Fizika2_kaz_isk

Сол еркін электрондарға сырттан электр өрісі әср етсе, олар бұрынғысынан үдей қозғалады, сыммен электр тогы жүреді. Белгілі бағытпен қозғалған электрондарды, біз, электр тоғы дейміз. Ал, осылайша қозғалған электрондар жолында кездескен атомдарға соқтығады. Олардың қозғалыс энергиясының бірсыпырасы атомға ауысады. Оның нәтижесінде металдың атомдары бұрынғысынан тезірек тербеледі, содан барып металл сымның температурасы көтеріледі. Сөйтіп, тоқ өткенде сымның қызып, жылу шығаруын осылайша ұғамыз.

Енді, біз, электронның табылуының зат құрылысын зерттеу жөніндегі маңызына көшейік. Айтылған тәжірибелерге қарағанда атомның құрамына теріс зарядты бөлшек енеді. Атомды тұтас алып зерттегенде онда электр бар екені білінбейді. Олай болғанда атом құрамында оң электр де болуы тиіс. Сонымен қатар оң заряд пен теріс зарядтың мөлшері бірдей болуға керек. Сөйтіп осы уақыттағы ғылым жоғарыда айтылған мәліметтерді қорыта келіп,

қандай заттың атомы болса да, оң және теріс зарядталған бөлшектерден құралады деген қорытындыға келеді. Ендігі мәселе осы бөлшектерден атом қалайша құралған. Бұл мәселеге ғылыми дұрыс жауап беруге себеп болған құбылыстың бірі – радиоактивтік құбылыс. Енді осыған біраз тоқталайық.

Табиғи радиоактивтік құбылыс

Француз ғалымы А. Бекерель 1896 жылы, ойда жоқ жерде, бір жаңа құбылыс ашты; ол смолалы уран рудасының ораулы фотография пластинкасына әсер ететінін байқады. Ораулы фотография пластинкасының, үстіне темір кілт қойып, кілттің үстіне уран рудасын қойғанда, пластинкаға кілттің суреті түсті. А. Беккерель бұдан мынадай қорытынды жасады: ураннан көзге көрінбейтін ерекше сәуле шығады, ол сәуле қалың темірден өте алмайды; жеңіл, жұқа нәрседен оңай өтеді,- деді. Бұл сәулелер алғашқы кезде Беккерель сәулелері деп аталып жүрді. Бұдан соңғы оқымыстылардың зерттеуінше Беккерель сәулелерін тек уран емес, басқа заттардың да шығаратыны анықталды. Өздігінен осындай сәулелер шығаратын заттар

радиоактивті заттар делініп, бұл құбылыс радиоактивтік деп аталады. 1898 жылы ураннан да гөрі, әлде қайда күштірек радиоактивті полоний және радий элементтері табылды. Бұдан кейін бірталай радиоактивті элементтер бар екені анықталды.

Уран, радий және сол сияқты радиоактивті заттардан шығатын сәулелердің қасиеттерін зерттей келгенде бұл сәулелердің үш түрі болатыны анықталды. Мұны мынадай тәжірибе жасап байқауға болады. Кішкентай қорғасын сауытқа радиоактивті зат салып, сол сауытты оң және теріс зарядталған екі пластинканың ортасына қойғанда, сауыттың үстіндегі тесіктен шыққан сәулелер үш топқа жіктеледі. Сәуленің бір тобы теріс зарядталған пластинкаға, екінші тобы оң зарядты пластинкаға қарай бұрылады. Үшінші тобы бұрылмай тік кетеді. Бұлардың бірінші тобы альфа-сәулелері деп аталады. Тәжірибе жасап, жете тексере келгенде олар

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

71

Гаммасәулелер – дегеніміз табиғи немесе жасанды түрдегі радиоактивті заттардың ядролары шығаратын толқын ұзындығы өте қысқа болып келетін, соның нәтижесінде өту қабілеті жоғары электромагниттік сәуле. Оларға электрленген нәрсе әсер етпейді, яғни олардың өзінде электр зарядтары жоқ. Бұлар сәуленің айырықша бір түріне жатады.

