Direzione delle particelle cariche. Movimento di particelle cariche in campi elettrici, magnetici e di altra forza

Lasciamo che una particella di massa m e carica e voli con velocità v nel campo elettrico di un condensatore piatto. La lunghezza del condensatore è x, l'intensità del campo è uguale a E. Spostandosi verso l'alto nel campo elettrico, l'elettrone volerà attraverso il condensatore lungo un percorso curvo e volerà fuori da esso, deviando dalla direzione originale di y. Sotto l'influenza della forza di campo, F = eE = ma, la particella si muove accelerata verticalmente, quindi . Il tempo di movimento di una particella lungo l'asse x a velocità costante. Poi . E questa è l'equazione di una parabola. Quello. una particella carica si muove in un campo elettrico lungo una parabola.

3. Movimento di particelle cariche in un campo magnetico.

Consideriamo il movimento di una particella carica in un campo magnetico di forza N. Le linee del campo sono rappresentate da punti e sono dirette perpendicolarmente al piano del disegno (verso di noi).

Una particella carica in movimento lo è elettricità. Pertanto, il campo magnetico devia la particella verso l’alto rispetto alla sua direzione di movimento originale (la direzione di movimento dell’elettrone è opposta alla direzione della corrente)

Secondo la formula di Ampere, la forza che devia una particella in qualsiasi sezione della traiettoria è uguale a , corrente, dove t è il tempo durante il quale la carica e passa lungo la sezione l. Ecco perché . Considerando ciò, otteniamo

La forza F è chiamata forza di Lorentz. Le direzioni F, v e H sono reciprocamente perpendicolari. La direzione di F può essere determinata dalla regola della mano sinistra.

Essendo perpendicolare alla velocità, la forza di Lorentz cambia solo la direzione della velocità della particella, senza modificare l'entità di questa velocità. Ne consegue che:

1. Il lavoro compiuto dalla forza di Lorentz è zero, cioè un campo magnetico costante non compie lavoro su una particella carica che si muove al suo interno (non cambia energia cinetica particelle).

Ricordiamolo, al contrario di campo magnetico il campo elettrico modifica l'energia e la velocità di una particella in movimento.

2. La traiettoria di una particella è un cerchio sul quale la particella è trattenuta dalla forza di Lorentz, che svolge il ruolo di forza centripeta.

Determiniamo il raggio r di questo cerchio uguagliando le forze di Lorentz e centripete:

Dove .

Quello. Il raggio del cerchio lungo il quale si muove la particella è proporzionale alla velocità della particella e inversamente proporzionale all'intensità del campo magnetico.

Il periodo di rivoluzione di una particella T è uguale al rapporto tra la circonferenza S e la velocità della particella v: . Tenendo conto dell'espressione per r, otteniamo . Di conseguenza, il periodo di rivoluzione di una particella in un campo magnetico non dipende dalla sua velocità.

Se si crea un campo magnetico nello spazio in cui una particella carica si muove, diretta ad un angolo rispetto alla sua velocità, allora l'ulteriore movimento della particella sarà la somma geometrica di due movimenti simultanei: rotazione in un cerchio con una velocità in un piano perpendicolare alle linee di forza e movimento lungo il campo con una velocità . Ovviamente, la traiettoria risultante della particella sarà una linea elicoidale.

4. Misuratori elettromagnetici della velocità del sangue.

Il principio di funzionamento di un misuratore elettromagnetico si basa sul movimento cariche elettriche in un campo magnetico. Nel sangue è presente una quantità significativa di cariche elettriche sotto forma di ioni.

Supponiamo che un certo numero di ioni caricati singolarmente si muovano all'interno dell'arteria ad una velocità di . Se un'arteria viene posta tra i poli di un magnete, gli ioni si muoveranno nel campo magnetico.

Per le direzioni e B mostrate in Fig. 1, la forza magnetica che agisce sugli ioni caricati positivamente è diretta verso l'alto e la forza che agisce sugli ioni caricati negativamente è diretta verso il basso. Sotto l'influenza di queste forze, gli ioni si spostano verso le pareti opposte dell'arteria. Questa polarizzazione degli ioni arteriosi crea un campo E (Fig. 2) equivalente campo omogeneo condensatore piatto. Quindi la differenza di potenziale in un'arteria U con diametro d è correlata a E dalla formula. Questo campo elettrico, agendo sugli ioni, crea forze elettriche e, la cui direzione è opposta alla direzione e, come mostrato in Fig. 2.

Negli esperimenti per studiare la struttura dei nuclei e i meccanismi delle reazioni nucleari, è quasi sempre necessario non solo misurare l'energia delle particelle, ma anche identificarle. All'aumentare dell'energia e della massa delle particelle bombardanti, aumenta il numero di canali di reazione che si aprono e, di conseguenza, aumenta l'insieme dei nuclei formati. Il problema dell'identificazione affidabile dei prodotti di reazione è particolarmente acuto nella fisica degli ioni pesanti. Diamo un'occhiata ai vari metodi di identificazione delle particelle.

Identificazione basata sulla misurazione della perdita di energia specifica e dell'energia totale (metodo ΔE-E)

Questo metodo è il principale quando si studiano le reazioni con ioni leggeri (1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He). Utilizza un telescopio rilevatore costituito da un rilevatore di trasmissione sottile ΔE e un rilevatore di assorbimento totale di energia E. (Come rilevatore ΔE vengono utilizzati rilevatori di silicio sottile, camere di ionizzazione e contatori proporzionali; rilevatori di silicio o rilevatori ultrapuri vengono utilizzati come rilevatore totale rivelatore ad assorbimento germanio HpGe) Perdita di energia nel rivelatore ΔE

dove k è un coefficiente indipendente dal numero di massa A e dalla carica Z della particella. AZ 2 è chiamato parametro identificativo. L'ampiezza del segnale del canale ΔE è proporzionale a kAZ 2 /E, il canale E - E - kAZ 2 /E. Sul piano ΔE -E, la distribuzione è rappresentata da una famiglia di iperboli, ciascuna delle quali corrisponde a una particella (nuclide) con un certo numero di massa e carica (vedi Fig. 1). Lo spessore del rivelatore di trasmissione determina i limiti inferiore e superiore dell'intervallo di energia misurata per un dato nuclide. Se l'energia è bassa, la particella lascerà quasi tutta l'energia nel rilevatore di trasmissione e il segnale proveniente dal rilevatore di assorbimento totale sarà piccolo e “annegato” nel rumore. Se l’energia è alta, è vero il contrario. Nelle distribuzioni sperimentali ΔE -E, le iperboli sono sfocate. Nella fig. La Figura 2 mostra come appaiono approssimativamente le proiezioni sull'asse ΔE della sezione trasversale di energia nel canale E. L'ampiezza delle distribuzioni è determinata non solo dal rumore dei rilevatori e dei componenti elettronici, ma anche da altri fattori, tra cui:

Fluttuazioni statistiche delle perdite nei rivelatori sottili.
Disomogeneità dello spessore del rivelatore ΔE, che porta ad una diffusione delle perdite di energia in esso e nel rivelatore E.
Dispersione delle portate e perdite di energia negli strati morti dei rivelatori.
Fluttuazioni nell'entità della carica. La carica media di uno ione Zeff quando passa attraverso un rivelatore ΔE coincide con il numero atomico Z solo degli ioni più leggeri. Quando Z aumenta e/o l'energia diminuisce, la differenza tra Z e Zeff aumenta. Per gli ioni pesanti, l'influenza di questo effetto sulla risoluzione può essere notevolmente maggiore dell'influenza delle fluttuazioni statistiche sulle perdite.

Quanto più pesanti sono gli ioni, tanto più questi fattori limitano le capacità del metodo ΔE -E. Variazione relativa del parametro identificativo per due isotopi vicini di un dato elemento
Δ A/A per i protoni è 1, per 20 Ne - 0,05, per gli isotopi di argon - 0,025 e per gli isotopi di xeno -<00.1. Кроме того, для идентификации тяжелых ионов нужны очень тонкие прострельные детекторы. Хорошие же твердотельные ΔE-детекторы с толщиной менее 10 мкм редкость, т.к. трудно добиться высокой однородности их толщины. Для идентификации тяжелых ионов в качестве ΔE-детектора используются газовые детекторы (ионизационные камеры и пропорциональные счетчики). В них необходимую толщину можно оперативно установить, изменив давление газа. Их площадь может быть сделана заметно большей, чем у полупроводниковых детекторов. Кроме того, они радиационно устойчивы. Недостатком газовых детекторов являются заметно худшие по сравнению с твердотельными детекторами временные характеристики.
All'aumentare del numero atomico, può verificarsi una situazione in cui gli isotopi ricchi di neutroni dell'elemento Z e gli isotopi carenti di neutroni dell'elemento Z+1 avranno parametri di identificazione simili.
Tutti questi fattori limitano l'applicabilità del metodo ΔE -E per ioni con numero di massa A maggiore di ~20. La risoluzione Z è due volte migliore della risoluzione A.

Nella fig. 3. Mostra un esempio di diagramma a blocchi dell'elettronica per l'identificazione delle particelle utilizzando il metodo ΔE-E.

I canali ΔE ed E sono identici. Un segnale bipolare viene rimosso da una delle uscite dell'amplificatore spettrometrico, che viene inviato a un analizzatore di tempo a canale singolo. Serve per evidenziare l'intervallo di ampiezza (energia) desiderato e per ottenere un timestamp. In questo caso si ottiene utilizzando il metodo del riferimento zero del segnale bipolare. I segnali provenienti dagli analizzatori temporizzati a canale singolo vengono inviati a un circuito di coincidenza che controlla le porte lineari. Pertanto, le porte lineari lasciano passare solo i segnali che si trovano nell'intervallo energetico di interesse e corrispondono entro il tempo di risoluzione. I segnali provenienti dalle porte lineari entrano nell'ADC e quindi nel sistema di analisi bidimensionale. Ora possiamo selezionare regioni dello spettro bidimensionale corrispondenti a determinate particelle e proiettare questa regione sull'asse E, ottenendo così spettri di ampiezza (energia) per le singole particelle. Negli spettri così ottenuti, il rapporto tra l'energia della particella E e il numero del canale n non è lineare, poiché non tutta l'energia E viene registrata nel canale E, ma solo quella rimanente dopo aver attraversato il Δ E- rivelatore e n è proporzionale a questa energia,

n = k.

