Αρχική Σελίδα > Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΚΟΥΑΡΚΣ, ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ 5ομέρος: Η σταθερότητα των ατομικών πυρήνων. Ό ρόλος των βαρυτικών, ηλεκτρικών και πυρηνικών δυνάμεων των νουκλεονίων του πυρήνα. Η εμβέλεια της κάθε αλληλεπίδραση. Ακτινοβολία α

Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΚΟΥΑΡΚΣ, ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ 5ομέρος: Η σταθερότητα των ατομικών πυρήνων. Ό ρόλος των βαρυτικών, ηλεκτρικών και πυρηνικών δυνάμεων των νουκλεονίων του πυρήνα. Η εμβέλεια της κάθε αλληλεπίδραση. Ακτινοβολία α

Δήμητρα Σπανού, χημικός στην Δευτεροβάθμια Εκπ/ση, μόνιμη καθηγήτρια στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

υπό κατασκευή

Η διατήρηση της σταθερότητας των ατόμων είναι αποτέλεσμα της ειδικής σταθερότητας των πυρήνων τους.

Ειναι κατανοητό ότι τα νουκλεόνια του πυρήνα που συμμετέχουν και στις 4 αλληλεπιδράσεις, επιρρεάζουν ταυτόχρονα διαφορετικοί παράγοντες με διαφορετικές επιρροές. Είναι οι βαρυτικές δυνάμεις, που όμως η επίδρασή τους στις διαστάσεις του πυρήνα είναι αμεληταίες, είναι οι ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των νουκλεονίων του πυρήνα αλλά και οι πυρηνικές δυνάμεις της ισχυρής και της ασθενούς αλληλεπίδρασης.

Η σταθερότητα των πυρήνων είναι αποτέλεσμα της ταυτόχρονής επίδρασης όλων αυτών. Γι αυτούς τους λόγους και ανάλογα με την ιδιαιτερότητα των πυρήνων, υπάρχουν λιγότερο και περισσότερο σταθεροί πυρήνες.

Η επίδραση της βαρύτητας είναι υπαρκτή σε όλα τα σωματίδια που διαθέτουν μάζα και βέβαια και στα σωματίδια στους πυρήνες των ατόμων. Όμως και εφόσον οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ των μαζών είναι ανάλογες με τις μάζες αυτές, ( $F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}\$ )

οι βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ των νουκλεονίων του πυρήνα είναι πολύ μικρές ώστε θεωρούνται αμεληταίες σε σχέση με τις υπόλοιπες.

και η βαρυτική δύναμη υπολογίζεται από τον νόμο του Νεύτωνα F=G. m₁.m₂/r² (Ανάλογα έχουμε F= Gm)

και υπολογίζοντας,

F= 6.67×10⁻¹¹ N·(m/kg)² 1,673x10 ⁻²⁷ . 1,673x10 ^{−27 /}(1 . 10^-10 m)²

Η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας είναι περίπου G= 6.67×10⁻¹¹ N·(m/kg)² και οι μάζες των νουκλεονίων της γνωστής ύλης είναι Μάζα πρωτονίου 1,673x10 ⁻²⁷ kg και μάζα ηλεκτρονίου 1,6749x10 ⁻²⁷ kg και

η βαρυτική έλξη μεταξύ πρωτονίων F== 6,67.1,673.1,673. 10^-45.

Αντίστοιχα οι ηλεκτρικές δυνάμεις μεταξύ των πρωτονίων του πυρήνα που υπολογίζονται από τον νόμο του Coulomb F=k Q1.Q2/r² . (Ανάλογα έχουμε F= E.q)

και το δεδομένου του φορτίου του πρωτονίου m_p= 1.6 . 10^-19 C είναι με υπολογισμούς βρίσκουμε

F= 9 . 10⁹ N . m² / C²) . ((1,6 . 10^-19 C) . (1,6 . 10^-19 C) / (1 . 10^-10 m)² .