Радиоактивті заттардың сәуле шығаруын зерттей келгенде, бұрын атом жіктеуге келмейді, өзгермейді – деген пікір қате екендігі анықталды. Зат радиоактивтік сәулелер шығарғанда, бір заттың екінші затқа, яғни бір заттың атомы екінші заттың атомына айналатыны тағайындалды. Мысалы, азғантай ғана радий тұзын шыны түтікке салып, түтіктің аузын бекітіп қойып, кейін ашып зерттеп қарағанда, түтік ішінде гелий (альфа - сәуле) және радон газдары жиналғаны байқалады. Әрине,бұл газдар радийдың өзінен-өзі жіктелу нәтижесінде пайда болған газдар. Ал, радон газының өзі де радиоактивті зат. Альфа, бета және гамма сәулелерін шығара келе басқа заттарға айналады, бұл құбылыстың ең ақырында кәдімгі қорғасын келіп шығады. Бұл радиоактивті зат емес екені мәлім. Ғылыми әдістермен тексере келгенде радий элементі радиоактивтік өзгеріс нәтижесінде ураннан келіп шығатыны анықталды. Сөйтіп, уран бір үйір радиоактив элементтердің түпатасы болады.

Тағы бір айтарлық нәрсе мынау. Радиоактивтік құбылысты зерттегенде радий тұзы салынған түтік аздап қызады. Оның температурасы айналадағы нәрсенің температурасынан бірнеше градус жоғарырақ болады. Демек, радиоактивтік құбылыс кезінде жылу энергиясы пайда болады. Есептей келгенде 1 грамм радий бір сағатта 137 калория жылу шығаратыны анықталды, басқаша айтқанда 1 сағатта 1 грамм радийдан шыққан жылу 137 грамм суды 1 градусқа жылытады. Бұл жылу ұзақ уақыт үздіксіз шығып тұрады. Белгілі мөлшерде алынған радий толығынан жіктеліп, басқа затқа айналғанда шығатын жылу мөлшері сондай сапалы таскөмір жанғанда шығатын жылудан елу мың еседей артық болады. Сөйтіп радиоактивті заттар энергиясының өте зор көзі болады; таскөмір, мұнай және бізге мәлім энергияның басқа көздерінің бәрінен де қуатты. Сонымен , бір элементтің атомы екінші элементтің атомына айналғанда энергия бөлініп шығады, осы энергия атомның ішкі энергиясы деп аталады.

Радиоактивтік құбылыс жайындағы әңгімені қазірше, осымен тоқтатып, енді қайта атом құрылысына көшейік.

25-26-лекция

Атом құрылысы.

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

72

Кіріспеде айтып өткендей, атом құрылымы туралы дұрыс ұғымға ғалымдар бірден келе қойған жоқ.

Атомның құрамында оң және теріс зарядталған бөлшектер болатынын білеміз. Онда олардан атом қалай құралған?

Ертедегі грек ғылымының ілімінде алғаш рет табиғат туралы материалистік болжам туды. Олар: бізді қоршаған табиғат негізінен төрт-ақ элементтен тұрады деді. Ол элементтер: от, су, ауа, топырақ. Алуан түрлі заттар осы элементтердің қосылуынан пайда болады мыс деді. Осы мәселе туралы көп ойланған Левкит пен оның шәкірті Демокритзаттың ең ұсақ ақырғы бөлшектерінің бір-бірінен сапа жағынан айырмашылығы болмауға тиіс, заттар: от, су, ауа, топырақтардан құралмайды, олар одан әрі бөлінбейтін ең ұсақ бөлшектерден құралады. Оны Демокрит ең бірінші боып атом деді. “Атом” – грекше бөлінбейтін деген мағынаны білдіреді.

Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде 1900 жылы электрон барлық атомдардың құрамында болатыны анықталды. Ал олай болса, атом массасы тек қана электрон массасымен анықталама, әлде атом ішінде электронның теріс зарядын бейтараптайтын заряд орналасқан ба ? Міне осы және басқа сұрақтарға жауап беру үшін әр түрлі елдердің ғалымдары атом моделін ұсынды. Модель белгілі бір зерттелетін физикалық дененің, құбылыстың немесе денелер, құбылыстар жүйесінің ой түсінігі арқылы немесе материалды түрде жасалған шартты үлгісі.

