­ветствие их целям работы.

Работы N 51 - 55 ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

1. Из каких частиц состоит ядро, и каковы особенности сил, которые их связывают? Что такое энергия связи? Почему энергия ядра квантуется?

Согласно планетарной (ядерной) модели атома по Резерфорду, атом состоит из положительно заряженного ядра, сосредоточенного в очень малом объеме и содержащем в себе почти всю массу атома и вращающихся вокруг ядра легких отрицательно заряженных электронов. Радиус ядра примерно в 100000 раз меньше радиуса атома и составляет величину порядка 10^-15 м.

В соответствии с протонно-нейтронной моделью строения ядра, предложенной В. Гейзенбергом и Д. Д. Иваненко (1939 г.), ядро является сложным образованием и состоит из более мелких частиц - положительно заряженных протонов и незаряженных (электрически) нейтронов. Этим частицам дают общее название - нуклоны (ядерные частицы; nucleus (лат.) - ядро)

Заряд протона численно равен заряду электрона (1,610^-19 Кл), а масса протона чуть меньше массы нейтрона (наличие заряда и электрического взаимодействия как бы "съедают" часть массы, "снимают стружку" с частицы) и почти в 2000 раз больше массы электрона:

В отличие от протона, являющегося стабильной частицей, нейтрон в свободном состоянии нестабилен и распадается с периодом полураспада в 16 минут.

Заряд (электрический) ядра определяется числом протонов в ядре. Это число обозначается Z и называется зарядовым. Оно же является порядковым номером соответствующего химического элемента в таблице Менделеева. Если число нейтронов в ядре обозначить за N , то сумма нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре выразится числом A = Z + N, называемым массовым числом. Этому числу пропорциональна масса ядра.

Используя зарядовое Z и массовое А числа, вводят следующее условное обозначение ядер: , где за Х обозначен химический символ соответствующего элемента в таблице Менделеева.

Что удерживает (склеивает) нуклоны в ядре? Ведь нейтроны не заряжены, а протоны должны электрически отталкиваться друг от друга! Для объяснения опытного факта устойчивости существования ядра, устойчивости соединения протонов и нейтронов в ядре, было выдвинуто предположение о наличии в природе нового, дополнительного к известным гравитационному и электромагнитному взаимодействиям - ядерного, являющегося гораздо более сильным в сравнении с гравитационным и электромагнитным. На малых расстояниях (внутриядерных, порядка 10^-15 м) это взаимодействие носит характер притяжения, причем оно не зависит от электрического заряда частиц и является одинаковым для протонов и нейтронов¹¹. На еще меньших расстояниях ядерное взаимодействие-притяжение сменяется отталкиванием и таким образом, возможно состояние и положение динамического равновесия. Для сравнения можно сказать, что в маленьком ядре составные части - нуклоны связаны сильными, но короткодействующими ядерными силами, а в "большом" атоме частицы (электроны и ядра) связаны более дальнодействующими, но и более слабыми электрическими силами.

Вследствие короткодействующего характера ядерные силы обладают свойством насыщения. Оно проявляет себя в том, что каждый нуклон способен эффективно взаимодействовать лишь с небольшим числом близких к нему нуклонов. Например, два протона и два нейтрона, образующие так называемую  - частицу, практически не взаимодействуют с другими нуклонами ядра.

Связанное (в ядре) состояние нуклонов отвечает минимуму потенциальной (ядерной) энергии взаимодействия нуклонов, поэтому полная энергия (и масса соответственно) их в ядре оказывается меньшей их полной энергии и массы в состоянии, когда нуклоны разведены на расстояния, при котором они не взаимодействуют друг с другом. Поэтому на расщепление ядра требуется затратить работу против сил связи (ядерных), удерживающих нуклоны в ядре. Эта работа равна разности энергий нуклонов связанных в ядре и тех же нуклонов, но не взаимодействующих друг с другом. Иначе говоря, эта работа и выражает собой энергию связи нуклонов в ядре:

Е_св = m_р + (А - )m_n - М_яс² = Мс²,

где за М = Е_св/c² = m_р + (А - )m_n - М_я обозначена разность масс нуклонов и ядра, называемая дефектом массы¹² ядра.

Э

нергия связи, приходящаяся на один нуклон Е_св/А = Е_{св уд}, называется удельной энергией связи. Она выражает меру устойчивости ядра как соединения нуклонов и зависит от массового числа А. На усредненном графике зависимость Е_{св уд} (А) имеет вид кривой с максимумом.