Η ηλεκτρική δύναμη μεταξύ πρωτονίων είναι F= 9.1,6.1,6. 10^-9 Ν

Η διαφορά τους είναι της τάξης μεγέθους 10³⁶ δηλαδή οι βαρυτικές δυνάμεις είναι 10³⁶ φορές μικρότερες απο τις ηλεκτρικές

Όμως βάσει της αρχής ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας, Ε= mc² η μάζα αντικαθίσταται από το βαρυτικό ισοδύναμο που είναι ${\sqrt {G_{N}}}{\frac {E}{c^{2}}}$ . Η Ενέργεια που ισοδυναμεί είναι Ε= G^1/2 c² Αυτό σημαίνει πως η βαρυτική ενέργεια αυξάνει με την ταχύτητα. Έτσι σε υψηλές ταχύτητες η βαρυτική ενέργεια (ελκτικές δυνάμεις) πλησιάζει την ηλεκτρική ενέργεια (απωστικές δυνάμεις) και αν την υπερβεί οι ελκτικές βαρυτικές δυνάμεις επικρατούν των απωστικών ηλεκτρικών δυνάμεων μεταξύ των ομόσημων πρωτονίων κι εκεί έχουμε την προσέγγιση πρωτονίων που έχει συνέπεια, να έρχονται μεταξύ τους σε πολύ κοντινές αποστάσεις της τάξης του 10^-15m και να δημιουργείται πυρήνας από πρωτόνια και στην συνέχεια να δέχονται την επίδραση της ισχυρής πυρηνικής δύναμης που επικρατεί σε αυτές τις πολύ κοντινές αποστάσεις με αποτέλεσμα οι πυρήνες αυτοί να σταθεροποιούνται.

Η ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΥΡΗΝΩΝ ΑΠΟ ΑΔΡΟΝΙΑ (ΠΡΩΤΟΝΙΑ ΚΑΙ ΝΕΤΡΟΝΙΑ)

Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την "αρχέγονη νουκλεοσύνθεση" σε ορισμένες περιοχές αυξημένων βαρυτικών επιδράσεων από στοιχειώδη σωματίδια που έχουν ήδη σχηματιστεί σε προηγούμενο στάδιο της Μεγάλης Έκρηξης,

Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ . ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ. 2ο μέρος: Τα Χημικά Στοιχεία και η αρχή της δημιουργίας τους στα άστρα.

Δηλαδή την δημιουργία πυρήνων νουκλεονίων από τα στοιχειώδη σωματίδια, που εκτονώνει (παγιδεύει) την υπερβολική θερμοκινητική ενέργειά τους, αρχικά με την προσέγγιση των νουκλεονίων (βαρυτική δυναμική ενέργεια) και στη συνέχεια να επιδρά η ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση με την σταθεροποίησή τους (δυναμική)

Αυτό διαπιστώνεται από την ενέργεια που αποδεσμεύεται όταν η ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση παύσει να επιδρά όπως για παράδειγμα με την σχάση πυρήνων

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΝΕΤΡΟΝΊΩΝ

Οι πυρήνες που αποτελούνται μόνο από πρωτόνια δεν είναι σταθεροί. Οι δονήσεις των σωματιδίων μπορεί στιγμιαία να αυξομειώσουν την απόσταση και να αλλάξουν την τιμή της ηλεκτρικής δύναμης ώστε κάποια στιγμη να υπερβεί την τιμή της ισχυρής πυρηνικής δύναμης και οι πυρήνες να διαλυθούν. Τα νετρόνια που παρεμβάλλονται μεταξύ των πρωτονίων δημιουργούν πρόσθετη έλξη χωρίς να αυξάνουν την ηλεκτροστατική απώθηση.

Νετρόνια συνδέονται με πρωτόνια με ελκτικές δυνάμεις, ισχυρής πυρηνικής αλληλεπίδρασης, εφόσον κι αυτά αποτελούνται από κουάρκς όπως και τα πρωτόνια άρα έχουν χρωματικό φορτίο. Η σύνδεση ευνοείται εάν τα spin τους είναι παράλληλα μεταξύ τους.

Στην συντριπτική πλειοψηφία των σταθερών ατομικών πυρήνων, έχουν νετρόνια μεταξύ των πρωτονίων. Αλλά και οι πυρήνες που περιέχουν επιπλέον αριθμό νετρονίων, δεν είναι σταθεροί και εκπέμπουν σωματίδια ώστε μεταπίπτουν σ σταθερά ισότοπα.