Атомның бірінші моделін 1902-1904 жылдары Дж.Томсон ұсынған. Бұл модель бойынша оң зарядталған біртекті атом массасына тербелмелі қозғалыста болатын теріс зарядты электрондар орналасқан, оң заряд атомның бүкіл көлемін түгелдей жайлайды деген. Бұл модель термоэлектрондық эмиссия кезінде электрондардың ытқып шығуын, атомның электромагниттік толқындарды шығаруын, иондардың пайда болу үрдістерін және т.с.с. құбылыстарды түсіндіре алды. Әрине, Томсон моделі атом туралы ілімнің дамуында белгілі рөл атқарады.

Ағылшын ғалымы Э.Резерфорд 1908-1911 жылдары жүргізілген тәжірибелерінде атом ішінде зарядтың таралуын зерттей отырып Томсон моделінің қате екенін дәлелдеді.

Э.Резерфорд өте жұқа, папирос қағаздан да жұқа, алтын фольгадан альфа-сәлесін (бөлшектерін) өткізіп тәжірибе жасады. Тәжірибеде қолданған фольга қалыңдығы – 6 . 10–7 м шамасында.

Альфа-бөлшектерінің көпшілігінің фольгадан бұрылмай өтетіні байқалды. Мұнда біраз ғана альфа-бөлшектерінің бағыты бұрынғыдан шамалы өзгеретіні анықталды. Ал, азын-аулақ альфа-бөлшектері фольгаға тиіп шоршып кейін қайтады. Демек, ол бөлшектерді атом зор күшпен кейін тебеді. Альфа-бөлшектері оң электрмен зарядталған екені мәлім, олай болса, бұл бөлшектерді кейін тебетін атомның ішінде шоғырланған оң электр зарядтары болуға тиіс. Сонымен, шашыраған альфа-бөлшектерінің таралу заңдарын тауып, бірнеше тәжірибе нәтижелері талданып, атомның массасы кішкене ғана көлемге жиналған болуға тиіс деген қорытынды жасалды. Оны

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

73

атомның ядросы дейді. Тәжірибелерін қорытындылай келе Резерфорд атомның ядролық моделін ұсынды, оны кейде атомның планетарлық моделі деп атайды. Резерфорд формуласын пайдаланып ең бірінші рет атом ядросының зарядын табуға мүмкіндік болды. Қазіргі өлшеулер бойынша ядро радиусы 10-15 м, ал атом радиусы шамамен 10-10 м. Ядроның үлкендігі атомнан он мың еседей кіші. Атомның ядросы оң зарядпен зарядталған. Резерфордша атомның құрлысын Күн системасының құрлысы мен салыстыруға болады. Планеталардың Күнді айнала қозғалатыны сияқты, электрондар атомның ядросын айнала қозғалып жүреді. Тереңірек зерттей келгенде, егер Д.И.Менделеев таблицасындағы атомның нөмірі Z болса, атомның ядросының заряды +еZ болатыны анықталды; е – элементар заряд. Мұның бұлай болуы заңды-ақ, өйткені, атомның химиялық қасиеттері, оның ядросының зарядының мөлшеріне байланысты. Сонымен, атомның құрамында Z электрон және бір ядро болады. Сөйтіп, ХІХғасырдың аяғына дейін “жіктеуге келмейді” деп саналған атом шынында (Z+1) бөлшектерден құралады.

Әрине, атомның Резерфорд моделі атом ілімінің дамуына үлкен әсерін тигізді, атом табиғатын түсінуге мүмкіндік берді. Мысалы, сутегі атомының Д.И.Менделеев таблицасындағы нөмірі бірінші, демек, оның электроны біреу ғана; ол оң зарядпен зарядталған ядроны айналып жүреді. Электрон заряды е = 4,8 . 10–10 СГСЭ жүйесіне тең екенін Милликен 1911 жылы тапты. Бұл нәтиженің элементар бөлшектер физикасы үшінмаңызы зор. Электрон атомдардың барлық құрамына кіреді.

