Реферат
з фізики
на тему:
В«Проблеми сучасної фізикиВ»
Почнемо з проблеми, яка привертаєзараз найбільшу увагу фізиків, над якою, мабуть, працює найбільшакількість дослідників і дослідницьких лабораторій у всьому світі, - цепроблема атомного ядра і, зокрема, як найбільш актуальна й важлива їїчастина - так звана проблема урану.
Вдалося встановити, що атоми толскладаються 113 порівняно важкого позитивнозарядженого ядра, оточеного деяким числом електронів. Позитивний зарядядра і негативні заряди оточуючих його електронів компенсують один одного.В цілому атом здається нейтральним.
З 1913 майже до 1930 р. фізикививчали самим ретельним чином властивості і зовнішні прояви тієї атмосфериелектронів, які оточують атомне ядро. Ці дослідження привели до єдиноїцільної теорії, що виявила нові закони руху електронів в атомі, ранішенам невідомі. Ця теорія отримала назву квантової, або хвильової, теоріїматерії. До неї ми ще повернемося.
Приблизно з 1930 р. основнеувага була спрямована на атомне ядро. Ядро нас особливо цікавить, томущо в ньому зосереджена майже вся маса атома. А маса є міра того запасуенергії, якою володіє дана система.
Кожен грам будь-якої речовини укладає всобі точно відому енергію і притому вельми значну. Так, наприклад, всклянці чаю, який важить приблизно 200 г., укладена кількість енергії, дляотримання якої потрібно було б спалити близько мільйона тонн вугілля.
Ця енергія знаходиться саме в атомномуядрі, тому що 0.999 всієї енергії, всієї маси тіла містить в собі ядра ітільки менше 0.001 усієї маси може бути віднесено до енергії електронів.Колосальні запаси енергії, що знаходяться в ядрах, незрівнянні ні з якою формою енергії, яку ми знали досі.
Природно, принадна надія володітицією енергією. Але для цього спочатку потрібно вивчити її, а потім знайти шляхи для їївикористання.
Але, крім того, ядро ​​цікавить нас і поінших причин. Ядро атома цілком визначає всю природу його, визначає йогохімічні властивості і його індивідуальність.
Якщо залізо відрізняється від міді, відвуглецю, від свинцю, то відмінність це лежить саме в атомних ядрах, а не велектронах. Електрони у всіх тіл одні й ті ж, і будь-який атом може втратитичастину своїх електронів аж до того, що можуть бути зірвані всі електрони затома. Поки цело і незмінно атомне ядро вЂ‹вЂ‹зі своїм позитивним зарядом, вонозавжди притягне до себе стільки електронів, скільки необхідно для компенсаціїйого заряду. Якщо в ядрі срібла 47 зарядів, то воно завжди приєднає до себе 47електронів. Тому, поки цілю ядро, ми маємо справу з тим же самим елементом, зтим же самим речовиною. Варто змінити ядро, як з одного хімічного елементавиходить інший. Тільки тоді здійснилася б давня і давно вже забезнадією залишена мрія алхімії - перетворення одних елементів вінші. На сучасному етапі історії ця мрія здійснилася, не зовсім у тихформах і не тими результатами, які очікувалися алхіміками.
Що ми знаємо про атомному ядрі? Ядро всвою чергу складається з ще більш дрібних складових частин. Ці складові частиниявляють собою найпростіші відомі нам в природі ядра.
Найлегше і тому саме просте ядро- Це ядро ​​атома водню. Водень - перший елемент періодичної системи затомною вагою близько 1. Ядро водню входить до складу всіх інших ядер. Але, зіншого боку, легко бачити, що всі ядра не можуть складатися тільки зводневих ядер, як давно, вже більше 100 років тому, передбачав Проут.
Ядра атомів володіють певноюмасою, яка дається атомною вагою, і певним зарядом. Заряд ядра задаєтой номер, який даний елемент займає в періодичній системі Менделєєва.
Водень в цій системі - перший елемент:в пего один позитивний заряд і один електрон. Другий по порядку елементмає ядро ​​з подвійним зарядом, третій - з потрійним і т.д. аж до самогоостаннього і найважчого з усіх елементів - урану, ядро ​​якого має 92позитивних заряду.
