Зміст
Три способи знайти протонну масу включають обчислення від теорії, від атомної молярної маси та порівняння заряду / маси з електронами. Використання теорії для пошуку того, якою має бути “протонна маса”, реально лише для фахівців у цій галузі. Розрахунки зарядки / маси та молярної маси можна проводити на рівні бакалаврату та середньої школи.
Отримати протонну масу з квантових та теорій відносності. Протони мають внутрішню будову - три частинки (кварки), утримувані разом привабливими силами (глюони). Наївні припущення давали б кожному кварку 1/3 протонної маси. Близько 95 відсотків до 98 відсотків протонної маси не сприяють кварковій масі. По правді кажучи, більшість протонних мас виходить з енергії взаємодії між кварками. Нагадаємо "E = mc ^ 2", якщо виникає плутанина щодо фрази "маса походить від енергії".
Обчисліть знаючи молярну масу водню. Один моль дорівнює 6,022e23, так само як один десяток дорівнює 12 або одна пара дорівнює двом. Ми можемо вважати, що один моль атомів водню (а не молекули Н2) важить 1,0079 г. Кожен атом водню містить один протон, тому один моль протонів важить 1,0079 г. Оскільки кожен моль дорівнює 6,022e23 одиниць, ми знаємо, що 6,022e23 протони важать 1,0079 грам. Розділення 1,0079 г на мольне число (1,0079 / 6,022e23) дає протонну масу: 1,66737е-24 г.
Зауважимо, що в атомах водню є електрон для збалансування заряду протонів. Протони без електронів, як у розчиненому розчині, так і у плазмі, сильно відрізняються від атомів водню. Оскільки обчислення не зупиняється на цьому, ми можемо ігнорувати фізичну абсурдність у видаванні, що електрони не існують.
Майте на увазі, що метод обчислення «молярної маси» можна виконати з будь-яким елементом. Однак три джерела помилок повзають. По-перше, протони в атомах водню не пов'язані. В інших елементах протони зв’язані з нейтронами. Протони, зв'язані в ядрі, мають меншу енергію, тому трохи меншу масу - ніж окремі протони. По-друге, число електронів та помилка, якщо їх ігнорувати, починають складатися. Облік електронів ускладнює все починання. Нарешті, важчі елементи радіоактивні. Розгляньте шляхи розпаду, наявність ізотопів, період напіврозпаду тощо. Знову ж таки, розрахунок все ще можливий, але це стає складніше, ніж потрібно.
Використовуйте співвідношення заряду / маси. Цей метод вимірює викривлення частинок при введенні каліброваних електричних і магнітних полів. Величина кривизни вказувала б на протонну масу порівняно з масою електронів. Експериментальна ідея схожа на вплив рухомої кулі. Постійна механічна сила в невеликій мірі відхилить важкий кавун (протон) від прямолінійного руху. Ця ж сила відхилить легкий м'яч для гольфу (електрон) набагато більше.