(3)

La correzione delle perdite nel rilevatore ΔE è semplice da eseguire utilizzando le tabelle delle perdite specifiche.
Per aumentare la gamma di energie e particelle registrate, ad esempio, se si desidera registrare simultaneamente spettri di 1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He in un ampio intervallo di energie, è possibile utilizzare un telescopio composto da tre rivelatori, sottile ΔE 1, più spesso ΔE 2 ed E Quindi, per basse energie e/o particelle più pesanti, il rivelatore ΔE 1 servirà come rivelatore di trasmissione, e l'assorbimento completo avverrà nei rivelatori ΔE + E. o particelle più leggere, ΔE 1 + ΔE fungerà da rilevatore di trasmissione 2 e l'assorbimento completo avverrà nel rilevatore E.

Identificazione basata su misurazioni di energia e tempo di volo (metodo E-t)

Il metodo del tempo di volo è fondamentale per misurare le distribuzioni di energia dei neutroni. Il rivelatore viene utilizzato in questo caso per ottenere informazioni solo sul momento in cui il neutrone lo colpisce. Nel caso delle particelle cariche non vi è alcun problema nemmeno nell'ottenere informazioni sull'energia dal rilevatore. Per le particelle non relativistiche, il tempo di volo è correlato all'energia cinetica mediante la relazione

(4)

dove t f è il tempo di volo in nanosecondi, d è la base del volo in metri, A è il numero di massa della particella in unità di massa atomica, E è l'energia cinetica della particella in MeV. Pertanto, misurando simultaneamente l'energia e il tempo di volo, è possibile identificare le particelle in base alla massa misurando le distribuzioni bidimensionali di energia-tempo di volo. Gli ioni che hanno masse simili ma cariche diverse naturalmente non differiranno.
La risoluzione di massa del metodo E-t quando si utilizza un rivelatore a semiconduttore è quasi completamente determinata dalla risoluzione temporale

Con distribuzione gaussiana e ΔA = 0,59 a.m.u. Il 95% delle particelle verrà rilevato nell'intervallo di massa corretto. Nella tabella La Figura 1 mostra le risoluzioni di massa calcolate utilizzando la formula (6) per varie energie e numeri di massa per un'installazione con una campata di 1 me una risoluzione temporale di 1 ns.

Tabella 1. Risoluzione di massa per particelle di varie energie e masse.

Numero di Massa, a.e.m.	Energia, MeV
Numero di Massa, a.e.m.	0.5	1	5	10	50	100
1	0.02	0.03	0.06	0.09	0.20	0.28
2	0.03	0.04	0.09	0.12	0.28	0.39
5	0.04	0.06	0.14	0.20	0.44	0.62
10	0.06	0.09	0.20	0.28	0.62	0.87
20	0.09	0.12	0.28	0.39	0.87	1.24
50	0.14	0.20	0.44	0.62	1.38	1.96

Nella fig. La Figura 6 mostra uno schema a blocchi dell'elettronica che può essere utilizzata per l'identificazione utilizzando il metodo E-t.

Gli impulsi del rilevatore vengono immessi in un preamplificatore sensibile alla carica. Dal preamplificatore sensibile alla carica, i segnali vengono inviati sia agli amplificatori veloci che a quelli spettrometrici. I segnali dell'amplificatore veloce vengono inviati a un discriminatore veloce, che serve per la temporizzazione. I segnali di temporizzazione standard dal discriminatore veloce vengono inviati all'ingresso di avvio di VAK a. L'ingresso di arresto riceve segnali da un altro discriminatore veloce, che genera segnali di temporizzazione utilizzando modulazioni periodiche del raggio (ad esempio, un ciclotrone RF). Gli impulsi VAK, la cui ampiezza è proporzionale al tempo di volo, entrano nell'ADC. Un altro ADC riceve segnali dall'amplificatore spettrometrico, la cui ampiezza è proporzionale all'energia. I segnali ADC entrano nel sistema di analisi bidimensionale, come nel metodo Δ E-E.
La risoluzione nel tempo e, di conseguenza, in massa può essere migliorata rispetto all'opzione considerata se, al posto dell'HF, per la temporizzazione viene utilizzata una pellicola sottile posta sul percorso della particella. Quando le particelle passano attraverso questo film, gli elettroni secondari verranno espulsi da esso e registrati dalla piastra a microcanali. I segnali dalla piastra a microcanali vengono inviati a un preamplificatore sensibile alla carica. Dal preamplificatore - all'amplificatore veloce + discriminatore veloce. In questo caso, i segnali di temporizzazione della piastra a microcanali vengono forniti all'ingresso di avvio del VAK e dal rilevatore di particelle all'ingresso di arresto.
La combinazione dei metodi E-t e Δ E-E consente di avanzare nella separazione dei nuclidi da Z a ~28 e da A a ~60.

Identificazione mediante analisi magnetica

Dall'equazione dell'analisi magnetica

dove A è il numero di massa dello ione, q è la sua carica, E è l'energia cinetica dello ione, B è l'intensità del campo magnetico, R è il raggio di curvatura dello ione in un campo magnetico, ne consegue che fissando B e R in uno spettrometro magnetico e misurando contemporaneamente l'energia cinetica E, è possibile determinare il rapporto tra il numero di massa e il quadrato della carica ionica, cioè effettuare l'identificazione.
Lo svantaggio di un tale sistema è la sua bassa efficienza. Le particelle provenienti da un intervallo di energia molto ristretto entrano nel rilevatore. Per registrare l'intero spettro è necessario modificare ripetutamente l'intensità del campo magnetico. Questo svantaggio può essere parzialmente superato posizionando rilevatori sensibili alla posizione nel piano focale. Un altro svantaggio è che gli isotopi con valori A/q 2 simili, ad esempio le isobare di elementi vicini che si trovano nello stesso stato di carica, non vengono separati.
Questo svantaggio può essere superato combinando l'analisi magnetica con il metodo ΔE-E. La degenerazione nelle isobare con stati ionici identici viene qui rimossa, perché il valore di ionizzazione specifica non dipende dalla carica ionica, ma dalla carica media dello ione Z eff.

Combinazione di metodi di identificazione

Per l'identificazione affidabile dei nuclidi in un'ampia gamma di numeri di massa A e numeri atomici Z, sono state create installazioni che utilizzano tutti e tre i metodi di identificazione. Scriviamo le equazioni di identificazione nella forma seguente

Utilizzo della curva di Bragg per identificare le particelle

La curva delle perdite di energia di ionizzazione specifica in funzione della distanza (curva di Bragg) è un “biglietto da visita” per una particella carica. All'inizio degli anni '80 ne fu proposto l'utilizzo per l'identificazione delle particelle. Per realizzare questa idea sono state create apposite camere di ionizzazione.
Le misurazioni della curva di Bragg in un mezzo gassoso permettono di ottenere le seguenti caratteristiche della particella: la sua energia E, l'intervallo R, le perdite specifiche dE/dx e l'ampiezza del picco di Bragg A BP (perdite specifiche al massimo della Curva di Bragg). Esistono due modi per identificare le particelle in base alle misurazioni della curva di Bragg. Nel primo la traiettoria delle particelle è perpendicolare agli elettrodi della camera di ionizzazione, nel secondo è parallela.

Identificazione delle particelle utilizzando una camera di ionizzazione con elettrodi perpendicolari alla traiettoria delle particelle
Spettroscopia della curva di Bragg (BCS)

Riso. 9. Schemi della camera a ionizzazione e del metodo BCS.

Nella fig. La Figura 9 mostra uno schema di una camera di ionizzazione con elettrodi perpendicolari alla traiettoria delle particelle. La distanza tra il catodo e la griglia di Frisch è maggiore della portata massima di particelle identificabili, la distanza tra la griglia di Frisch e l'anodo è inferiore alla portata minima di particelle identificabili. Le particelle rilevate entrano in una camera piena di gas attraverso una sottile finestra d'ingresso. ( La finestra di ingresso è una sottile pellicola di plastica posizionata il più vicino possibile al catodo, in questo caso il catodo è una griglia; Il catodo o parte di esso può essere costituito da una pellicola metallizzata, quindi fungerà allo stesso tempo da finestra d'ingresso.) Una particella carica provoca la ionizzazione del gas. La distribuzione della densità elettronica lungo la traccia delle particelle corrisponde alla curva di Bragg. Gli elettroni risultanti dalla ionizzazione si muovono a velocità costante in un campo elettrico uniforme verso la griglia di Frisch. ( L'uniformità del campo elettrico è assicurata dagli elettrodi formatori, la cui tensione viene fornita da un partitore di tensione.) La griglia di Frisch scherma l'anodo dalle cariche che si trovano tra esso e il catodo. ( Per impedire la raccolta di elettroni sulla griglia di Frisch, il campo elettrico tra la griglia e l'anodo deve essere maggiore di quello tra il catodo e la griglia.) Pertanto, la carica raccolta all'anodo è determinata solo dagli elettroni che si muovono tra la griglia di Frisch e l'anodo. Ciò significa che la forma del segnale corrente all'anodo è un'immagine speculare della curva di Bragg. Sia l'elaborazione del segnale analogico che quella digitale vengono utilizzate per estrarre informazioni utili contenute nel segnale corrente dall'anodo.

Nell'elaborazione analogica, il segnale proveniente dall'anodo viene inviato a un preamplificatore sensibile alla carica. Dal preamplificatore il segnale viene inviato a due amplificatori. Uno di questi ha una costante di tempo elevata (~6-8 μs) in modo che l'intero segnale sia integrato e l'ampiezza del segnale di uscita sia proporzionale all'energia delle particelle. L'altro amplificatore ha una costante di tempo notevolmente più piccola, approssimativamente uguale al tempo di volo degli elettroni dal picco di Bragg tra la griglia di Frisch e l'anodo (~0,1-0,5 μs), la sua ampiezza è proporzionale all'ampiezza del segnale corrente A BP e, di conseguenza, la carica ionica. Gli ioni con energie diverse, ma con le stesse cariche, subiscono approssimativamente le stesse perdite specifiche nella regione del picco di Bragg. Nella fig. La Figura 10 mostra la distribuzione E-A BP. Regione A BP = const è determinata dalla distanza tra la griglia di Frisch e l'anodo e, di conseguenza, dalla costante di tempo associata dei circuiti di formazione dell'amplificatore. Quando la portata dello ione è inferiore a questa distanza, l'intero segnale viene integrato in entrambi gli amplificatori e l'identificazione diventa impossibile.