1919 жылы протон белгілі болды. Сутегі атомының ядросы протон деп аталады. Протон заряды оң элементар зарядқа тең. Электрон массасынан 1836 есе артық тұрақты элементар бөлшек. Ол “р” таңбасымен белгіленеді. Сонымен, сутегі атомы бір протон және бір электроннан құралған. Әрине, басқа элемент атомындағы электрондардың саны басқаша, олардың саны Д.И.Менделеев таблицасындағы элемент нөміріне қарай әртүрлі болады.

Оқымыстылар зерттей келгенде, әрбір элементтің атомының сыртқы электрондарының орналасуы түрліше екендігі дәлелденді. Атомның физикалық және химиялық қасиеттері, әлгі электрондардың атомының ядросын қоршап қалай, орналасқанына байланысты.

Сонымен атом күрделі түзіліс. Ол бір ядро (оң зарядты) мен бірнеше электроннан құралған. Қандай заттың болса да құрылысының негізі ядро болады. Ядроның құрамы қандай екені 1932 жылға дейін құпия болып келді. Ядроның құрамы туралы бірінші рет болжам жасаған Вилям Проут болды. Проут барлық элементтің ядролары протоннан тұрады деді. Протон сутегі атомының құрлысынан да белгілі. Қандай атомның болса да ядросы бар екендігі анықталған соң, радиоактивті құбылыс ядроның ішінде болатыны да мәлім болды. Сөйтіп, ядродан альфа - бета - гамма – сәулелері шығады. Ядроның өзі де, атом сияқты, күрделі түзіліс. Табиғи радиоактивті құбылыс кезінде бір атомның ядросы өзінен-өзі жіктеліп екінші атомның ядросына айналады. Мысалы, бір альфа - бөлшегі ұшып шықса, радийдың атомының

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

74

ядросы радон газының атом ядросына айналады. Осылайша атом ядросында өзгеріс болғанда ядродан энергия бөлініп шығады. Бұл атом ядросында шоғырланған мол энергияның азын-аулақ үлесі ғана! Атомның ішкі энергиясы тек радиоактивті заттардың атом ядросында ғана емес, барлық заттардың судың, ауаның және т.б. заттардың атом ядросында да бар. Радиоактивті заттар атомы ядросындағы энергия өзінен өзі бөлініп шығады, ал басқа заттардың атом ядросындағы энергия “құлыптаулы”. Ол энергияны босатып сыртқа шығару оңай жұмыс емес.

Изотоптар. Қолданылуы.

Радиоактивтік құбылысты зерттеу атом ядроларының табиғатына қатысты маңызды жаңалықтардың ашылуына себепші болды.

Біз жоғарыда радиоактивті сәулелер шыққанда бір атомның ядросы өзгеріп, екінші атомның ядросына айналады дедік. Себебі, онда ядроның салмағы мен зарядының мөлшері өзгереді. Мысалы, ядродан бір альфабөлшек ұшып шықса, атомдық салмақ 4 өлшем кемиді, ядроның заряды 2 есеге азаяды. Себебі, алфа-бөлшектің атомдық салмағы 4, заряды 2е. Сонда жаңадан пайда болған атомның нөмірі бұрынғыдан 2-ге кем болады. Бастапқы атомның нөмірі Z болса, соңғы атомның нөмірі ( Z- 2 ) болады. Ал, ядродан теріс зарядты бір бета-бөлшек ұшып шықса, атомның нөмірі 1-ге артады, яғни (Z + 1) болады; атомдық салмақ өзгермейді, өйткені, бөлшек салмағы өте аз, есепке алмаса да болады. Егер атомнан алғаш бір альфабөлшек, кейін бірінен соң бірі 2 рет бета-бөлшек ұшып шықса, мұның нәтижесінде пайда болған атомның нөмірі бастапқы атомдікіндей, бірақ атомдық салмағы 4 өлшем аз болады. Мысалға уранды алайық, оның нөмірі 92, атомдық салмағы 238. Бір рет альфа, екінші рет бета-бөлшектері ұшып шыққанда пайда болған элементтің нөмірі 92, атомдық салмағы 234 болады. Алғашқы уран –І, соңғысы уран – ІІ делінеді. Бұлардың нөмірлері бірдей, атомдық салмақтары әртүрлі, оған қарамастан бұлар Менделеев таблицасында 92 - орында болады. Химиялық қасиеттерінің айырымы жоқ. Осы сияқты химиялық қасиеттері бірдей, атомдық салмақтары әртүрлі элементтерді изотоптар деп атайды. Зерттей келгенде тек радиоактивтік атомдардың ғана емес, орнықты атомдардың да изотоптары болатыны анықталды. Мысалы, көміртегінің екі изотопы бар: біреуінің атомдық салмағы 12, екіншісінің атомдық салмағы 13. Литийдің де екі изотопы бар, олардың атомдық салмақтары 6 және 7. Оттегінің үш изотопы бар, олардың атомдық салмақтары 16, 17 және 18.

