
- •Дніпропетровський університет імені альфреда нобеля
- •1. Фізичні основи механіки
- •2. Закони динаміки
- •3. Основи молекулярної фізики та термодинаміки Основне рівняння молекулярно – кінетичної теорії
- •Середня квадратична швидкість молекул
- •Середня арифметична швидкість молекул
- •4. Електростатика
- •5. Постійний електричний струм
- •6. Електромагнетизм
- •Об’ємна густина енергії магнітного поля
- •7. Коливання та хвилі
- •8. Оптика
- •9. Квантова оптика
- •10. Атомна фізика та квантова механіка
- •11. Елементи фізики твердого тіла
- •Закон радіоактивного розпаду
- •Універсальні фізичні сталі
- •Література
11. Елементи фізики твердого тіла
Атомне ядро
складається з елементарних частинок
- протонів та нейтронів.Протон (р)
має позитивний заряд, що дорівнює заряду
електрона, і масу спокоютр=1,672610-27кг1836те,дете
- маса електрона. Нейтрон (n)
- нейтральна частинка з масою спокоюmn = 1,674910-27кг
1839тe.
Протони та нейтрони називаються
нуклонами(від лат.nucleus- ядро). Загальне число нуклонів у атомному
ядрі називаєеться масовим числом А.
Атомне ядро характеризується зарядомZe, де Z - зарядове числоядра, яке дорівнює числу протонів у ядрі і збігається з порядковим номером хімічного елемента у Періодичній системі елементів.
Ядро обозначається
як
Х,
деХ- символ хімічного елемента,Z- атомний номер (число протонів у
ядрі),А -масове число (число нуклонів
у ядрі).
Оскільки атом є нейтральним, тоді заряд ядра визначає і число електронів у атомі, від якого залежить їх розподіл за станом у атомі, від якого, у свою чергу, залежать хімічні властивості атома.
Ядра з однаковими
Z, але різнимиА(тобто різними
числами нейтронівN=А- 2) називаютьсяізотопами, а
ядра з однаковимиА,але різнимиZ
- ізобарами. Наприклад, водень
(Z= 1) має три ізотопи:Н
- протій (Z= 1,N= 0),
Н
-дейтерій (Z= 1,N= 1),
Н
- трітій (Z= 1,N = 2).
Енергія, яку необхідно витратити, щоб розщепити ядро на окремі нуклони, називається енергією зв’язку ядра.
Енергія зв’язку нуклонів у ядрі
Ecв = [Zmp + (A - Z) mn - mя]c2(11. 1)
де mp, тn,mя, - відповідно маси протона, нейтрона та ядра. У таблицях звичайно наводяться не масиmяядер, а маситатомів. Тому для енергії зв’язку ядра користуються формулою
Ecв= [ZmH + (A - Z) mn - m]c2, (11. 2)
де mH- маса атома водню. ОскількиmHбільшатp на величинутe, тоді перший член у квадратних дужках включає у себе масу Z електронів. Але маса атоматвідрізняється від маси ядратяна масу Z електронів, тоді розрахунки за формулами (11. 1) і (11. 2) приводять до однакових результатів.
Величина
m= [Zmp + (A - Z) mn ] -mя (11. 3)
називається дефектом масиядра. На цю величину зменшується маса всіх нуклонів при утворенні з них атомного ядра.
Часто замість енергії зв’язку розглядають питому енергію зв’язку Есв -енергію зв’язку, віднесену до одного нуклона. Вона характеризує стійкість (міцність) атомних ядер, тобто чим більшеЕсв, тим стійкіше ядро.
Під радіоактивністю розуміють здатність деяких атомних ядер самодовільноперетворюватися на інші ядра з випромінюванням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних часток. Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: -, - та - випромінювання.
-випромінювання
відхиляється електричним і магнітним
полями, має високу іонізуючу здатністю
і малу проникну здатністю. -
випрмінювання являє собою потік ядер
гелию; заряд
- частинки дорівнює +2е,
а маса збігається з масою ядра ізотопа
гелію
Не.
-випромінювання відхиляється електричним та магнітним полями; його іонізуюча здатність значно менша, а проникна здатність значно більша, ніж у - частинок. - випромінювання являє собою потік швидких електронів.
- випромінювання не відхиляється електричним та магнітним полями, має відносно слабку іонізуючу здатність та дуже велику проникну здатність, при проходженні крізь кристал виявляє дифракцію. - випромінювання являє собою короткохвильове електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі <10-10 м, тобто є потоком частинок - квантів (фотонів).
Під радіоактивним розпадом,чи просто розпадом,розуміють природне радіоактивне перетворення ядер, що відбувається довільно.