L'elaborazione digitale del segnale utilizza ADC paralleli veloci, che consentono di registrare la forma del segnale ed effettuare l'identificazione non solo tramite Z, ma anche tramite il numero di massa A, almeno per gli elementi leggeri. Ciò può essere fatto, ad esempio, utilizzando segnali standard ottenuti per diversi isotopi e confrontando la forma del segnale misurato con quelli standard (vedere Fig. 11).

/ Particelle cariche. Mito dell'antica Grecia o realtà moderna?

PARTICELLE CARICHE.
MITO GRECO ANTICO O REALTÀ MODERNA?

La maggior parte delle teorie scientifiche moderne sono, in un modo o nell'altro, associate, o lo sono state per molto tempo e saldamente associate, all'idea dell'esistenza di particelle cariche. Queste idee sono così saldamente radicate nelle menti del mondo scientifico che non esiste un solo tentativo ragionato e basato sull'evidenza nella stampa mondiale di interpretare e comprendere le ragioni dell'emergere di forze di interazione a distanza da qualsiasi altra posizione. Su Internet e nella stampa privata si trovano molte dichiarazioni sui dubbi sull'esistenza degli elettroni, ma non vengono proposte altre versioni per spiegare l'emergere delle forze di interazione.

Fino ad ora, uno degli strumenti più utilizzati e affidabili per comprendere il micromondo è la camera di Wilson, inventata quasi cento anni fa. Sulla base delle osservazioni dei processi che si verificano sia in questa camera che in altre installazioni simili, sono state tratte le principali conclusioni sulla struttura del micromondo, sulle energie, le masse e le velocità delle microparticelle, ed è stata elaborata una teoria della struttura degli atomi creato.

Questo articolo propone di osservare i processi che avvengono nelle camere per l'osservazione delle particelle cariche da una prospettiva leggermente diversa e di creare alcuni prerequisiti per un ripensamento parziale delle nostre opinioni consolidate sulla struttura del micromondo.

NATURA FISICA DELLA FORMAZIONE DI PISTE NELLE CAMERE PER L'OSSERVAZIONE DI PARTICELLE CARICHE

Prenderemo una breve descrizione dei processi fisici per la formazione delle tracce visibili che si verificano in una camera a nebbia dalla descrizione in un libro di testo per la scuola superiore. Questa interpretazione breve e del tutto comprensibile della formazione delle tracce è radicata nella nostra coscienza in giovane età e in futuro la stampa scientifica non vi tornerà più.

“Una camera a nebbia è un recipiente sigillato ermeticamente riempito con acqua o vapore alcolico prossimo alla saturazione. Quando il pistone si abbassa improvvisamente, causato da una diminuzione della pressione sotto il pistone, il gas nella camera si espande adiabaticamente. Di conseguenza, si verifica il raffreddamento e il vapore diventa sovrasaturo. Se una particella entra nella camera subito prima o subito dopo l'espansione, gli ioni da essa prodotti agiranno come nuclei di condensazione. Le goccioline d'acqua che appaiono su di essi formano una traccia della traccia delle particelle volanti. Quindi la camera ritorna al suo stato originale e uno speciale campo di “pulizia” rimuove gli ioni”.

Questa immagine sorprendentemente semplice e accessibile per il lettore generale della formazione di tracce da ioni di particelle cariche appare a tutti noi.

Quando si formarono tali visioni sulla formazione delle tracce, la scienza non sapeva ancora nulla della struttura degli atomi e delle stime quantitative delle particelle incluse in questi atomi. Oggi si ritiene che le dimensioni dei nuclei atomici e le dimensioni degli atomi e degli elettroni stessi siano note in modo abbastanza accurato. Tenendo conto di queste dimensioni, proveremo a valutare la correttezza dei nostri giudizi sulle condizioni proposte per la comparsa delle tracce.

La dimensione dei nuclei atomici è stimata in 10 -12 cm, la dimensione media degli atomi stessi è di circa 10 -8 cm. Il diametro apparente della traccia è di circa un millimetro, cioè 10 -1 cm del nucleo stesso con le dimensioni trasversali della traccia, è facile vedere che il rapporto di queste quantità è di undici cifre decimali.

La teoria della struttura dell'atomo afferma che la zona energetica del nucleo, come particella carica, non può superare la dimensione dell'atomo, poiché l'atomo è una formazione elettricamente neutra. Se questa condizione è considerata vera, due punti nel processo di formazione della traccia diventano completamente incomprensibili:

In primo luogo, come può una particella volante formare ioni da molecole d'acqua a una distanza così grande da se stessa?

In secondo luogo, quale processo fisico avviene durante la formazione degli ioni?

Supponiamo che una particella che vola ad altissima velocità (circa 0,15 della velocità della luce) sia il nucleo di un atomo di uranio. Il nucleo dell'uranio ha una carica positiva rigorosamente definita e, molto probabilmente, dovrebbe formare un numero altrettanto rigorosamente definito di ioni carichi. Si può presumere, nel primo caso, che una particella carica positivamente elimini un elettrone da una molecola d'acqua, che dovrebbe unirsi alla particella o volare via da qualche parte. Se una particella cattura un elettrone, può formare tanti ioni d'acqua quanto la sua carica, cioè 238. Ma in ogni traccia ci sono decine e centinaia di miliardi di molecole d'acqua, con i calcoli più conservativi. Si scopre che il potere energetico di una particella carica di produrre ioni è praticamente illimitato? Se la formazione di ioni da parte di una particella volante avviene secondo altre leggi fisiche, allora è necessario spiegare questo punto molto importante.

Nella camera a nebbia è stata scoperta anche la più piccola particella carica negativamente, l’elettrone. Ancora più interessante è il modo in cui un elettrone può creare uno ione da almeno una molecola d'acqua. Se un elettrone viene introdotto in una molecola d'acqua, si otterrà solo uno ione carico negativamente. Ma questo elettrone ha lasciato dietro di sé anche un gran numero di ioni dopo il suo volo.

Non meno interessante è il processo proposto di condensazione del vapore acqueo, che viene effettuato dagli ioni emergenti. Secondo quali leggi della fisica una particella carica provoca la condensazione del vapore acqueo?

Fino ad ora, nello studio della trasformazione dell'acqua da uno stato di aggregazione ad un altro, è stata proposta solo l'influenza dei fattori termici sul vapore acqueo. Questi fattori sono noti da molte centinaia di anni e dicono che se il vapore acqueo disciolto nell'aria è costretto a cadere nella nebbia, allora questo volume d'aria deve essere raffreddato, cosa che viene fatta nella camera quando il pistone viene bruscamente abbassato. Ma il pistone dovrebbe abbassarsi solo fino al punto in cui il calo di temperatura nella camera non dovrebbe raggiungere il punto di rugiada, ma dovrebbe essere vicino a questo punto. Altrimenti la nebbia caduta non permetterà di osservare le tracce emergenti. La concentrazione delle molecole d'acqua in piccole gocce sta già avvenendo, ma queste gocce non interferiscono ancora con la trasparenza della camera.

L'ulteriore condensazione del vapore acqueo sotto l'influenza degli ioni emergenti, come presentato nella descrizione della formazione delle tracce, è un processo tecnico del tutto incomprensibile e ingiustificato. Secondo le attuali leggi della fisica classica, per ottenere la formazione di nebbia nella zona della pista, è necessario un ulteriore raffreddamento della miscela di aria e vapore acqueo in questa zona. Ma cosa può portare qui questo freddo? La particella stessa, volando a una velocità così enorme, non può, in linea di principio, raffreddare l'area della pista, sia a causa del tempo insignificante di interazione con una qualsiasi delle molecole d'acqua, sia perché la sua temperatura può essere solo molto più alta della temperatura del camera stessa. Poiché le reazioni atomiche avvengono sempre con un grande rilascio di calore, la particella emessa da questo mezzo deve avere una temperatura molto più elevata rispetto alla temperatura della camera.

La condensazione del vapore acqueo da parte degli ioni emergenti nella zona del binario non può essere spiegata con ipotesi così primitive e non dimostrate. Se tali processi fisici possono realmente verificarsi in natura, allora dovranno essere confermati da altri esperimenti e da prove più approfondite. Quindi esistono prove del genere?

È impossibile spiegare l'origine delle tracce con argomentazioni così superficiali e tutt'altro che scientifiche né con la formazione di ioni né con la condensazione del vapore acqueo sugli ioni formati.

Ma ce n'è anche un terzo, forse il fattore più importante nella formazione delle tracce, ovvero il bagliore emergente delle tracce stesse. Perché il vapore acqueo nell'area della pista inizia a emettere luce?

Supponiamo che gli ioni si formino comunque e comincino a brillare. Ma in questo caso è necessario giustificare il motivo per cui gli ioni emettono luce solo nelle camere per l'osservazione delle particelle cariche. Molti processi fisici e chimici sono spiegati dalla comparsa di formazioni cariche, ma da nessuna parte si nota che queste formazioni brillano. E in questo caso non ci sono prove fondate.

Il risultato delle considerazioni di cui sopra può essere considerato il fatto che è impossibile accontentarsi di nessuna delle spiegazioni proposte per la comparsa di tracce nelle camere per l'osservazione di particelle cariche. Tutte le giustificazioni proposte per le tracce emergenti sono nate nella mente dei ricercatori perché le tracce iniziano a interagire con campi magnetici ed elettrici e il nostro pensiero umano moderno funziona solo in una direzione: inizia la ricerca di particelle cariche, cariche e formazioni cariche. È possibile sviluppare altre idee sui processi che si verificano in varie camere per l'osservazione delle particelle solo se possiamo in qualche modo cambiare le nostre opinioni consolidate sul mondo che ci circonda.

La comparsa di tracce può essere dimostrata molto più facilmente partendo da un presupposto essenziale: durante le reazioni atomiche i farmaci radioattivi emettono nello spazio circostante solo radiazioni di diverse frequenze e potenze che sono disponibili per l'osservazione. Non possiamo ancora parlare di particelle cariche espulse. È chiaro che tale ipotesi può sembrare troppo primitiva, eppure proveremo a considerare i processi di formazione delle tracce da questa posizione.

