Задача №371-s по физике (11 класс, Мякишев Г.Я.)

ядро гелия состояло из четырёх протонов, то его заряд был бы тоже вчетверо больше протонного, а на самом деле он больше только в 2 раза. Нельзя ли допустить (так сначала и сделали), что наряду с протонами в ядро входит некоторое число электронов? Избы ток числа протонов над числом электронов равен заря- ду ядра и, значит, числу электронов в атомной оболочке. Однако по многим причинам от этой мысли пришлось отка заться. Мы остановимся на одной из причин. Ядро очень мало по размерам (10–13 см). Значит, неопределённость коор- динаты внутриядерной частицы имеет порядок r 10–13 см. Это даёт возможность с помощью соотношения неопределён- ностей Гейзенберга оценить неопределённость импульса p, а следовательно, и разброс значений кинетической энергии электрона. Этот разброс обратно пропорционален массе час- тицы: E = p2 ( p)2 ≳ ћ2 . (7.11.1) 2m 2m 2mr2 Для электронов в ядре кинетическая энергия, согласно (7.11.1), имеет порядок E 1011 эВ. Эта кинетическая энер- гия настолько велика, что никакие силы не способны удер- жать электрон внутри ядра. Как мы увидим в дальнейшем, энергия связи, приходящаяся на одну частицу в ядре, имеет порядок 107 эВ. Протонно-нейтронная модель ядра Соотношение неопределённостей не запрещает находить- ся внутри ядра тяжёлым частицам. Поэтому сразу же после того, как в опытах Чедвика был открыт нейтрон, советский физик Д. Д. Иваненко (1904—1994) и немецкий учёный В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра. Она была подтверждена последующими исследования- ми ядерных превращений и в настоящее время является бес- спорной. Согласно протонно-нейтронной модели ядра состоят из элементарных частиц двух сортов: протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равняется числу электронов в атом- ной оболочке, так как в целом атом нейтрален. Следователь- но, число протонов в ядре равно атомному номеру элемента Z в таблице Менделеева.