Atomska jezgra: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nadopunio Atomska jezgra |
Nadopunio Atomska jezgra |
||
Redak 12:
[[datoteka:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schematic.svg|mini|desno|450px|Tri prirodna [[izotop]]a [[vodik]]a, koji se razlikuj po broju [[neutron]]a u atomskoj jezgri. S lijeva na desno: procijum <sup>1</sup>H je bez neutrona, [[deuterij]] <sup>2</sup>H s jednim neutronom i tricij <sup>3</sup>H s dva neutrona.]]
[[datoteka:Rutherfordsches Atommodell.svg|mini|desno|250px|[[Rutherfordov model atoma]] ili planetarni model atoma: [[elektron]]i (zeleno) i atomska jezgra (crveno).]]
[[datoteka:AlphaTrackRutherfordScattering3.jpg|mini|desno|250px|U [[Maglena komora|maglenoj komori]], [[alfa-čestica]] energije 5,3 M[[eV]] iz izvora olova-210 u blizini točke 1 prolazi kroz [[Rutherfordovo raspršenje]] u blizini točke 2, odstupajući pod kutom od oko 30°. Još jednom se raspršuje blizu točke 3 i konačno se odmara u plinu. Ciljana atomska jezgra u plinu mogla je biti jezgra [[dušik]]a, [[kisik]]a, [[ugljik]]a ili [[vodik]]a. Pri elastičnom sudaranju dobio je dovoljno kinetičke energije da uzrokuje kratki vidljivi tragu blizini točke 2 (ljestvica je u centimetrima).]]
[[datoteka:Wilsonova komora 1.jpg|mini|desno|250px|[[Wilsonova komora]]: 1. [[bljeskalica]], 2. [[Leća (optika)|leća]], 3. [[staklo|stakleno]] kućište, 4. [[fotoaparat]], 5. prostor komore, 6. [[Kondenzacijske jezgre|kondenzacijska jezgra]], 7. pokretna [[membrana]], 8. [[Klip stroja|klip]].]]
'''Atomska jezgra''' ili '''jezgra atoma''' nalazi se u središtu [[atom]]a i čini 99,9% njegove [[masa|mase]], a zauzima samo oko 10<sup>–14</sup> [[volumen]]a (obujma) atoma. Na primjer kada bi atom bio [[kugla]] [[promjer]]a 6 [[kilometar]]a, atomska jezgra bi bila veličine [[tenis]]ke [[Lopta|loptice]]. Svi sastavni dijelovi u atomu u neprestanu su [[gibanje|gibanju]]. Jezgra se sastoji od [[Električni naboj|električki pozitivno nabijenih]] [[proton]]a i neutralnih [[neutron]]a. Promjer atomske jezgre je od 1,75 · 10<sup>–15</sup> [[metar]]a ([[vodik]]ova jezgra) do 15 · 10<sup>–15</sup> metara ([[uranij]]eva jezgra). Protoni i neutroni su u jezgri stopljeni zajedno djelovanjem privlačne [[Jaka nuklearna sila|nuklearne, odnosno jake sile]]. Protoni i neutroni sastavljeni su od triju još manjih čestica, [[kvark]]ova. <ref> '''atom''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=4472] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>
Line 87 ⟶ 93:
Da se jezgra atoma koja se sastoji od pozitivno nabijenih protona ne razleti, jer se istoimeni električni naboji međusobno odbijaju, uzrok su privlačne sile koje vladaju, između protona i neutrona. To su takozvane sile jezgre ili [[osnovne sile]] koje, iako su vrlo velike, djeluju samo na vrlo male daljine, to jest u dimenzijama atomske jezgre. Tumačenje tih sila spada danas u glavne probleme atomske fizike. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>
== Sastav atomskih jezgara ==
Iskustvena potvrda [[Ernest Rutherford|Rutherfordove]] jednadžbe, učvrstila je pretpostavku da između [[alfa-čestica]] i atomskih jezgara vladaju poznate [[Coulombov zakon|Coulombove sile]]. Na osnovu toga može se proračunati kako blizu jezgri dopre alfa-čestica koja se otklanja pod određenim kutom. Čestice vrlo velikih [[brzina]] mogu doći sasvim blizu tako da je ispitana Coulombova sila sve do udaljenosti 10<sup>-14</sup> [[metar]]a. Dođu li izvanredno brze alfa-čestice još na veću blizinu atomskoj jezgri, slika sa pokusa ne proizlazi više iz odbojnog Coulombova potencijala. Između alfa-čestica i jegri javljaju se nove sile, koje znatno prevladavaju Coulombov električni potencijal. Po Rutherfordu možemo kao polumjer atomske jezgre odrediti onu udaljenost kod koje prestaje između alfa-čestica i atomske jezgre vrijediti Coulombova odbojna sila. Taj polumjer iznosi za najteže atomske jezgre oko 10<sup>-14</sup> metara.