L'abbassamento del pistone nella camera a nebbia determina uno stato vicino a quello della nebbia, ma si verifica già la condensazione di piccole gocce d'acqua o alcol. La radiazione a frequenza diretta di un farmaco radioattivo eccita le sottili gocce di condensa risultanti ad una frequenza visibile all'occhio, motivo per cui si osserva una traccia luminosa. Esattamente secondo gli stessi principi naturali, il bagliore di vari composti del fosforo, i fosfori, si verifica quando la luce bianca colpisce le superfici di questi corpi e fa sì che emettano flussi luminosi di frequenze visibili. In questi casi opera una legge universale, la legge di conversione di alcuni tipi di energia in altri tipi. Per eccitare l'energia di una certa frequenza in qualsiasi corpo fisico, lo spettro di frequenza del corpo deve contenere questa frequenza.

I reagenti di tutte le camere iniziano ad emettere luce quando la frequenza di radiazione è pari o multipla alla frequenza di eccitazione del reagente. Quando le frequenze della radiazione e dell'eccitazione dei corpi materiali sono uguali, si verifica il maggiore assorbimento dell'energia della radiazione. Queste sono interazioni risonanti tra l'emettitore di energia e il consumatore.

Le sostanze radioattive emettono non solo le frequenze che possono essere osservate in queste camere. Anche le frequenze delle radiazioni che non sono in grado di eccitare alcun reagente della camera (vapore acqueo, alcool, ecc.) alle frequenze visibili sono radiazioni di frequenza ordinarie, ma sono ancora chiamate voli di particelle chiamate “neutrini”.

Le radiazioni radioattive hanno generalmente un effetto negativo su tutti gli organismi viventi, proprio come i raggi X e le radiazioni ultraviolette. Ma tutte queste sono radiazioni di frequenza, senza voli di particelle ad alta velocità. Le particelle servono solo come mezzo elastico in cui viene trasferita l'energia della frequenza delle onde. Proprio come quando si trasmette l'energia sonora da un punto all'altro dello spazio, una massa di particelle d'aria è solo un intermediario, così quando si trasferiscono altre energie di frequenza, un certo mezzo elastico da alcune altre particelle garantisce il movimento di queste energie.

L'invenzione del modello moderno della struttura dell'atomo è avvenuta mentre i processi nel microcosmo venivano studiati non solo con l'aiuto di telecamere per l'osservazione di microparticelle, ma anche con l'aiuto di altri dispositivi. Così Rutherford, utilizzando un dispositivo da lui inventato, studiò il comportamento delle particelle alfa caricate positivamente mediante scintillazioni luminose su uno schermo utilizzando un microscopio. Si propone inoltre di prestare particolare attenzione a questi esperimenti e alle relative conclusioni.

MODELLO PLANETARIO DELL'ATOMO

L'invenzione del modello planetario dell'atomo è una delle scoperte più significative della fisica teorica del XX secolo. Intere scienze teoriche, soprattutto la meccanica quantistica, si basano sulla presunta azione di questo modello. Pertanto, è interessante osservare i processi che avvengono nel dispositivo di Rutherford da posizioni leggermente diverse e più critiche.

Nello stesso manuale di fisica si dice a proposito degli esperimenti di Rutherford: “Un fascio di particelle alfa emesso da un farmaco radioattivo veniva rilasciato da un diaframma e cadeva poi su una sottile lamina costituita dal materiale studiato (oro, rame, ecc.) .” Ci viene proposto questo elenco piuttosto ristretto dei materiali studiati, senza indicare cosa si intende con la nota “ecc.” In questo caso, questo è abbastanza importante, poiché nello stesso libro di testo, ma in una sezione diversa, si dice: “I raggi alfa hanno il potere meno penetrante. Per loro uno strato di carta di circa 0,1 mm è già opaco”.

Negli esperimenti di Rutherford che utilizzavano una sottile lastra d'oro come barriera al passaggio delle particelle alfa, furono tratte conclusioni sul modello planetario della struttura degli atomi. Inoltre, queste conclusioni sono state tratte per tutti gli elementi della tavola periodica senza eccezioni. È impossibile ammettere che non potesse sapere del quasi completo fallimento di questi raggi nel passare attraverso un sottile strato di carta.

Tutti gli elementi chimici della carta hanno esattamente la stessa struttura planetaria dell'oro, ma non possono far passare attraverso se stessi le particelle che volano velocemente. Come si può spiegare tale impotenza dei raggi alfa nel superare la carta comune?

Supponiamo che i raggi alfa siano effettivamente particelle alfa, che Rutherford chiamava addirittura proiettili alfa. Queste particelle viaggiano abbastanza liberamente su una sottile lastra d'oro con rare deviazioni dal percorso rettilineo.

I fisici sanno bene che il più grande ostacolo al passaggio di tutte le radiazioni è il piombo, un metallo molto vicino all'oro nella tavola periodica degli elementi di Mendeleev. Il peso atomico dell'oro è 196, quello del piombo è 207, il numero di serie dell'oro è 79, quello del piombo è 82. Sulla base di questi indicatori, possiamo tranquillamente supporre che se, invece di una lastra d'oro, ci fosse una lastra di piombo Se nel dispositivo di Rutherford viene collocato esattamente le stesse dimensioni, le particelle alfa dovrebbero penetrare attraverso il piombo con esattamente la stessa prestazione dell'oro. Allora perché non ripetere ora gli esperimenti sulle particelle alfa che superano piastre di piombo e dimostrare finalmente la struttura planetaria degli atomi? Se il piombo non consente a queste presunte particelle di passare attraverso se stesso, come la carta, allora queste non sono affatto particelle e la questione della struttura degli atomi sarà completamente aperta.

Il metodo stesso dell'emergere di una scoperta mondiale è sorprendente, quando un ricercatore, lavorando con un solo materiale, è riuscito ad affascinare l'intero mondo scientifico con le sue conclusioni ed estendere queste conclusioni a tutti gli altri elementi chimici, e quindi ai materiali. Dopotutto, Rutherford lavorava solo con l’oro. Gli esperimenti con il rame e alcuni altri materiali furono condotti molto più tardi. Perché gli esperimenti per superare l'oro con le particelle alfa non sono stati condotti con molti altri elementi e materiali, soprattutto carta e piombo?

Supponiamo che il mondo atomico sia effettivamente simile alla struttura del sistema solare, ma poi i fotoni di luce devono penetrare attraverso i vasti spazi tra nuclei ed elettroni senza ostacoli, cioè essere trasparenti alla luce! Ma questo è un paradosso.

Dal punto di vista della possibilità che le particelle alfa passino attraverso diversi mezzi, è interessante sapere se queste particelle possono penetrare nel vetro. Dopotutto, potrebbe succedere che il vetro si comporti allo stesso modo della carta.

Da quanto sopra si può facilmente giungere alla conclusione che non esistono particelle alfa che volano ad alta velocità, ma solo radiazioni alfa ondulatorie di una certa frequenza. Queste radiazioni superano abbastanza liberamente alcune sostanze per le stesse ragioni per cui i raggi luminosi superano molti mezzi materiali (vetro, acqua, diamanti).

Il vetro è creato da componenti opachi alla luce, ma non appena questi componenti vengono combinati nel vetro utilizzando una determinata tecnologia, la luce penetra liberamente attraverso questa barriera. Da un punto di vista tecnico questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che le molecole formate della massa di vetro hanno acquisito caratteristiche spettrali diverse rispetto ai componenti originali. La frequenza della luce è uguale o multipla della frequenza di eccitazione di risonanza principale del vetro, motivo per cui le onde luminose superano abbastanza liberamente questa solida barriera. Ma non importa con quanta cura vengono lavorati i materiali ottici, flussi luminosi insignificanti vengono sempre riflessi dalla superficie del vetro e rifratti ad alcuni angoli. I raggi alfa si comportano esattamente allo stesso modo quando superano ostacoli costituiti da oro, rame e altre sostanze o materiali.

Cari lettori, se gli argomenti sopra proposti vi fanno riflettere e dubitare della correttezza delle nostre idee moderne sulla struttura del micromondo, allora questo è il percorso più diretto per ripensare alcuni dei fondamenti della scienza moderna. Prima di tutto, è necessario capire perché, analizzando le ragioni della comparsa delle tracce, analizzando le ragioni della radiazione che supera determinati materiali, gli scienziati del secolo scorso hanno preso decisioni così piuttosto ingiustificate. La ragione principale di tali decisioni fisicamente ingiustificate può essere considerata solo il fatto che la nostra coscienza umana è sotto il potere del mito sull'esistenza di particelle cariche. Gli antichi greci ci hanno dato un'idea semplice per comprendere l'emergere delle forze di interazione a distanza tra corpi elettrizzati, e la scienza sfrutta questa idea da circa trecento anni senza alcun desiderio di inventare qualcosa di più simile alla verità. Forse la nostra generazione ha bisogno di ricordare più spesso che gli antichi greci furono i creatori più creativi di un gran numero di miti diversi, ma non ci crediamo del tutto.

Negli ultimi secoli del suo sviluppo, la teoria delle particelle cariche ha acquisito un'enorme quantità di bagaglio matematico. Con ogni assegnazione di qualità sempre nuove al solo elettrone, l’apparato matematico progettato per giustificare queste qualità cresce in modo incommensurabile. Un elettrone vola da un corpo all'altro, ruota attorno al proprio asse e attorno al nucleo, è sia una particella che un'onda, ma nessuno ha ancora spiegato in termini più generali perché questa particella unica si respinge dai suoi simili e viene attratta alle particelle cariche positivamente.

Dalla storia dello sviluppo della scienza è chiaro che il pensiero umano cerca di spiegare molti fenomeni fisici incomprensibili inizialmente con l'aiuto di alcune particelle materiali. I processi di trasferimento del calore e di combustione sono stati spiegati per molti anni dalle azioni di varie particelle, quindi forse è giunto il momento di guardare i processi di interazione dei corpi a distanza da una prospettiva completamente diversa?