Әсіресе сутегінің изотоптары ерекше, себебі массасы жағынан екі немесе үш есе айырмашылығы бар. Салыстырмалы атомдық массасы 2 болатын изотоп дейтерий деп аталады. Ол радиоактивті емес және әдеттегі сутегіне аздаған қоспа ( 1: 4500 ) түрінде енеді. Дейтерий оттегімен қосылғанда ауыр су пайда болады. Оның физикалық қасиеттері әдеттегіден анағұрлым бөлек.

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

75

Қалыпты атмосфералық қысымда ол 101,2 о С -та қайнайды да, 3, 8о С-та қатады.

Салыстырмалы атомдық массасы 3 болатын изотоп тритий деп аталады. Ол бетарадиоактивті, жартылай ыдырау периоды 12 жылға жуық.

Изотоптардың болуы, атом ядросының заряды атомдардың барлық қасиеттерін анықтамай, тек химиялық қасиеттері мен электрон қабықшасының маңына байланысты физикалық қасиеттерін, мысалы, өлшемдерін анықтайтындығын дәлелдейді. Атомның массасы мен радиоактивтік қасиеттері оның Менделеев таблицасындағы реттік нөмірімен анықталмайды.

Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларын дәл өлшегенде олардың бүтін сандарға өте жақын болатындығының елеулі маңызы бар. Кейбір химиялық элементтердің салыстырмалы атомдық массаларының бүтін санынан айырмашылығы көп болады. Мысалы, хлордың салыстырмалы атомдық массасы 35,5 -ке тең. Бұл – табиғи күйде химиялық таза зат изотоптардың әр түрлі пропорциялардағы қоспасы болып келетіндігін көрсетеді. Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларының бүтін сан болуының ( жуықтап алғанда) атом ядросының құрлысын анықтауда маңызы зор.

Атом ядросы. Ядроның байланыс энергиясы.

Жоғарыда айтылғандардан радиоактивті емес, кәдімгі заттардың атом ядросының өздігінен жіктелмейтінін, яғни орнықты екенін көрдік. Ондай орнықты ядроларды көпке дейін ешкім тәжірибе жасап өзгерте алмады. Тек 1919 жылы атақты физик Э.Резерфорд тәжірибе жасап альфа-бөлшектер кәдімгі элементтердің ядросын өзгерте алатынын дәлелдеді. Атап айтқанда, альфа-бөлшектерімен “атқылап” азоттың бірнеше атомдарын оттегі атомына айналдырды. Мұнда азот ядросынан сутегі ядросын (протон) ұрып шығарды. Бұл тәжірибеде өзгерген ядроның саны өте аз болды, өйткені, сан миллион альфа-бөлшектерінің тек бірнешеуі ғана азот ядросына тие алады.

Ядроның протон-нейтрондық моделі Чедвиктің тәжірибелерінде нейтрон ашылған соң іле-шала 1932 ж. Совет физигі Д. Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейтронды моделін ұсынды. Ол ядролық түрлендірулердің кейінгі зерттеулерімен дәлелденді және қазіргі кезде даусыз болып табылады.

Протон-нейтронды модельге сәйкес ядролар екі сортты элементар бөлшектерден: протондар мен нейтрондардан тұрады.

