Атомная физика — это большой раздел физики, который исследует строение атомов и простые процессы, происходящие исключительно на атомном уровне.
Рисунок 1. Атомная физика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
К атомной физике непременно относится физика элементарных частиц, техника и методы ускорителей положительно заряженных частиц, ядерная энергетика. Основным составным элементом в данном направлении является нейтронная физика.
Современная атомная физика условно разделяется на экспериментальную и теоретическую. Экспериментальная физика применяет такие исследовательские способы, как центральные ускорители заряженных частиц, разнообразные детекторы частиц и ядерные реакторы. Экспериментальный вид атомной физики исследует модели строения ядра и ядерные реакции, базируясь на фундаментальных физических гипотезах, которые были созданы в процессе изучения физики микромира.
Ядра всех атомов ученые разделяют на два масштабных класса: радиоактивные и стабильные. Последние самостоятельно и бесконтрольно распадаются, трансформируясь в ядра других веществ. Такие атомные преобразования могут протекать и со стабильными ядрами при их тесном взаимодействии друг с другом и с разнообразными микрочастицами.
Любое положительно заряженное ядро и коэффициент его заряда определяется числом движущихся протонов в ядре $Z$ (зарядовый показатель). Количество нейтронов и протонов в ядре определяет общее массовое число ядра $A$. Элементы с одинаковым зарядовым показателем $Z$ и разными массовыми числами $A$ называются в физике изотопами.
В атомной физике существует множество определений, которые необходимо знать, однако сегодня мы разберем только некоторые из них.
Протоны и нейтроны представляют собой главные элементарные частицы, из которых состоит само ядро атома.
Возбужденное состояние выступает в качестве определенного состояния атома, в котором он несет большую энергию, чем при обычных процессах.
Квантование предполагает способ детального отбора орбит электронов, которые соответствуют всем стационарным состояниям атома.
Нуклон выполняет роль мельчайшей частицы, обладающая двумя основными зарядовыми состояниями: протон и нейтрон.
Заряд ядра показывает число протонов в ядре, которое можно сравнить с атомным номером вещества в периодической системе Менделеева.
Изотопы подразумевают ядра, которые имеют одинаковый заряд, если массовое количество нуклонов различно.
Изобары демонстрируют ядра, которые обладают одним и тем же числом нуклонов, при различных зарядах.
Нуклид показывает это определенное ядро со значениями $А$ и $Z$. Обозначается в физике: $fiz 29.1$, где $X$ — символ конкретного химического элемента, $A$ — это массовое количество нуклонов, $Z$ — это положительный заряд ядра и число протонов, $N$ — это коэффициент нейтронов в ядре.
Атомная единица массы — бесконтрольная единица массы, используемая для определения масс молекул, атомных ядер и элементарных частиц.
Физики записывают ее формулы таким способом:
$\Large 1 a.e.m=1,660 540\times 10^{-27} [Кг]$
где $\Large 1 a.e.m$ считается величиной, обратно пропорциональной количеству Авогадро, то молярная интенсивность этого элемента, представленная в граммах на моль, полностью совпадает с массой атома конкретного вещества, выраженной в $a.e.m$.
Для нахождения указанного термина пользуются различными принципами методами. Часть их базируется на экспериментальном уточнении молекулярной массы конкретного соединения элемента. В этом случае атомная масса будет равняться доле общей молекулярной массы, приходящейся на эту частицу, деленной на количество его атомов в молекуле.
Дефект массы ядра
Точные измерения плотности и масс ядер показывают, что указанный коэффициент всегда меньше итоговой суммы масс покоя элементов, которые слагают его свободные нейтроны и протоны.
При таком систематическом делении ядра его масса всегда меньше начальной суммы масс покоя образовавшихся свободных элементов. При синтезе ядра: масса сформировавшегося ядра всегда меньше показателю масс стабильного покоя свободных частиц.
Дефект массы ядра показывает определенную разницу между массой самого ядра и суммой масс всех существующих в ядре нуклонов.
Энергия фотона
Распространение световых лучей необходимо рассматривать как постоянный поток локализованных в пространственной среде дискретных элементов, а не как непрерывный волновой процесс, движущийся со скоростью равную быстроте света в вакууме. В 1926 году эти вещества получили название фотонов, которые обладают всеми характеристиками частицы.
Энергия фотона — это активность элементарной частицы или квант электромагнитного светового излучения.
Это безмассовая частица, которая может полноценно существовать двигаясь со скоростью света. Ее формула записывается таким способом:
$\LARGE E=h\nu = h\frac{c}{\lambda }$
Таким образом положительная энергия фотона возрастает с ростом частоты и с уменьшением длины волновых процессов. Так же фотон имеет: плотность фотона:
$\LARGE m=\frac{h\nu}{c^2}=\frac{h}{c\lambda }$
и импульс фотона:
$\LARGE p=\frac{hv}{c}=\frac{h}{\lambda }$
Фототок представляет собой процесс, возникающий в конкретной цепи, где пластинка прочно присоединена к отрицательному полюсу основного источника — фотокатода. Фототок появляется практически параллельно с освещением свойств фотокатода. Фототок насыщения абсолютно пропорционален насыщенности света, падающего на конкретную цинковую пластинку.
Скорость радиоактивного распада
Скорость радиоактивного распада представляет собой определенное количество распадов в единицу времени и записывается так:
$\large I(t) = I_0 e^{-\lambda t}=I_0 2^{-\frac{t}{T}}$
Для того, чтобы данная формула стала более понятной, необходимо продифференцировать выражение для определения зависимости числа атомов от времени. Таким образом:
- $\large I(t) = -\frac{d}{dt} (N_0 e^{-\lambda t})$;
- тогда получается, что скорость постоянного радиоактивного распада $\large I(t) = I_0 e^{-\lambda t}=I_0 2^{-\frac{t}{T}}$.
Стоит отметить, что зависимость от времени количества не разрушившихся радиоактивных атомов и коэффициента распада описывается одной и той же постоянной $~\lambda$.
На сегодняшний день основными разделами современной атомной физики выступают теория атома, оптическая спектроскопия, радиоспектроскопия, рентгеновская спектроскопия, физика ионных и атомных столкновений. В то время как рентгеновские методы исследует излучения атомов с мощными энергиями квантов до сотен тысяч, радиоспектроскопия изучает исключительно малые кванты.
Важнейшая задача атомной физики заключается в детализированном определение всех особенностей состояний атома в виде обозначений вероятных значений интенсивности энергии атома - его систем, принципом и других величин, которые более точно описывают состояние атома.
Изучается сверхтонкая структура уровней энергии, трансформация уровней сил под влиянием электромагнитного поля.
Таким образом, атомная физика непрерывно связана с другими известными разделами физики и другими естественными науками о природе. Правильные представления о структуре атоме, выработанные этим направлением, имеют огромное мировоззренческое значение. "Стабильность" мельчайших частиц объясняет устойчивость разных видов вещества, целостность химических элементов в природе. "Пластичность" же атома и систематические изменения его свойств при различных внешних условиях объясняет вероятность возникновения более сложных концепций, качественно своеобразных, их уникальную способность получать разные формы внутренней организации.
Так находит решение то противоречие между идеей о неизменных свойствах атомах и качественным многообразием элементов, которое существовало и в древние времена, и на данный момент, выступая хорошим основанием для критики атомизма.