INTERAZIONI ELETTRICHE E MAGNETICHE

Le interazioni elettriche tra i corpi sono attribuite all'esistenza di particelle cariche negli elementi naturali, che hanno una capacità finora inspiegabile di attrarsi e respingersi a vicenda. Le ragioni delle interazioni magnetiche sono spiegate dalla presenza degli stessi elettroni nei corpi. La rotazione di un elettrone attorno al proprio asse trasforma questa particella, universale nelle sue capacità, in un dipolo magnetico elementare, ma anche qui non è chiaro come questi dipoli si influenzino a vicenda. Tale ragionamento teorico può rivendicare la realtà dell'esistenza solo quando le ragioni fisiche per le interazioni delle particelle cariche sono comprovate. Per ora, questa è un’ipotesi scientifica piuttosto debole.

Consideriamo alcuni fenomeni fisici legati alla produzione della cosiddetta elettricità statica, proposti nei libri di testo per le scuole secondarie. Il metodo più semplice e accessibile per produrre elettricità statica si verifica quando due determinati materiali vengono sfregati l'uno contro l'altro. Questi materiali devono sempre avere buone proprietà isolanti e avere una struttura del corpo amorfa. La maggior parte dei libri di testo scolastici utilizzano pettini di plastica e capelli degli studenti come materiali disponibili per illustrare la presenza di elettricità statica. Questi libri di testo affermano che quando un pettine viene strofinato contro i capelli, una “piccola porzione” di elettroni si trasferirà dai capelli al pettine caricandolo con una carica negativa. Tutto è molto semplice e originale, ma questa semplicità è troppo ingannevole.

Dallo stesso corso di fisica si sa che l'atomo è una struttura molto stabile che né le alte pressioni terrestri né le alte temperature possono distruggere, ma un leggero tocco di un pettine sui capelli ha portato essenzialmente alla distruzione di questa struttura atomica. La perdita di un elettrone, per di più di valenza, deve necessariamente portare ad un cambiamento nelle proprietà chimiche e fisiche della molecola in cui questo atomo è compreso. Potrebbe non esserci una “parte insignificante” di tali molecole, ma una parte molto significativa. Soffermiamoci quindi sull'analisi di un'altra esperienza scolastica.

La macchina elettrostatica azionata manualmente è familiare a tutti gli scolari. La rotazione della maniglia di questa macchina viene trasmessa tramite un riduttore alla rotazione di un disco in vetro organico. Sottili fogli di staniol o di carta entrano in contatto con il disco. La forza di attrito delle foglie sul disco rotante crea l'effetto di generare tensione elettrica, dalla quale viene caricato il condensatore, la cosiddetta bottiglia di Leida. L'energia di carica di un condensatore può raggiungere un Coulomb, ovvero 1024 elettronvolt. Si scopre che lo stesso numero di elettroni è nato dall'attrito di pezzi di carta su un disco rotante, che si è spostato attraverso i conduttori verso una delle piastre del condensatore. Come possiamo vedere, il numero di elettroni generati da tale attrito non può essere definito “una piccola parte”.

Le parti di sfregamento dei pezzi di carta sulla superficie del disco, tenendo conto dello spessore dei fogli, ammontano a circa un centimetro cubo. Supponiamo convenzionalmente che il numero di molecole in questo volume di carta sia uguale al numero di molecole d'acqua dello stesso volume, e anche questo sarà 1024, poiché si ritiene che la dimensione di una molecola d'acqua sia di circa 10-8 cm . In effetti, la dimensione di una molecola di carta è molto più grande della dimensione di una molecola d'acqua.

Come risultato dei calcoli e delle ipotesi più semplici fatti, troviamo che ogni molecola di carta deve perdere almeno un elettrone per fornire una carica del condensatore di un Coulomb. Ma nonostante ciò, la carta non perde nessuna delle sue qualità fisiche e non guadagna nulla.

L'effetto del ragionamento di cui sopra può essere notevolmente migliorato se si tiene conto della possibilità di un certo ammodernamento della macchina stessa. È possibile collegare il condensatore tramite una connessione staccabile senza alcun danno al funzionamento della macchina. Hanno caricato un condensatore, lo hanno scollegato dalla macchina, hanno installato quello successivo e così via. Controllare ogni volta la quantità di carica su ciascun condensatore. La quantità totale di elettroni sfuggiti ai pezzi di carta raggiungerà un numero astronomico. È possibile caricare i condensatori successivi fino a quando i fogli di carta non sono completamente consumati, cioè fino a quando le loro superfici di sfregamento non si trasformano in polvere. Alla fine di un simile esperimento, dovrai solo porsi la domanda sull'origine di un tale numero di elettroni. Abbiamo spinto tutti gli elettroni apparsi nelle bottiglie di Leida, mantenendoli lì in uno stato isolato, ma nella macchina stessa non si sono verificati cambiamenti.

Sfortunatamente, azioni così uniche sono attribuite in molti casi alle particelle cariche nello studio dell'elettricità statica. Prendiamo, ad esempio, il comportamento descritto delle particelle cariche nei corpi elettrizzati. Si scopre che sia le cariche positive che quelle negative si accumulano sulle sporgenze e sulle parti appuntite di questi corpi. Probabilmente le particelle cariche, a causa delle proprietà di repulsione loro attribuite, dovrebbero fare l'esatto contrario. Devono disperdersi da questi luoghi limitati per la loro esistenza. Perché la nostra coscienza attribuisce così persistentemente azioni così fantastiche alle particelle cariche?

Nei corpi elettrificati l'energia elettrica è infatti concentrata nelle loro sporgenze e irregolarità appuntite. Questa concentrazione di energia può essere osservata sia visivamente, durante alcuni esperimenti, sia misurata con dispositivi elettrostatici. Solo l'elettrificazione non dipende affatto dal fatto che durante questo processo avvenga la separazione delle cariche e avvenga la loro transizione da un corpo all'altro. Fino a quando la nostra coscienza umana non si libererà da queste visioni greche e medievali sulla struttura del micromondo, fino ad allora troveremo caratteristiche sempre più fantastiche del comportamento delle particelle cariche e sprecheremo il nostro potenziale intellettuale in idee infruttuose.

Il mondo che ci circonda è strutturato in modo semplice e in questa semplicità dobbiamo cercare indizi sulla struttura del mondo. Tali pensieri furono espressi da alcuni grandi pensatori del passato.

Lo studio della natura fisica dell'energia elettrica è iniziato con il lavoro sull'elettricità statica. Partendo dallo stesso punto di partenza, cercheremo ora di comprendere alcune leggi che regolano la comparsa di questo tipo di elettricità.

Il movimento reciproco delle superfici di due corpi solidi l'uno rispetto all'altro provoca sempre il riscaldamento di entrambi i corpi. Il rilascio di calore avviene a causa delle forze di attrito che si creano e quanto maggiori sono queste forze, tanto maggiore è il rilascio di calore. L'energia termica è una radiazione a frequenza piuttosto elevata, e qui si può pensare a come una velocità di movimento non troppo elevata dei corpi in contatto generi una frequenza così elevata di energia termica. Finora, la versione proposta di questo fenomeno può essere formulata come segue: a causa delle forze di attrito, i legami elastici delle molecole situate sulle superfici di questi corpi con altre molecole sono soggetti a deformazione e questi legami sono eccitati ad una certa frequenza. Il processo di eccitazione dell'energia di frequenza nei corpi durante l'attrito molto probabilmente avviene proprio nei legami intermolecolari. Questo effetto ricorda l'eccitazione di una corda tesa quando viene colpita.

La diversità dell'esistenza dei solidi suggerisce che anche le connessioni di diverse molecole tra loro sono diverse. Alcuni corpi si riscaldano di più durante l'attrito, mentre in altri corpi l'eccitazione dovuta alle forze di attrito può avvenire a frequenze completamente diverse, o anche ad una certa somma di frequenze. Nei corpi con struttura amorfa, l'eccitazione del calore da parte delle forze di attrito avviene in modo insignificante, ma prevale l'energia elettrostatica, che è anche la stessa energia di frequenza. È molto probabile che l'energia elettrica si formi durante l'attrito nei corpi cristallini, ma qui verrà chiusa attraverso i cristalli all'interno del corpo e convertita in calore attraverso le cosiddette correnti di Foucault.

Supponiamo che l'energia elettrica sia in realtà solo una radiazione di frequenza ordinaria, ma senza una giustificazione per le interazioni a distanza dei corpi elettrizzati, tale affermazione non può meritare alcuna attenzione. In questo caso, cercheremo di giustificare in una certa misura questa decisione attraverso fenomeni e leggi fisici ben noti.

Il fenomeno del moto browniano è stato scoperto da molto tempo, è considerato ben studiato, ma da esso si possono trarre alcune conclusioni. L'essenza fondamentale del movimento delle particelle browniane è chiara. Queste particelle si muovono perché le molecole d'acqua si muovono sotto l'influenza della radiazione termica. Il motivo è chiaro, ma non è affatto chiaro come la radiazione termica faccia muovere questa molecola, e si muova per un certo tempo in una direzione strettamente definita. Qual è il meccanismo naturale che costringe una molecola d'acqua a convertire l'energia termica ad alta frequenza nell'energia del movimento meccanico traslazionale. Inoltre non comprendiamo completamente le ragioni della formazione dei cristalli. Finora tutto ciò che sappiamo sulla struttura dei cristalli è che le molecole nel cristallo sono disposte in un ordine rigorosamente definito.

Nei liquidi il movimento delle molecole può essere osservato visivamente, ma anche nei solidi le molecole sperimentano un costante desiderio di muoversi. I fenomeni di evaporazione e diffusione indicano l'eccitazione in qualsiasi molecola di energie per il movimento meccanico traslazionale, e queste energie di movimento dipendono proporzionalmente dalla grandezza delle energie di frequenza concentrate nei corpi.

Il movimento browniano delle molecole nei liquidi dipende dalla quantità di energia termica. In questo esempio, un certo schema è già chiaramente visibile: l'energia del movimento meccanico ha creato energia termica, che poi si trasforma nuovamente nell'energia meccanica del movimento molecolare. Questo processo è pienamente conforme alla legge universale della trasformazione di un tipo di energia in altri tipi.