Тұтас алғанда атом электр жөнінен нейтрал, ал протон заряды электрон зарядына модулы бойынша тең болғандықтан, ядродағы протондардың саны атом қабықшасындағы электрондар санына тең. Ендеше, ядродағы протондар саны Менделеев таблицасындағы Z элементтің атомдық нөміріне тең.

Ядродағы протондардың Z саны мен нейтрондардың N санының қосындысын массалық сан деп атап, A әрпімен белгілейді:

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

76

A = Z + N .

Протон мен нейтрон массалары бір-біріне жуық және олардың әрқайсысы жуықтап алғанда массаның атомдық бірлігіне тең. Атомдағы электрондар массасы ядро массасынан әлдеқайда аз. Сондықтан, ядроның массалық саны бүтін санға дейін дөңгелектелген элементтің салыстырмалы атомдық массасына тең. Массалық сандар дәлдігі онша жоғары болмайтын приборлармен ядролық массаларды өлшеу арқылы анықталуы мүмкін.

Изотоптар Z бірдей шамадағы, бірақ A массалық сандары түрліше, яғни нейтрон сандары N түрліше, ядролар болып келеді.

Азоттың атомдық салмағы 14, нөмірі 5. Гелийдің атомдық салмағы 4, нөмірі 2. Демек салмағы 14 өлшем, 5 зарядты бар азот ядросы салмағы 4 өлшем, 2 зарядты бар гелий ядросын (протонын) сыртқа шығарады, протонның салмағы 1, заряды да 1. Сонымен, ендігі қалған салмақ 14 + 4 - 1=17, заряд 7 + 2 –1= 8. Демек, екінші бөлшектің салмағы 17, заряды 8. Менделеев таблицасында 8 - клеткадағы элемент оттегі. Бұл бөлшек оттегінің изотопы болады ( изотоптар деп – Менделеев таблицасындағы нөмірі бірдей, яғни, орны бір, атомдық салмағы тең емес элементтер айтылады). Осы айтылған құбылысты ғылым тілінде былайша жазып

көрсетеді:

7N14 + 2Не4 – > 8О17 + 1Н1

мұнда N азот, Не - гелий, О – оттегі, 1Н1 – протон таңбасы; сол жақтағы сан элементтің нөмірін, оң жақтағы сан оның атомдық салмағын көрсетеді.

Ядролар өте орнықты болғандықтан, протондар мен нейтрондарды ядро ішінде белгісіз және өте үлкен күштер ұстап тұруы тиіс. Бұл нендей күш ?

27-30-лекция Зарядталған бөлшектерді тіркегіштер. Вильсон камерасы.

Жоарыда айтылған құбылыстарды байқап зерттеу үшін қолданылатын бірнеше негізгі құралдар бар. Олардың бірі Вильсон камерасы. 1912 ж.

пайда болады.

Бұл құрал цилиндр пішінді шыны сауыттан істелініп, оның ішінде жылжымалы поршены болады. Мысалы, осы сауыттың ішінде ауаға араласқан судың буы болсын. Егер поршенді қозғап ауа көлемін ұлғайтсақ, температура төмендейді; салқындаған бу шаң-тозаңға қонып тамшыға

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

77

айналады. Егер шаң-тозаң болмаса, ионға (оң немесе теріс зарядты атом) қонып, тамшыға айналады, онда, тамшылар қарағанда жылтырап көрінеді. Егер камераның ішіндегі ауа таза болып, оған шапшаң бөлшек енген кезде ауа көлемі кенеттен зорайтылса, онда суыған бу өткен бөлшектің жолындағы иондарға қонып тамшыға айналады. Сөйтіп, біз қозғалған бөлшектің өзін көрмесек те, оның ізін көреміз. Ондай ізді тректі дейді. Сонымен, Вильсон камерасы арқылы ұсақ бөлшектердің тректерін бақылап зерттеуге болады; мұнда тректің суретін түсіріп алады. Әрине бұл камераны ауадан өзге азот, аргон сияқты газдармен толтыруға да болады.