Παράδειγμα το τρίτιο στο οποίο ένα από τα 2 νετρόνια του μετατρέπεται πρωτόνιο με εκπομπή ηλεκτρονίου (β διάσπαση) και το τρίτιο μεταστοιχειώνεται σε ήλιο $\mathrm {^{3}_{1}T{\xrightarrow {}}_{2}^{3}He+e^{-}+{\bar {v}}_{e}}$

ΟΙ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΡΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ

Σε μεγαλύτερη κλίμακα, την αλληλεπίδραση των νουκλεονίων του πυρήνα του ατόμου, δηλαδή πρωτονίων και νετρονίων, τα οποία είναι αδρόνια και ανήκουν στα βαρυόνια (στην περίπτωση αυτή η ισχυρή δύναμη λέγεται πυρηνική δύναμη γιατί κρατά τα πρωτόνια και τα νετρόνια μαζύ για να σχηματίσουν τους πυρήνες των ατόμων).

Τα νουκλεόνια του πυρήνα , πρωτόνια και νετρόνια, συγκρατούνται μαζύ με ελκτικές δυνάμεις, μέσα στον πυρήνα όχι βέβαια λόγω της κβαντικής χρωμοδυναμικού φορτίου (αφού το συνολικό χρωματικό φορτίο των πρωτονίων και των νετρονίων είναι μηδέν), αλλά λόγω μιας υπολειμματικής αλληλεπίδρασης (ανάλογης της Van der walls στον ηλεκτρομαγνητισμό) που η εμβέλειά της επεκτείνεται έως τα 2,5.10^-15m .

Πρακτικά στις αποστάσεις αυτές, η δύναμη από την ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση γίνεται συγκρίσιμη με την δύναμη από την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης που μεταξύ των πρωτονίων που είναι απωθητική (δύναμη coulomb) κι αυτό είναι που διαμορφώνει το μέγεθος των πυρήνων των ατόμων και την σχάση βαρέων πυρήνων όπου η απωθητικές επιδράσεις πολλαπλασιάζονται λόγω του πλήθους των πρωτονίων.

Εάν θελήσουμε να βρούμε τις τιμές που μπορεί να λάβει η ισχυρή πυρηνική δύναμη στις οριακές αποστάσεις των 2,5.10^-15m μπορούμε να υπολογίσουμε την ηλεκτρική δύναμη coulomb

F= 9 . 10⁹ N . m² / C²) . ((1,6 . 10^-19 C) . (1,6 . 10^-19 C) / (2,5 . 10^-15 m)²

=( 9.1.6² /2,5²) 10¹⁹⁷Ν

Οι πυρηνικές δυνάμεις είναι ανεξάρτητες από το ηλεκτρικό φορτίο και εκδηλώνονται τόσο μεταξύ πρωτονίου με πρωτόνιο όσο και μεταξύ πρωτονίου με νετρόνιο αλλά εξαρτώνται από τον προσανατολισμό του σπιν που πρέπει να είναι παράλληλα

Η ΑΣΘΕΝΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ

Η ασθενής αλληλεπίδραση έχει πολύ μικρό εύρος δράσης 2.10^-18m ( 2.10^-15m η ισχυρή πυρηνική και 10^-10m η ηλεκτρομαγνητικής)

Είναι πολύ ασθενέστερη της ισχυρής πυρηνικής, της ηλεκτρομαγνητικής και της βαρυτικής

Η σχέση των 4 δυνάμεων της φύσης δίνεται από τον παρακάτω πίνακα

ΠΗΓΕΣ

Источник: https://t-roc24.ru/vo-skolko-raz-sila-elektriceskogo-ottalkivaniya-mezdu-dvumya-elektronami-bolse-sily-gravitacionnogo-prityazeniya

6.2. Πυρηνικές δυνάμεις και οι ιδιότητές τους: Μεταξύ των νουκλεονίων που απαρτίζουν τον πυρήνα, υπάρχουν ειδικές, ειδικές (xn--80aaivjfyj3e.com)

Устойчивость атомных ядер - ОБЩАЯ ХИМИЯ (studme.org)

Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц::4.2 Фундаментальные взаимодействия (bru.by)

Στοιχεία Φυσικής του Ατομικού Πυρήνα και Στοιχειωδών Σωματιδίων::4.2 Θεμελιώδεις Αλληλεπιδράσεις (bru.by)

Gravity - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A3%CF%89%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%AF%CE%B4%CE%B9%CE%BF_%CE%AC%CE%BB%CF%86%CE%B1

https://www.physics.ntua.gr/eesfye/POP/articles/FIGS/inter.jpg

ακατέργαστο

Η βαρυτική δύναμη είναι εξαιρετικά ασθενής δύναμη σε σχέση με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις. Για παράδειγμα, η βαρυτική δύναμη μεταξύ ηλεκτρονίου και πρωτονίου σε απόσταση ενός μέτρου είναι προσεγγιστικά 10×10⁻⁶⁷ N, ενώ η ηλεκτομαγνητική δύναμη μεταξύ των δύο παραπάνω σωματιδίων είναι 10×10⁻²⁸ N. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη στο παραπάνω παράδειγμα είναι 39 τάξεις μεγέθους (i.e. 10³⁹) μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας.