Tutti i tipi di energie emesse attualmente a noi conosciute si propagano nello spazio circostante secondo le proprie leggi. Finora si può affermare con sufficiente motivazione che le condizioni per la propagazione delle diverse radiazioni dipendono in gran parte dalla frequenza della radiazione. Quanto più queste radiazioni si avvicinano in frequenza alla radiazione luminosa, tanto maggiore è la portata e la direttività della radiazione. Le emissioni in radiofrequenza confermano, in una certa misura, questo principio.

Per comprendere la natura dell'emergere delle forze di interazione tra i corpi a distanza, supponiamo di essere in grado di dirigere in qualche modo il movimento termico della maggior parte delle molecole d'acqua in una direzione. In questo caso, l'intero volume d'acqua inizierà a muoversi nello spazio senza alcun collegamento materiale visibile con la fonte di questo calore diretto. Ci sarà un effetto di interazione tra il corpo della fonte di calore e il corpo della nave con l'acqua. Per il collegamento acqua calda questo è un esempio irrealistico, ma proprio in questo scenario possono verificarsi interazioni elettriche e magnetiche. Se l'energia termica nello spazio circostante non può propagarsi in una direzione strettamente definita, allora l'energia elettrica ha una direzione così stretta, come si può vedere dalla formazione delle linee di forza elettriche osservate.

L'energia elettrica nasce sempre dall'energia meccanica del movimento. I movimenti reciproci delle superfici di sfregamento dei corpi solidi, il movimento dei conduttori in un campo magnetico e il movimento delle masse d'aria nello spazio circostante danno luogo alla comparsa di energia elettrica. A sua volta, la diffusione dell'energia elettrica nello spazio circostante dà origine al movimento meccanico reciproco dei corpi.

La frequenza elettrica eccitata dall'attrito in qualsiasi corpo viene irradiata nello spazio circostante su piccole distanze e forma connessioni energetiche chiuse ad anello (ciclate). Come notato sopra, tali corpi possono essere solo corpi con elevata resistenza elettrica. Il generatore della radiazione nello spazio dei flussi di energia elettrica è un gruppo di molecole eccitate dalle forze di attrito. Chiamiamo tale energia elettrica elettrostatica, anche se in realtà qui non c'è elettricità statica. Questa è la frequenza d'onda ordinaria, e quindi l'energia dinamica, ma per semplificare ulteriormente il ragionamento, per ora useremo il termine “energia elettrostatica”.

L'energia elettrostatica nei singoli corpi può esistere per molto tempo a causa delle correnti elettriche insignificanti che fluiscono in un circuito di frequenza così chiuso. Nei condensatori elettrici l'energia viene immagazzinata per lungo tempo anche nello strato dielettrico tra le piastre del condensatore. Le piastre del condensatore servono solo a fornire il flusso di energia elettrica allo strato dielettrico.

I raggi luminosi si propagano nello spazio circostante in linea retta e su lunghe distanze, ma le menti degli scienziati sono giunti alla conclusione che è possibile avvolgere artificialmente le onde luminose con l'aiuto dell'hardware, risultando in un dispositivo chiamato laser o generatore quantistico. Come risultato del ciclo dell'onda luminosa, si ottiene un processo sorprendente, che è lungi dall'essere compreso da noi, ma questo processo è molto simile al processo di rapida conversione dell'energia in un circuito elettrico chiuso con una piccola resistenza ohmica . In tali circuiti energetici chiusi si verifica un rapido accumulo di legami intermolecolari o intramolecolari, che si osserva nelle emissioni di energia. In natura, le onde elettriche si intrecciano naturalmente e ciò avviene a causa delle loro caratteristiche di frequenza. Il processo artificiale di avvolgimento delle onde luminose e il processo naturale di avvolgimento delle onde elettriche ricordano l'effetto di un domino che cade, chiuso in un anello e dotato di collegamenti elastici.

Quando un altro corpo entra nella zona di distribuzione delle linee elettriche, si verifica una ridistribuzione dei flussi elettrici nello spazio circostante. Se un tale corpo è un dielettrico, sotto l'influenza di un campo elettrico questo corpo diventa elettrizzato. Questa elettrificazione è chiamata elettrificazione attraverso l’influenza.

Le radiazioni, come le radiazioni elettriche, provocano alcuni cambiamenti strutturali in alcuni elementi chimici, motivo per cui anche questi elementi diventano radioattivi, o isotopi radioattivi, anche questo è un effetto attraverso l'influenza.

L'energia magnetica è strettamente correlata all'energia elettrica, motivo per cui il principale scopritore di questa relazione, Faraday, chiamò questo processo induzione, cioè la trasformazione di un tipo di energia in un altro. Allora cos'è questa energia, come nasce e come esiste?

La recente scoperta di scienziati americani sul comportamento dei magneti permanenti nell'isolamento termico dall'ambiente può dire molto, ma le conclusioni dipenderanno dalla posizione da cui si guarderanno i risultati di un simile esperimento. Gli esperimenti hanno dimostrato che se si inserisce un magnete permanente in un termostato, la temperatura al suo interno inizia a scendere. Una conclusione semplice, piuttosto quotidiana, da un'esperienza del genere ne suggerisce solo una: la temperatura dell'aria nel termostato diminuisce a causa del fatto che l'energia termica viene spesa per mantenere un certo livello del campo magnetico. La temperatura nel termostato diminuisce e il livello del campo magnetico diminuisce. Si scopre che con un simile esperimento è possibile raggiungere il momento in cui il campo magnetico di un magnete permanente cesserà di esistere. Da queste posizioni cercheremo di guardare all'essenza fisica dell'energia magnetica.

Nei ferromagneti si può osservare l'esistenza di regioni microscopiche con evidenti segni della presenza di magnetismo in completa assenza di campo magnetico nel corpo ferromagnetico stesso. Aree così piccole di campi magnetici furono chiamate domini, il che può chiarire in modo significativo l'emergere del campo magnetico generale di un ferromagnete. Come è noto, la propagazione del campo magnetico nel corpo dei materiali magnetici è chiaramente disomogenea in diverse coordinate, cioè si osserva un'anisotropia pronunciata. Questo fenomeno si verifica perché il campo magnetico nel corpo del ferromagnete si diffonde prevalentemente sul corpo del cristallo. Laddove si verifica la formazione unidirezionale di formazioni cristalline da fusioni, si verifica l'avanzamento più semplice del flusso magnetico. Tali fenomeni sono caratteristici dei campi termici e, possibilmente, dei campi elettrici, ma ciò deve ancora essere dimostrato.

Da tutto quanto sopra relativo all'energia magnetica, possiamo supporre abbastanza realisticamente che l'energia magnetica esista sempre nei corpi ferromagnetici in un certo intervallo di temperature. Questa energia deriva dall'energia termica ed è la stessa energia delle onde di frequenza di molte altre che possono diffondersi nell'ambiente. I cristalli di materiali ferromagnetici sono eccitati alla frequenza dell'energia magnetica e sono portatori di questa energia. Le formazioni di domini magnetici visibili sorgono perché è più facile per i campi magnetici dei singoli cristalli chiudersi sui cristalli vicini e formare spirali magnetiche chiuse, cioè formare domini. I campi dei domini magnetici possono essere interrotti solo da influenze esterne sui ferromagneti, cosa che si ottiene dal campo magnetico esterno della terra in condizioni naturali reali, o artificialmente, utilizzando campi elettrici.

Analogamente all'energia magnetica che emerge nei corpi ferromagnetici, anche in altri mezzi metallici l'energia elettrica deriva dall'energia termica. L'ottenimento della forza termoelettrica durante la fusione di due metalli diversi in una zona di contatto ristretta dimostra in modo abbastanza convincente questa trasformazione di un tipo di energia in un altro tipo. Naturalmente, in questo caso puoi costruire ipotesi fantastiche sul trasferimento di particelle cariche da un mezzo a un altro, ma puoi anche proporne una più semplice.

Nella zona di connessione di due metalli diversi, quando vengono saldati e successivamente raffreddati, si verifica una particolare formazione di un mezzo cristallino. Ogni tipo di metallo ha le proprie caratteristiche in molti parametri fisici (capacità termica, conduttività termica e altri). Questi diversi parametri dei metalli portano alla formazione di un mezzo cristallino nella zona di giunzione con la direzione predominante dei cristalli risultanti dalla fusione verso uno dei metalli. Questo processo di formazione dei cristalli è simile alla formazione artificiale di cristalli singoli per la tecnologia dei semiconduttori. In altre parole, possiamo dire che nella zona di saldatura di due mezzi metallici dovrebbe esserci una pronunciata conduttività termica ed elettrica unilaterale.

Nell'ambiente dei metalli, l'energia termica viene costantemente convertita in energia elettrica, solo questa energia, chiudendosi attraverso i cristalli vicini come l'energia magnetica nei ferromagneti, viene nuovamente convertita in energia termica grazie alle correnti di Foucault emergenti. Nella zona di saldatura, i cristalli formati di una direzione formano un'area di avanzamento direzionale dell'energia elettrica emergente, da dove appare la differenza di potenziale alle estremità dei conduttori saldati.

CONCLUSIONE

Questo articolo fornisce alcune analisi critiche delle opinioni esistenti sul micromondo che ci circonda in un dato periodo di tempo. La conclusione principale di questa analisi è il fatto che la scienza moderna ha formato una forte convinzione sulla dominanza delle particelle cariche nel micromondo. Non esistono visioni alternative sulla struttura del micromondo, nonostante il fatto che nell'interpretazione del comportamento delle particelle cariche ci siano un gran numero di affermazioni chiaramente non dimostrate e fantastiche libertà di ragionamento. Finché i rappresentanti della scienza tecnica superiore promuovono e sviluppano persistentemente le idee delle particelle cariche, altri punti di vista sulle cause dell'emergere di forze di interazione tra corpi a distanza non appariranno e non si svilupperanno mai. Un tentativo di costringere la mente umana a pensare diversamente nella coscienza di massa è possibile nel caso in cui i rappresentanti di questa alta scienza si costringano, almeno per un brevissimo periodo, a tornare alla loro infanzia scolastica e cerchino di ripensare molte delle idee principi fondamentali stabiliti nei libri di testo di fisica.