Жоғарыда келтірілген (1) теңдеудің дұрыс екендігі Вильсон камерасы арқылы түсірілген бөлшектер жолы суреттерін зерттеу әдісімен тексерілген. Бұл тректілердің біреуі альфа-бөлшектің азот ядросына тигенін және оның басқа ядроға айналғанын көрсетеді. Бұл тректінің екіге айырылған орнында

ядро өзгерген: жіңішке ұзын тректі протонның, қысқа трекі оттегі изотопы 8О17 –нің жолы.

Газ ішінде қозғалған бөлшектің толық тоқтағанға дейінгі жүрген жолының ұзындығына қарай, сол бөлшектің энергиясының мөлшерін шамалауға болады. Бөлшектің трегі неғұрлым ұзын болса болса, оның энергиясы солғұрлым көп болады. Ал тректің ұзындық бірлігіне су тамшысы неғұрлым көбірек түзілсе, оның жылдамдығы солғұрлым аз болады. Заряды үлкен бөлшек жуанырақ трек қалдырады.

Вильсон камерасын біртекті магнитің арасына қойса, бөлшек ізі қисаяды.Оны зерттеп бөлшектің зарядын және массасын анықтауға болады.Бөлшек заряды неғұрлым үлкен болса және неғұрлым оның массасы кіші болса, тректің қисықтығы солғұрлым көп болады. Тректің қисықтығына қарап бөлшек зарядының оның массасына қатынасын анықтауға болады. Егер осы шамалардың бірі белгілі болса, онда екіншісін есептеп шығаруға болады. Мысалы, бөлшектің заряды және оның трегінің қисығы бойынша массасын анықтауға болады.

Элементар бөлшектер. Позитрон

Вильсон камерасының ғылым жүзінде өте маңызы зор. Бұл камера Жерге дүние кеңістігінен келетін космостық сәулелер делінетін ерекше сәулелерді зерттеуде де қолданылады.

1932 жылы америкалық физик Андерсон, Вильсонның камерасы арқылы космостық сәулелер ішінде ерекше элементар бөлшек бар екенін тапты. Вильсон камерасында магнит өрісінің әсерінен ол бөлшек кәдімгі электронға қарама-қарсы жаққа қарай бұрылып кетеді; демек мұның заряды оң. Бұл

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

78

бөлшек позитрон деп аталады. Позитронның массасы электронның массасындай және зарядының абсолют мөлшері электрон зарядындай екені анықталды. Оны оң электрон деп те атайды. Бұдан соңғы зерттеу нәтижелеріне қарағанда электрон мен позитрон екеуі бір мезгілде, пайда бола алатыны да тағайындалды. Мұндай “егіз” бөлшектер кейбір гамма-сәулелері әсерінен кенет пайда болады.

Бірақ электрондар мен протондардың аса қауіпті туыстары – позитрондар мен антипротондар бар, бұл бөлшектер бір-бірімен соқтығысқанда өзара жойылып, жаңа бөлшектер пайда болады.

Н е й т р о н

Біз жоғарыда азот атомының ядросын альфа-бөлшектерімен атқылағанда протон ұшып шығатынын айттық. Ал, кейбір берилий, литий, бор сияқты жеңіл элементтерді альфа-бөлшектерімен атқылағанда тағы да ерекше сәулелер шығады. Бұл сәулелер 1931 жылы табылды. Зерттей келгенде бұл сәулелер қалың қорғасыннан өте алатын, өте “қатаң” сәулелер екені байқалды. Бұл сәулелер алғаш гамма-сәулелер сияқты болып көрінді; зерттей келгенде олай болып шықпады. Ол сәулелердің бір өзгешелігі – булар сутегісі мол заттан протонды ұрып шығара алатыны байқалады. Бұл сәулелердің Вильсон камерасындағы ізі көрінбейді. Олар жолында кездескен азоттың, гелийдің және сол сияқты элементтің ядроларын ығыстыра алады. Ол ығысқан ядролардың іздері көрінеді. Сол іздерге қарап, ол оқиғаның себепшісі не екенін анықтауға болады. Зерттей келгенде сәуле дегеніміз ерекше бөлшектер ағыны болып шықты. Мұны дәлелдеген Резерфордтың шәкірті, ағылшын физигі Джеймс Чадвик болды. Бұл көзге көрінбейтін бөлшек нейтрон деп аталады. Олай делінуі – бұл бөлшекте электр заряды болмайды. Нейтронның массасы протонның массасына тең. Сөйтіп, нейтрон дегеніміз электр заряды жоқ протон болады. Нейтрон ашылғаннан кейін ғалымдар атом ядросының құрамына енді. Нейтрон “n” әрпімен белгіленеді. Осы күнгі ғылыми көзқарас бойынша барлық атомдардың ядросы протондар мен нейтрондардан құралған.