Bez obzira na to kakve su sile između atomskih jezgara na velikim i malim udaljenostima, osnovno načelo [[mehanika|mehanike]]: [[Zakon očuvanja energije|zakon o održanju impulsa i energije]], moraju vrijediti za sve [[sraz]]ove. Predočimo sebi alfa-česticu, koja udari o neku drugu atomsku jezgru. Prije sraza ima alfa-čestica [[impuls sile]] ''m''<sub>1</sub>∙''v'', gdje je ''m''<sub>1</sub> [[masa]] alfa-čestice, a ''v'' njena [[brzina]] prije sraza. Kad udari u atomsku jezgru, prenosi dio svojeg impulsa i poprima impuls ''m''<sub>1</sub>∙''v''’. Po zakonu o održanju impulsa mora impuls alfa-čestice prije sraza biti jednak zbroju impulsa obiju čestica poslije sraza:
:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' + m_{2} \cdot v'' </math>
Ovu vektorsku jednadžbu možemo pisati u komponentama u smjeru osi ''y'' i ''x'':
:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' \cdot \cos \theta_1 + m_{2} \cdot v'' \cdot \cos \theta_2 </math>
:<math> 0 = m_{1} \cdot v' \cdot \sin \theta_1 - m_{2} \cdot v'' \cdot \sin \theta_2 </math>
Od prvobitnog smjera otklonjena je alfa-čestica za kut ''θ<sub>1</sub>'', a jezgra za kut ''θ<sub>2</sub>''. Prva nam je jednadžba sistema kaže da je prvobitni impuls alfa-čestice jednak zbroju impulsa obiju čestica u prvobitnom smjeru. Druga jednadžba kaže da se impulsi obiju čestica, okomiti na prvobitni smjer, poništavaju.
Prema zakonu o održanju energije mora [[kinetička energija]] alfa-čestica prije sraza biti jednaka zbroju kinetičkih energija obiju čestica poslije sraza:
:<math> \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v^2 = \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v'^2 + m_{2} \cdot v''^2 </math>
Srazove između alfa-čestica i jezgri možemo motriti u [[Maglena komora|Wilsonovoj komori]]. Alfa-čestice poznate brzine dolaze do [[radioaktivnost|radioaktivne tvari]] i prolaze kroz plin komore. Tad se često opazi da se staza neke alfa-čestice savije, a od mjesta pregiba odleti druga čestica. Brzine obiju čestica mogu se izmjeriti, a isto tako i kutovi njihovih staza s prvobitnim smjerom. Unesu li se vrijednosti iz pokusa za ''v''’, ''v''”, ''θ<sub>1</sub>'' i ''θ<sub>2</sub>'' u jednadžbu impulsa i energije, uvijek se nalazi da su jednadžbe ispunjene. Zakoni o održanju impulsa i energije vrijede strogo za sve srazove.
Brzine čestica nakon sraza dadu se mjeriti pomoću savijanja u magnetskom polju ili iz duljine i debljine staze. Ali one se mogu i ukloniti iz zadnje dvije jednadžbe. Tad nam preostaje još jedna jednadžba, u kojoj dolaze mase čestica i kutovi otklona:
:<math> m_2 = m_1 \cdot \frac{\sin \theta_1}{\sin (\theta_1 + 2 \cdot \theta_2)} </math>
Iz te jednadžbe može se prema izmjerenim kutovima ''θ<sub>1</sub>'' i ''θ<sub>2</sub>'' izračunati masa udarene jezgre. Ta je metoda vrlo prikladna da se ustanovi koja je atomska jezgra u Wilsonovoj komori zadobila udarac.
Često je najzgodnije da se promatraju središnji srazovi. Tad alfa-čestica i jezgra lete u prvobitnom smjeru. U gornjim jednadžbama moramo staviti ''θ<sub>1</sub>'' = 0 i ''θ<sub>2</sub>'' = 0. Iz zakona o održanju impulsa i energije:
:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' + m_{2} \cdot v'' </math>
:<math> \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v^2 = \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v'^2 + m_{2} \cdot v''^2 </math>
možemo isključivanjem odmah izračunati brzinu koju dobija atomska jezgra pri srazu:
:<math> v'' = \frac{2 \cdot m_1}{m_1 + m_2} \cdot v </math>
Na primjer kod udarca alfa- čestice na [[proton]] (atom [[vodik]]a) dobivamo:
:<math> v'' = 1,6 \cdot v </math>
To znači da je brzina protona 60% veća od prvobitne brzine alfa-čestice. No središnje udareni protoni imaju najveću brzinu. Ta najveća brzina može se mjeriti i prema mjerenjima je zaista 1,6 puta veća od početne brzine alfa-čestice. Zadnja jednadžba omogućuje nam da, mjereći najveće brzine udarenih atomskih jezgri, izračunamo njihove mase. To je jedna od najboljih metoda da se utvrde nepoznate atomske jezgre u Wilsonovoj komori. <ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>
== Izvori ==
| |||