Come notato sopra, lo studio dell'elettricità inizia con il fenomeno dell'elettrificazione di un pettine quando viene sfregato contro i capelli. In effetti è molto semplice riconoscere la comparsa di elettricità statica su un pettine attraverso i pezzi di carta attratti, ma non è del tutto chiaro chi e come abbia scoperto un altro segno di potenziale elettrico nei capelli della nostra testa. Apparentemente si tratta di una sorta di trucco tecnico, non pubblicato sulla stampa. Per determinare i segni opposti dell'elettricità generata dall'attrito, puoi utilizzare i materiali più simili: invece dei capelli, usa un normale panno di lana e invece di un pettine, usa un righello di plastica. È molto facile rilevare il potenziale elettrico in un righello strofinato con un panno usando decine di pezzettini di carta attaccati ad esso, ma nel tessuto non si riesce a rilevare nulla. Nessun pezzo di carta, nemmeno il più piccolo, vuole essere attratto dal tessuto di lana o sintetico. Allora dove andava a finire il potenziale elettrico positivo se gli elettroni carichi negativamente volavano nella linea?

Puoi strofinare uno per uno decine di righelli preparati con un piccolo pezzo di stoffa, identificando la presenza di energia eccitata in ognuno di essi, ma non riesci comunque a trovare nulla nel tessuto. Da dove vengono allora questi gruppi di elettroni, che penetrano nei corpi dei governanti e possono esistere in essi per molte ore.

Questo esperimento elementare è simile all'esperimento con una macchina elettrostatica proposto sopra, ma è molto semplice da realizzare.

Se gli rispettati maestri della scienza moderna trovano un po' di tempo, ripetono alcuni degli esperimenti più semplici della teoria delle particelle cariche e possono essere convinti di un numero significativo di circostanze formali e non dimostrate dell'esistenza di queste particelle, allora altri percorsi in potrebbe apparire lo sviluppo della scienza fisica. La primissima legge che determinò le relazioni quantitative tra cariche positive e negative fu la legge sull'uguaglianza di queste cariche nei corpi. Questa legge determinò in gran parte la struttura proposta degli atomi. Un atomo esiste grazie alle forze di interazione elettrica, ma a causa dell'uguaglianza del numero di cariche opposte, l'atomo stesso è considerato elettricamente neutro. In questo caso, è necessario dimostrare con qualche esperimento la validità dell'esistenza di tale legge, ma tale prova non esiste ancora.

La scommessa più grande nello sviluppo della scienza fondamentale moderna è posta sull’ottenimento di dati dal funzionamento degli acceleratori di particelle cariche. Quindi forse vale la pena prima essere assolutamente sicuri che le particelle cariche esistano davvero e non siano un fantastico frutto dell’immaginazione umana. Le enormi risorse materiali investite nella costruzione di acceleratori sempre nuovi di particelle cariche inventate potrebbero rivelarsi quella mitica pistola progettata per sparare ai passeri. Negli acceleratori costosi, molto probabilmente, le particelle cariche non vengono accelerate, ma viene eccitata la radiazione di frequenza con approssimativamente gli stessi parametri di quelli prodotti durante le reazioni radioattive.

Nel gennaio 2013, i media hanno riferito che gli scienziati russi in un acceleratore avevano scoperto un nuovo, 117esimo, elemento chimico della tavola periodica, la cui durata è di diversi milionesimi di secondo. Ritornano dunque gli anni della metà del XX secolo, quando si scoprivano continuamente nuove particelle ed elementi chimici? Quando il numero totale delle particelle scoperte cominciò ad avvicinarsi alle trecento, si decise di non scoprirne altre. Ora, molto probabilmente, il mondo scientifico deve in qualche modo giustificare i fondi investiti nei moderni acceleratori di particelle cariche e inizia il prossimo ciclo di scoperte di nuove particelle ed elementi?

La scienza degli ultimi secoli ha iniziato a lottare con l'invenzione delle macchine a moto perpetuo, ma allo stesso tempo ha inventato essa stessa una vera macchina a moto perpetuo sotto forma di un dispositivo atomico. In modalità stazionaria, senza scambio di energia con altri atomi, l'energia di interazione degli elettroni con i protoni del nucleo è una quantità inesauribile, il che significa che è una macchina a moto perpetuo.

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Consideriamo innanzitutto il caso più semplice, quando i corpi elettricamente carichi sono a riposo.

Si chiama la branca dell'elettrodinamica dedicata allo studio delle condizioni di equilibrio dei corpi elettricamente carichi elettrostatica.

Cos'è una carica elettrica?
Quali accuse ci sono?

Con parole elettricità, carica elettrica, corrente elettrica ti sei incontrato molte volte e sei riuscito ad abituarti. Ma proviamo a rispondere alla domanda: “Cos’è una carica elettrica?” Il concetto stesso carica- questo è un concetto fondamentale e primario che non può essere ridotto all'attuale livello di sviluppo delle nostre conoscenze a concetti più semplici ed elementari.

Cerchiamo innanzitutto di scoprire cosa si intende con l’affermazione: “Questo corpo o particella ha una carica elettrica”.

Tutti i corpi sono costituiti dalle particelle più piccole, che sono indivisibili in particelle più semplici e per questo chiamate elementare.

Le particelle elementari hanno massa e per questo sono attratte l'una dall'altra secondo la legge di gravitazione universale. All’aumentare della distanza tra le particelle, la forza gravitazionale diminuisce in proporzione inversa al quadrato di questa distanza. La maggior parte delle particelle elementari, anche se non tutte, hanno anche la capacità di interagire tra loro con una forza che diminuisce anche in proporzione inversa al quadrato della distanza, ma questa forza è molte volte maggiore della forza di gravità.

Quindi nell'atomo di idrogeno, mostrato schematicamente nella Figura 14.1, l'elettrone è attratto dal nucleo (protone) con una forza 10 39 volte maggiore della forza di attrazione gravitazionale.

Se le particelle interagiscono tra loro con forze che diminuiscono con l'aumentare della distanza allo stesso modo delle forze di gravità universale, ma superano molte volte le forze gravitazionali, allora si dice che queste particelle hanno una carica elettrica. Le particelle stesse vengono chiamate addebitato.

Esistono particelle senza carica elettrica, ma non esiste carica elettrica senza particella.

Si chiama l'interazione delle particelle cariche elettromagnetico.

La carica elettrica determina l’intensità delle interazioni elettromagnetiche, proprio come la massa determina l’intensità delle interazioni gravitazionali.

La carica elettrica di una particella elementare non è un meccanismo speciale della particella che potrebbe essere rimosso da essa, scomposto nelle sue parti componenti e ricomposto. La presenza di una carica elettrica su un elettrone e su altre particelle significa solo l'esistenza di determinate interazioni di forza tra di loro.

Noi, in sostanza, non sappiamo nulla della carica se non conosciamo le leggi di queste interazioni. La conoscenza delle leggi delle interazioni dovrebbe essere inclusa nelle nostre idee sulla carica. Queste leggi non sono semplici ed è impossibile delinearle in poche parole. Pertanto è impossibile dare una definizione sintetica sufficientemente soddisfacente del concetto carica elettrica.

Due segni di cariche elettriche.

Tutti i corpi hanno massa e quindi si attraggono a vicenda. I corpi carichi possono sia attrarsi che respingersi a vicenda. Questo fatto importantissimo, a te familiare, significa che in natura esistono particelle con cariche elettriche di segno opposto; nel caso di cariche dello stesso segno le particelle si respingono, nel caso di segni diversi si attraggono.

Carica delle particelle elementari - protoni, che fanno parte di tutti i nuclei atomici, sono chiamati positivi e la carica elettroni- negativo. Non ci sono differenze interne tra cariche positive e negative. Se i segni delle cariche delle particelle fossero invertiti, la natura delle interazioni elettromagnetiche non cambierebbe affatto.

Tassa elementare.

Oltre agli elettroni e ai protoni, esistono molti altri tipi di particelle elementari cariche. Ma solo gli elettroni e i protoni possono esistere indefinitamente in uno stato libero. Il resto delle particelle cariche vive meno di un milionesimo di secondo. Nascono durante le collisioni di particelle elementari veloci e, essendo esistite per un tempo insignificantemente breve, decadono, trasformandosi in altre particelle. Acquisirai familiarità con queste particelle in terza media.

Le particelle che non hanno carica elettrica includono neutrone. La sua massa è solo leggermente maggiore della massa di un protone. I neutroni, insieme ai protoni, fanno parte del nucleo atomico. Se una particella elementare ha una carica, il suo valore è rigorosamente definito.

Corpi carichi Le forze elettromagnetiche in natura svolgono un ruolo enorme perché tutti i corpi contengono particelle caricate elettricamente. Le parti costitutive degli atomi - nuclei ed elettroni - hanno una carica elettrica.

L'azione diretta delle forze elettromagnetiche tra i corpi non viene rilevata, poiché i corpi nel loro stato normale sono elettricamente neutri.

Un atomo di qualsiasi sostanza è neutro perché il numero di elettroni in esso contenuti è uguale al numero di protoni nel nucleo. Le particelle cariche positivamente e negativamente sono collegate tra loro da forze elettriche e formano sistemi neutri.

Un corpo macroscopico è elettricamente carico se contiene una quantità eccessiva di particelle elementari con qualsiasi segno di carica. Pertanto, la carica negativa di un corpo è dovuta al numero di elettroni in eccesso rispetto al numero di protoni, mentre la carica positiva è dovuta alla mancanza di elettroni.

Per ottenere un corpo macroscopico elettricamente carico, cioè elettrizzarlo, è necessario separare parte della carica negativa dalla carica positiva ad esso associata oppure trasferire una carica negativa su un corpo neutro.

Questo può essere fatto usando l'attrito. Se fai passare un pettine sui capelli asciutti, una piccola parte delle particelle cariche più mobili - gli elettroni - si sposterà dai capelli al pettine e lo caricherà negativamente, mentre i capelli si caricheranno positivamente.

Uguaglianza delle cariche durante l'elettrificazione

Con l'aiuto dell'esperimento si può dimostrare che entrambi i corpi, quando elettrizzati per attrito, acquisiscono cariche di segno opposto, ma identiche in grandezza.

Prendiamo un elettrometro, sulla cui asta è presente una sfera metallica con un foro, e due piastre su lunghi manici: una di gomma dura e l'altra di plexiglass. Quando si sfregano l'una contro l'altra, le piastre si elettrizzano.

