Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Я.П. Докучаев
Физика атома
и атомных явлений.
Физика атомного ядра
и частиц
Текст лекций
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов специальности и направления Физика
Ярославль 2006
Стр.1
УДК 539.18
ББК В38я73
Д 63
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2006 года
Рецензенты:
кафедра физики Ярославского государственного технического
университета; доцент В.В. Морозов
Д 63
Докучаев Я.П. Физика атома и атомных явлений. Физика
атомного ядра и частиц: текст лекций / Я.П. Докучаев ;
Яросл. гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2006. – 135 с.
ISBN 5-8397-0477-6
Данное издание представляет собой текст лекций по
курсам «Физика атома и атомных явлений» и «Физика
атомного ядра и частиц» (блок ЕН) и предназначено для
студентов третьего курса очной формы обучения направления
510400 «Физика», а также для студентов очно-заочной
формы обучения специальности 010400 «Физика».
Автор выражает благодарность Евгению Олеговичу
Неменко за большую работу, проделанную по
превращению разрозненных текстов в эту книгу.
Табл. 27. Ил. 12. Библиогр.: 8.
УДК 539.18
ББК В38я73
Ярославский государственный
университет, 2006
ISBN 5-8397-0477-6
Я.П. Докучаев, 2006
2
Стр.2
Лекция 1
Представления древнегреческих философов
о строении вещества.
Атом неделим
Уже древние философы размышляли о том, какова первичная
материя, из которой образован реальный окружающий нас мир. В
разные времена давались различные ответы на этот вопрос.
1. Древнегреческий философ Фалес (624 – 547 гг. до н.э.) считал,
что первичной материей является вода.
2. Анаксимандр (610 – 546 гг. до н.э.), ученик Фалеса, полагал,
что основой всего существующего является какое-то неопределенное
вещество апейрон.
3. Анаксимен (588 – 525 гг. до н.э.), ученик Анаксимандра,
считал, что первичной материей является воздух.
4. Гераклит (544 – 483 гг. до н.э.) в качестве первичного вещества
принимал огонь. Из огня произошёл весь мир, отдельные
вещи и души. “Этот Космос один и тот же для всего существующего,
его не создавал ни Бог, ни человек. Но всегда он был, и
есть, и будет вечным огнем, мерами загорающимися и мерами потухающими”.
По выражению Ленина, это “очень хорошее изложение
начал диалектического материализма”.
5. Эмпедокл (490 – 430 гг. до н.э.) считал, что первичными
элементами являются четыре субстанции: вода, воздух, огонь, земля.
6.
Левкипп (500 – 440 гг. до н.э.) современник и соратник Демокрита.
Совместно с Демокритом является основоположником
учения атомизма. Он ввел три новых понятия: абсолютная пустота;
атомы движутся в пустоте; понятие механической необходимости.
Ни одна вещь не возникает беспричинно, но всё возникает на
каком-нибудь основании и в силу необходимости.
7. Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.), ученик Левкиппа. В создании
своей системы взглядов он использовал идею Левкиппа об
атомизме. По Марксу, Демокрит – это первый энциклопедический
3
Стр.3
ум среди греков. Ленин считал Демокрита наиболее ярким выразителем
материализма в древности.
Демокрит признавал два первоначала: атомы и пустоту.
Атомы – это неделимые частицы материи.
Атомы вечны, неизменны, находятся в постоянном движении
и отличаются друг от друга лишь формой, величиной, положением
и порядком. Атомистическая теория древних философов о неделимости
атомов господствовала в течение нескольких столетий.
Лекция 2
Атомистическая идея строения вещества
в XIX веке
До конца XIX века атом считался мельчайшей и неделимой
частицей вещества.
1. Проут (1785 – 1850). В начале XIX века, в 1815 году, английский
врач Проут высказал предположение о том, что все атомы
состоят из водорода. Первичным строительным атомом является
атом водорода.
В 1815 году за единицу атомных весов принимался вес атома
водорода естественного изотопного состава. Тогда еще не было
известно о том, что большинство химических элементов являются
многоизотопными (в среднем каждый химический элемент имеет
три стабильных изотопа). Во времена Проута было известно мало
атомных весов, да и те весьма приблизительно. Поэтому Проут
ошибочно утверждал, что атомы водорода – это первые и последние
строительные камни материи. При дальнейшем уточнении
оказалось, что атомные веса химических элементов не являются
целыми числа, кратными весу атома водорода (см. табл. 1).
В дальнейшем было показано, что почти все химические элементы
состоят из смеси изотопов (многоизотопные) и атомный вес
химических элементов является средней взвешенной величиной от
суммы атомных весов изотопов.
4
Стр.4
Таблица 1
Атомный вес химических элементов
Проут, 1815 год
Элемент
1H
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
Атомный вес
1
6.94
9.01
10.81
12.01
14.01
16.00
Астон, 1913 год
Элемент
12Mg
17Cl
26Fe
28Ni
29Cu
30Zn
50Sn
Атомный вес
24.31
35.45
55.85
58.71
63.55
65.37
118.69
В 1913 году Астон, пользуясь методом парабол, показал, что
газ неон представляет собой смесь трех изотопов с атомными массами
20 (90,22%), 21 (0,25%), 22 (8,82%). Средняя атомная масса
равна 20,2 (атомный вес).
Магний имеет три изотопа с массами 24 (78,60%), 25 (10,11%),
26 (11,29%).
Средняя атомная масса равна 24.33 (атомный вес).
Масс-спектрографическим методом Астон, Бейбридж и Джордан
уточнили, что неон имеет три изотопа с массами 20 (90,5%),
21 (0,3%), 22 (9,2%). Средняя атомная масса равна 20,2 (атомный
вес).
В настоящее время за единицу атомного веса принимается 12
1
часть веса атома углерода-12.
Единица атомного веса
1 а.е.м = 12
1 * ( C
12
6
6) = 1,66043 * 10-24 г = 931,502 Мэв.
1Эв = 1,602 * 10-12 эрг = 1,602 * 10-19 Дж.
Если сравнивать атомные веса отдельных химических изотопов,
а не естественный изотопный состав химических элементов,
то атомные веса отдельных изотопов действительно мало отличаются
от кратности 12
1 части атомного веса углерода-12 ( C
12
6
элементов.
5
6 ).
В природе существует только 20 одноизотопных химических
Стр.5