Нейтрон атом ядросын атқылап өзгертуге өте қолайлы. Өйткені, оның электр заряды жоқ, оған оң зарядтағы ядро және оны қоршаған электрондар әсер етпейді. Нейтронмен атқылағанда оның ядроға соғуына ешқандай бөгет жоқ. Альфа-бөлшектен гөрі нейтрон ядроға әлде қайда жиірек соқтығады. Сөйтіп, атом ядросын жіктеу, ондағы энергияны босату ісінде нейтронның табылуы зор олжа болады. Бірақ, нейтрондар атомның ядросында болады. Пайдалану үшін оларды ядродан босатып шығару керек. Ол үшін, мысалы, берилийдің атом ядросын электрмен зарядталған бөлшектермен атқылау керек. Бұған, әрине, зор құрал-жабдық керек.

Нейтронның ашылуы ядролық реакцияларды зерттеудегі бетбұрыс болды. Нейтрондардың зарядтары болмағандықтан, олар атом ядроларының ішіне кідіріссіз өтіп, олардың түрленуін туғызады. Мысалы, мынадай реакция байқалады:

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

79

Нейтрондар туғызатын реакцияларды зерттеуді тұңғыш рет ұлы итальян физигі Энрико Ферми бастады. Ол тек шапшаң нейтрондар емес, баяу нейтрондар да ядролық түрленулер туғызатындығын байқаған. Сонымен бірге, бұл баяу нейтрондар көбінесе шапшаңдарынан анағұрлым әсерлі екен. Сондықтан шапшаң нейтрондарды алдын ала баяулатқан жөн. Бұл әсер суда, массалары нейтрон массаларына тең дерлік, көптеген сутегі ядроларының - протондардың болатындығымен түсіндіріледі.

ХХ - ғасырдың басында атом ядролары бета – ыдырауға ұшырайтыны ашылды. Бета ыдырауда ядро теріс энергиялы электрон бөліп, бастапқы ядро зарядына қарағанда бір -ге артық ядроға айналады. Электрон шамасы ядро шамасымен салыстырғанда шексіз аз болғандықтан ядроның массасы

өзгермейді.

К1940 Са4020 + е-

Электрон бөле жүретін ядролық ыдырауды немен түсіндіруге болады. Себебі, ядрода электрон жоқ қой. 1934 жылы Паули бетаыдырауда электрон мен бірге нейтрино деп аталатын тағы бір бөлшектің бөлінетіндігін дәлелдеді.

n р + е - +

Элементар бөлшектер өзіне тән қасиеттерге ие. Біз элементар бөлшектер дүниесіне енген сайын олардың түр-түрін аштық, олардың қасиеттері де сан алуан болды. Элементар бөлшектердің қасиеттері – геометриялық және динамикалық деп бөлінеді. “Геометриялық” қасиетінде бөлшектердің әсерлесуіне тәуелсіз болады. Бөлшектердің “динамикалық “ қасиеттері – бұл бөлшектер арасындағы әсерлесудің симметриясы мен ерекшеліктерінің көрініс табуы болады.

3. ПРАКТИКА САБАҚТАРЫНЫҢ ҚЫСҚАША СИПАТТАМАСЫ Электр және магнетизм

Практикалық сабақтарда орындалатын есептер кестесі:

Ағымдық бақылау жұмысында шығарылатын есептер:

Ф ҚазҰПУ 0703-12-09 Білім алушыларға арналған пәннің оқу-әдістемелік кешені

80