Η βαρύτητα στον μικρόκοσμο[επεξεργασία] επεξεργασία κώδικα]

Η βαρύτητα στον μικρόκοσμο σε χαμηλές ενέργειες στοιχειωδών σωματιδίων είναι πολλές τάξεις μεγέθους ασθενέστερη από άλλες θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. Έτσι, ο λόγος της βαρυτικής δύναμης δύο πρωτονίων σε ηρεμία προς τη δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης είναι $10^{-36}$ $10^{-36}$ .

Ασθενής ονομάσθηκε γιατί η ισχύς της είναι πολύ χαμηλότερη από του ισχυρού πυρηνικού πεδίου (10¹³ μικρότερη) και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Συνήθως η ένταση σχετίζεται και είναι ανάλογη με τον ρυθμό διεγέρσεων που προκαλούνται από την αλληλεπίδραση. Ο ρυθμός των διεγέρσεων από την ασθενή αλληλεπίδραση είναι 10^-11s για ενέργειες αλληλεπίδρασης σωματιδίων 1GeV που θεωρείται αργός ρυθμός.

Άλλο ενδεικτικό μέγεθος για την δύναμη μιας αλληλεπίδρασης είναι η μέση ελεύθερη διαδρομή των σωματιδίων σε μια ουσία.

Η Ασθενής Αλληλεπίδραση έχει μικρό εύρος δράσης, περίπου 2.10^-18m, περίπου 1000 φορές μικρότερο από το μέγεθος του πυρήνα κι έτσι είναι ασθενής ακόμα και για πυρήνες που βρίσκονται πολύ κοντά σε απόσταση 10^-10m, πολύ ασθενέστερη της ηλεκτρομαγνητικής και της βαρυτικής

Αλλά η ένταση της Ασθενούς Αλληλεπίδρασης εξαρτάται και από την ενέργεια των αλληλεπιδρώντων σωματιδίων.

Παραδείγματα: Όταν ένα νετρίνο ενέργειας 100GeV που επιδρά με ένα νουκλεόνιο η διατομή της αλληλεπίδρασης είναι έξη τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτήν ενός άλλου νετρινίου ενέργειας 1MeV

Για να συγκρίνουμε το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας με το νόμο του Coulomb, το μέγεθος του ${\sqrt {G_{N}}}m$ ${\sqrt {G_{N}}}m$ ονομάζεται βαρυτικό φορτίο. Δυνάμει της αρχής της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας, το βαρυτικό φορτίο είναι ${\sqrt {G_{N}}}{\frac {E}{c^{2}}}$ ${\sqrt {G_{N}}}{\frac {E}{c^{2}}}$ . Η βαρυτική δύναμη γίνεται ίση σε ισχύ με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη όταν το βαρυτικό φορτίο είναι ίσο με το ηλεκτρικό φορτίο ${\sqrt {G_{N}}}{\frac {E}{c^{2}}}=e$ ${\sqrt {G_{N}}}{\frac {E}{c^{2}}}=e$ , δηλαδή στις ενέργειες του $E={\frac {ec^{2}}{\sqrt {G_{N}}}}=10^{18}$ $E={\frac {ec^{2}}{\sqrt {G_{N}}}}=10^{18}$ GeV, η οποία δεν είναι ακόμη εφικτή στους επιταχυντές σωματιδίων. [^18][19^]

Υποτίθεται ότι η βαρυτική δύναμη ήταν τόσο ισχυρή όσο και οι υπόλοιπες αλληλεπιδράσεις στην πρώτη $10^{-43}$ δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη^.[

Gravity - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Η βαρύτητα στον μικρόκοσμο[επεξεργασία] επεξεργασία κώδικα]

Επαφή