Vsebina
Trije načini za iskanje protonske mase vključujejo izračun iz teorije, iz atomske molarne mase in primerjave naboja / mase z elektroni. Uporaba teorije za iskanje, kakšna bi morala biti "protonska masa", je realna samo za strokovnjake na tem področju. Izračun naboja / mase in molarne mase se lahko izvaja na dodiplomskem in srednješolskem nivoju.
Izpeljujemo protonsko maso iz kvantnih in relativnih teorij. Protoni imajo notranjo strukturo - tri delce (kvarke), ki jih držijo privlačne sile (gluoni). Naivne predpostavke bi vsakemu kvarku dale 1/3 protonske mase. Približno 95 do 98 odstotkov protonske mase ne prispeva kvarkova masa. V resnici večina protonske mase izhaja iz energije interakcije med kvarki. Spomnite se "E = mc ^ 2", če pride do zmede glede izraza "masa izhaja iz energije."
Izračunaj poznavanje molarne mase vodika. En mol je enak 6.022e23, enako kot ena desetina je enaka 12 ali en par dve. Vzamemo lahko, da en mol vodikovih atomov (ne "H2" molekul) tehta 1.0079 g. Vsak atom vodika vsebuje en proton, zato en mol protonov tehta 1.0079 g. Ker je vsak mol enak 6.022e23 enot, vemo, da 6.022e23 protoni tehtajo 1.0079 gramov. Razdelitev 1.0079 g na molsko število (1.0079 / 6.022e23) daje protonsko maso: 1.6737e-24 g.
Upoštevajte, da imajo vodikovi atomi elektron, ki uravnava protonski naboj. Protoni brez elektronov, bodisi raztopljeni v raztopini bodisi v plazmi, se zelo razlikujejo od vodikovih atomov. Ker se izračun tam ne ustavi, lahko prezremo fizično absurdnost v pretvarjanju, da elektroni ne obstajajo.
Upoštevajte, da se metoda izračuna "molarne mase" lahko izvede s katerim koli elementom. Vendar pa se trije viri napak povzpnejo. Prvič, protoni v vodikovih atomih niso vezani. V drugih elementih se protoni vežejo na nevtrone. Protoni, vezani v jedro, imajo manj energije - torej nekoliko manj mase - kot izolirani protoni. Drugič, elektronsko število in napaka, če jih ignoriramo, se začne seštevati. Računovodstvo elektronov otežuje celotno prizadevanje. Nazadnje so težji elementi radioaktivni. Upoštevajte poti razpadanja, prisotnost izotopov, razpolovno dobo itd. Ponovno je izračun še vedno mogoč, vendar postane težji, kot mora biti.
Uporabite razmerja med polnjenjem in maso. Ta metoda meri ukrivljenost delcev ob vnosu kalibriranega električnega in magnetnega polja. Višina ukrivljenosti bi kazala protonsko maso v primerjavi z maso elektronov. Eksperimentalna ideja je podobna vplivanju na gibanje kotalne žoge. Stalna mehanska sila bo v majhni meri odvrnila težko lubenico (protoni) od naravnega potovanja. Ista sila bo lažje žogico za golf (elektron) odklonila veliko bolj.