Содержание
Три способа найти массу протона включают вычисления из теории, из атомной молярной массы и сравнения заряда / массы с электронами. Использование теории для определения того, какой должна быть масса протона, реально только для специалистов в данной области. Заряд / масса и молярная масса могут быть выполнены на уровне бакалавриата и средней школы.
Получите массу протона из квантовой теории и теории относительности. Протоны имеют внутреннюю структуру - три частицы (кварки), удерживаемые вместе силами притяжения (глюоны). Наивные предположения дали бы каждому кваку 1/3 массы протона. Около 95 до 98 процентов массы протона не вносится в массу кварка. По правде говоря, большая часть массы протона получается из энергии взаимодействия между кварками. Вспомните «E = mc ^ 2» на случай, если возникнет путаница с фразой «масса получается из энергии».
Рассчитать зная молярную массу водорода. Один моль равен 6.022e23, точно так же, как одна дюжина равна 12 или одна пара равна двум. Можно считать, что один моль атомов водорода (а не молекул «H2») весит 1,0079 г. Каждый атом водорода содержит один протон, поэтому один моль протонов весит 1,0079 г. Поскольку каждый моль равен 6,022e23 единицам, мы знаем, что 6,022e23 протонов весят 1,0079 грамма. Деление 1,0079 г на число молей (1,0079 / 6,022e23) дает массу протона: 1,6737e-24 г.
Обратите внимание, что атомы водорода имеют электрон для балансировки заряда протона. Протоны без электронов, либо растворенные в растворе, либо в плазме, сильно отличаются от атомов водорода. Поскольку на этом вычисления не заканчиваются, мы можем игнорировать физический абсурд, притворяясь, что электроны не существуют.
Имейте в виду, что метод расчета «молярной массы» может быть выполнен с любым элементом. Тем не менее, три источника ошибок подкрадываются. Во-первых, протоны в атомах водорода не связаны. В других элементах протоны связаны с нейтронами. Протоны, связанные в ядре, имеют меньшую энергию, а следовательно, немного меньшую массу, чем изолированные протоны. Во-вторых, электронное число и ошибка, если их игнорировать, начинает складываться. Учет электронов усложняет задачу. Наконец, более тяжелые элементы являются радиоактивными. Рассмотрим пути распада, наличие изотопов, период полураспада и т. Д. Опять же, расчет все еще возможен, но он становится более сложным, чем это необходимо.
Используйте соотношение заряда / массы. Этот метод измеряет кривизну частиц при входе в калиброванные электрические и магнитные поля. Величина кривизны будет указывать на массу протона по сравнению с массой электрона. Экспериментальная идея аналогична влиянию на движение катящегося шарика. Постоянная механическая сила отвлечет тяжелый арбуз (протон) от прямолинейного движения в небольшой степени. Та же сила значительно отклонит легкий мяч для гольфа (электрон).