Версия 13:47, 26 марта 2012

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Применение СТО в современном естествознании

                                                  2.4. Применение СТО в современном естествознании

Каждая элементарная частица имеет своего двойника, который отличается от нее лишь знаком электрического заряда. Двойника принято называть античастицей. Антипротон и антинейтрон - это античастицы протона и нейтрона. Для  электрона   античастицей  является  позитрон (эту  частицу можно назвать  антиэлектроном). Массы покоя  частицы и  ее  античастицы  одинаковы, например, электрон и позитрон имеют массы покоя, равные 0,911.10-30кг или 0,511 МэВ. Следует отметить, что в ядерной физике на основании эквивалентности массы и энергии величину массы элементарных частиц обычно выражают в энергетических единицах – электроновольтах (эВ) или мегаэлектроновольтах  (МэВ).

Если частица и  античастица  встречаются  в одной  точке пространства, то они взаимно аннигилируют, то есть исчезают как частицы с отличными от нуля массами покоя. Полная энергия двух частиц переходит в энергию фотона - частицы электромагнитных излучений. Фотоны имеют нулевое значение массы покоя, поэтому они могут двигаться со скоростью света (неподвижных фотонов не бывает). Следующая схема иллюстрирует реакцию аннигиляции.


 
Здесь  электрон  и  позитрон  обозначены  как  бета-частицы  с  разными знаками электрического заряда. Источником позитронов служат радиоактивные нуклиды, например ядра изотопа фосфора с массовым числом 31. Другие античастицы  образуются  в  ходе  реакций между микрочастицами,  разогнанными до высоких скоростей в ускорителях.

Особенностью  аннигиляционного  электромагнитного  излучения  является  высокая  энергия  образующихся  фотонов.  Высокая -  по  сравнению  с энергией  химических  связей  атомов  в  молекулах  или  электронов  с  ядрами атомов. Напомним, что для ионизации  атома водорода необходимо 13,6  эВ.  

А энергия фотона при аннигиляции бета-частиц будет равна



В  энергию  излучения  переходит  удвоенная  энергия-масса  покоя  частиц  и обычно малая кинетическая энергия электрона и позитрона.

Возможна и обратная реакция перехода энергии гамма-квантов в энергию-массу  пары «частица –  античастица».  Этот  процесс  более  эффективно происходит  вблизи  тяжелых  ядер,  где  велики  искажения  пространственновременного континиума.


 
Энергии  гамма-кванта  должно  быть  достаточно  для  появления  массы покоя двух частиц и сообщения компонентам образованной пары кинетической  энергии (чтобы «близнецы» могли разлететься друг от друга). Образовавшаяся античастица оказывается в чуждом для нее мире, окруженной многими обычными частицами вещества и вскоре аннигилирует.

В  ядерных  реакциях  был  обнаружен  необычный  эффект,  названный дефицитом (дефектом) массы. Рассмотрим, например,  реакцию  образования одного из трех изотопов водорода – дейтерия (рис. 2.9).


 
Когда протон и нейтрон  сближаются на расстояние действия  ядерных сил, происходит образование ядра дейтерия. При этом выделяется энергия, во много раз (в миллионы раз) большая, чем в обычных химических реакциях, например, чем в реакции образования молекулы водорода и двух атомов. Согласно выводам теории относительности, выделение и передача во внешнюю среду энергии сопровождается уменьшением полной массы системы. По этой причине  экспериментально  определяемая  масса  ядра  дейтерия меньше,  чем
сумма  масс  свободных  протона  и  нейтрона. Величина  разности  масс  получившегося ядра и исходных частиц получила название дефицита или дефекта масс


 
Подобный эффект сопровождает образование и других ядер. Без понимания возможности  эквивалентных  изменений  энергии  и  массы  нельзя  объяснить наличие дефицита масс у ядер всех химических элементов.

Возможен  и  обратный  процесс -  распад  ядра  на  составные  части. Но при этом стабильному в обычных условиях ядру необходимо сообщить энергию, достаточную для покрытия дефицита масс. В результате сумма масс освободившихся частиц будет больше, чем масса покоя исходного ядра. Такого эффекта в классическом естествознании даже не предполагалось!
 

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.