Менделєєв, систематизуючи величезнийдосвідчений матеріал в області хімії, створив періодичну систему. Він, звичайно, непідозрював в той час про існування ядер, але не думав, що порядок елементівв створеній ним системі визначається просто зарядом ядра і нічим більше.Виявляється, що ці дві характеристики атомних ядер - атомна вага і заряд - невідповідають тому, що ми могли б очікувати, виходячи з гіпотези Проут.
Так, другий елемент - гелій маєатомний вага 4. Якщо він складається з 4 ядер водню, то і заряд його мав бибути 4, а між тим заряд його 2, тому що це другий елемент. Таким чином,треба думати, що в гелії всього 2 ядра водню. Ядра водню ми називаємопротонами. Але у крім того, в ядрі гелію є ще 2одиниці маси, які заряду не мають. Другу складову частину ядра доводитьсявважати незарядженим ядром водню. Доводиться розрізняти ядра водню,володіють зарядом, або протони, і ядра, що не володіють зовсім електричнимзарядом, нейтральні, їх ми називаємо нейтронами.
Всі ядра складаються з протонів інейтронів. У гелії 2 протонів і 2 нейтронів. У азоті 7 протонів і 7 нейтронів. Вкисні 8 протонів і 8 нейтронів, у вуглеці З протонів і 6 нейтронів.
Але далі ця простота кількапорушується, число нейтронів стає все більше і більше але порівняно зчислом протонів, і в самому останньому елементі - урані є 92 заряду, 92протона, а атомна вага його 238. Отже, до 92 протонам додано ще 146нейтронів.
Звичайно, не можна думати, що те, що мизнаємо в 1940 р., тобто вже вичерпне відображенняреального світу і різноманіття закінчується на цих частках, які єелементарними в буквальному сенсі слова. Поняття елементарності означає тількипевний етап у нашому проникненні в глиб природи. На даному етапі мизнаємо, однак, склад атома лише аж до цих елементів.
Ця проста картина па насправді булаз'ясована не так легко. Довелося подолати цілу низку утруднень, цілий рядпротиріч, які і момент свого виявлення здавалися безвихідними, алеякі, як завжди в історії науки, виявилися лише різними сторонамибільш загальної картини, що представляла собою синтез того, що здавалося протиріччям,і ми переходили до наступного, більш глибокому розумінню проблеми.
Найважливішим із цих утруднень виявилосянаступне: на самому початку нашого століття було вже відомо, що з надррадіоактивних атомів (про ядрі тоді ще не підозрювали) вилітають б-частинки (вони виявилися ядрами гелію) і в-частинки (електрони). Здавалося, те, щовилітає з атома, це і є те, з чого він складається. Отже, здавалося,ядра атомів складаються з ядер гелію і електронів.
Помилковість першій частині цьогозатвердження ясна: очевидно, що неможливо скласти ядро ​​водню з вчетверобільш важких ядер гелію: частина не може бути більше цілого.
Виявилася невірною і друга частина цьогозатвердження. Електрони дійсно вилітають при ядерних процесах, і тим неменше електронів у ядрах немає. Здавалося б, тут - логічне протиріччя. ТакЧи це так?
Ми знаємо, що атоми випромінюють світло,світлові кванти (фотони).
Що ж ці фотони запасені в атомі ввигляді світла і чекають моменту для вильоту? Очевидно, немає. Ми розуміємо випусканнясвітла таким чином, що електричні заряди в атомі, переходячи з одногостану в інший, звільняють деяку кількість енергії, яка переходитьв форму променевої енергії, що розповсюджується в просторі.
Аналогічні міркування можна висловитиі щодо електрона. Електрон з цілої низки міркувань не можезнаходитися в атомному ядрі. Але він не може і створюватися в ядрі, як фотон,тому що має негативним електричним зарядом. Твердо встановлено,що електричний заряд так само, як і енергія і матерія в цілому, залишаєтьсянезмінним; загальна кількість електрики ніде не створюється і ніде незникає. Отже, якщо несеться негативний заряд, то ядро ​​отримуєрівний йому позитивний заряд. Процес випускання електронів супроводжується зміноюзаряду ядра. Але ядро ​​складається з протопоп і нейтронів, значить, один ...