Portiamo uno dei piatti all'interno della sfera senza toccarne le pareti. Se la piastra è carica positivamente, alcuni elettroni provenienti dall'ago e dall'asta dell'elettrometro verranno attratti dalla piastra e raccolti sulla superficie interna della sfera. Allo stesso tempo, la freccia verrà caricata positivamente e verrà allontanata dall'asta dell'elettrometro (Fig. 14.2, a).

Se si porta un'altra piastra all'interno della sfera, dopo aver prima rimosso la prima, gli elettroni della sfera e dell'asta verranno respinti dalla piastra e si accumuleranno in eccesso sulla freccia. Ciò farà deviare la freccia dall'asta e con lo stesso angolo del primo esperimento.

Avendo abbassato entrambe le piastre all'interno della sfera, non rileveremo alcuna deviazione della freccia (Fig. 14.2, b). Ciò dimostra che le cariche delle piastre sono uguali in grandezza e opposte in segno.

Elettrificazione dei corpi e sue manifestazioni. Un'elettrificazione significativa si verifica durante l'attrito dei tessuti sintetici. Quando ti togli una maglietta in materiale sintetico all'aria secca, puoi sentire un caratteristico crepitio. Piccole scintille saltano tra le aree cariche delle superfici di sfregamento.

Nelle tipografie, la carta viene elettrizzata durante la stampa e i fogli restano uniti. Per evitare che ciò accada, vengono utilizzati dispositivi speciali per scaricare la carica. Tuttavia, l'elettrificazione dei corpi a stretto contatto viene talvolta utilizzata, ad esempio, in vari impianti di elettrocopiatura, ecc.

Legge di conservazione della carica elettrica.

L'esperienza con l'elettrificazione delle piastre dimostra che durante l'elettrificazione per attrito avviene una ridistribuzione delle cariche esistenti tra corpi precedentemente neutri. Una piccola porzione di elettroni si sposta da un corpo all'altro. In questo caso non compaiono nuove particelle e quelle preesistenti non scompaiono.

Quando i corpi sono elettrizzati, legge di conservazione della carica elettrica. Questa legge è valida per un sistema nel quale le particelle cariche non entrano dall'esterno e dal quale non escono, cioè per sistema isolato.

In un sistema isolato la somma algebrica delle cariche di tutti i corpi si conserva.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = cost. (14.1)

dove q 1, q 2, ecc. sono le cariche dei singoli corpi carichi.

La legge di conservazione della carica ha un significato profondo. Se il numero di particelle elementari cariche non cambia, allora l'adempimento della legge di conservazione della carica è ovvio. Ma le particelle elementari possono trasformarsi le une nelle altre, nascere e scomparire, dando vita a nuove particelle.

Tuttavia, in tutti i casi, le particelle cariche nascono solo in coppia con cariche della stessa grandezza e di segno opposto; Anche le particelle cariche scompaiono solo in coppia, trasformandosi in neutre. E in tutti questi casi la somma algebrica delle accuse rimane la stessa.

La validità della legge di conservazione della carica è confermata dall'osservazione di un gran numero di trasformazioni di particelle elementari. Questa legge esprime una delle proprietà fondamentali della carica elettrica. Il motivo del mantenimento della carica è ancora sconosciuto.

La forza elettromagnetica che agisce su una particella carica è costituita dalle forze agenti dai campi elettrico e magnetico:

La forza definita dalla formula (3.2) è chiamata forza di Lorentz generalizzata. Tenendo conto dell'azione di due campi, elettrico e magnetico, dicono che un campo elettromagnetico agisce su una particella carica.

Consideriamo soltanto il moto di una particella carica in un campo elettrico. In questo caso, di seguito si assume che la particella sia non relativistica, cioè la sua velocità è significativamente inferiore alla velocità della luce. La particella è influenzata solo dalla componente elettrica della forza di Lorentz generalizzata
. Secondo la seconda legge di Newton, una particella si muove con accelerazione:

, (3.3)

che è diretto lungo il vettore in caso di carica positiva e contro il vettore in caso di carica negativa.

Esaminiamo il caso importante del moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme. In questo caso la particella si muove uniformemente accelerata (
). La traiettoria di una particella dipende dalla direzione della sua velocità iniziale. Se la velocità iniziale è zero o diretta lungo il vettore , il moto delle particelle è rettilineo e uniformemente accelerato. Se la velocità iniziale della particella è diretta ad angolo rispetto al vettore , allora la traiettoria della particella sarà una parabola. Le traiettorie di una particella carica in un campo elettrico uniforme sono le stesse delle traiettorie dei corpi che cadono liberamente (senza resistenza dell'aria) nel campo gravitazionale terrestre, che può essere considerato uniforme vicino alla superficie terrestre.

Esempio 3.1. Determinare la velocità finale di una particella dotata di massa
e caricare , volando in un campo elettrico uniforme distanza . La velocità iniziale della particella è zero.

Soluzione.

Poiché il campo è uniforme e la velocità iniziale della particella è zero, il moto della particella sarà rettilineo e uniformemente accelerato. Scriviamo le equazioni del moto rettilineo uniformemente accelerato con velocità iniziale nulla:

Sostituiamo il valore dell'accelerazione dall'equazione (3.3) e otteniamo:
In un campo uniforme (vedi 1.21). Misurare :

. (3.4)

chiamata differenza di potenziale accelerante. Quindi, la velocità che una particella guadagna quando passa attraverso una differenza di potenziale accelerante Quando ci si muove in campi elettrici non uniformi, l'accelerazione delle particelle cariche è variabile e le traiettorie saranno più complesse. Tuttavia, il problema di trovare la velocità di una particella che passa attraverso una differenza di potenziale accelerante

, può essere risolto in base alla legge di conservazione dell’energia. L'energia di movimento di una particella carica (energia cinetica) cambia a causa del lavoro del campo elettrico:
Qui viene utilizzata la formula (1.5) per il lavoro del campo elettrico sul movimento delle cariche
. Se la velocità iniziale della particella è zero (
) o piccola rispetto alla velocità finale, otteniamo:

, da cui segue la formula (3.4). Pertanto, questa formula rimane valida nel caso del movimento di una particella carica in un campo non uniforme. Questo esempio mostra due modi per risolvere i problemi di fisica. Il primo metodo si basa sull'applicazione diretta delle leggi di Newton. Se le forze che agiscono sul corpo sono variabili, può essere più opportuno utilizzare il secondo metodo, basato sulla legge di conservazione dell'energia.
Consideriamo ora il movimento delle particelle cariche nei campi magnetici. Un cambiamento nell'energia cinetica di una particella in un campo magnetico potrebbe verificarsi solo a causa del lavoro della forza di Lorentz:

. Ma il lavoro compiuto dalla forza di Lorentz è sempre zero, il che significa che l'energia cinetica della particella e allo stesso tempo il modulo della sua velocità non cambiano. Le particelle cariche si muovono nei campi magnetici con velocità costanti. Se un campo elettrico può accelerare rispetto a una particella carica, allora un campo magnetico può solo essere deflessivo, cioè cambiare solo la direzione del suo movimento.

Consideriamo le opzioni per le traiettorie di movimento delle cariche in un campo uniforme.
1. Il vettore di induzione magnetica è parallelo o antiparallelo alla velocità iniziale della particella carica. Quindi dalla formula (3.1) segue

. Di conseguenza, la particella si muoverà in modo rettilineo e uniforme lungo le linee del campo magnetico.

2. Il vettore di induzione magnetica è perpendicolare alla velocità iniziale della particella (in Fig. 3.2 il vettore di induzione magnetica è diretto oltre il piano del disegno). La seconda legge di Newton per una particella ha la forma:
.

La forza di Lorentz è di intensità costante e diretta perpendicolarmente alla velocità e al vettore dell'induzione magnetica. Ciò significa che la particella si muoverà continuamente su un piano. Inoltre, dalla seconda legge di Newton segue che l’accelerazione della particella sarà di grandezza costante e perpendicolare alla velocità. Ciò è possibile solo quando la traiettoria della particella è un cerchio e l'accelerazione della particella è centripeta. Sostituendo il valore dell'accelerazione centripeta nella seconda legge di Newton
e l'entità della forza di Lorentz
, trova il raggio del cerchio:

. (3.5)

Si noti che il periodo di rotazione di una particella non dipende dalla sua velocità:

3. In generale, il vettore di induzione magnetica può essere diretto con un certo angolo

alla velocità iniziale della particella (Fig. 3.3). Innanzitutto notiamo ancora una volta che la velocità della particella in valore assoluto rimane costante e pari al valore della velocità iniziale

. Velocità

può essere scomposto in due componenti: parallelo al vettore di induzione magnetica

e perpendicolare al vettore di induzione magnetica

È chiaro che se una particella volasse in un campo magnetico con solo un componente , allora si muoverebbe esattamente come nel caso 1 uniformemente nella direzione del vettore induzione.

Se una particella volasse in un campo magnetico con una sola componente di velocità , allora si troverebbe nelle stesse condizioni del caso 2. E, quindi, si muoverebbe lungo una circonferenza, il cui raggio è ancora una volta determinato dalla seconda legge di Newton:

Pertanto, il movimento risultante della particella è contemporaneamente un movimento uniforme lungo il vettore di induzione magnetica con una velocità e rotazione uniforme in un piano perpendicolare al vettore di induzione magnetica ad una velocità . La traiettoria di tale movimento è una linea elicoidale o spirale (vedi Fig. 3.3). Passo a spirale – la distanza percorsa dalla particella lungo il vettore induzione durante un giro:

Come si conoscono le masse delle più piccole particelle cariche (elettrone, protone, ioni)? Come riesci a “pesarli” (dopotutto non puoi metterli sulla bilancia!)? L'equazione (3.5) mostra che per determinare la massa di una particella carica, è necessario conoscere il raggio della sua traiettoria quando si muove in un campo magnetico. I raggi delle tracce delle particelle cariche più piccole vengono determinati utilizzando una camera a nebbia posta in un campo magnetico o utilizzando una camera a bolle più avanzata. Il principio del loro funzionamento è semplice. In una camera a nebbia, una particella si muove nel vapore acqueo sovrasaturo e agisce come un nucleo di condensazione del vapore. Le microgoccioline che si condensano al passaggio di una particella carica ne segnano la traiettoria. In una camera a bolle (inventata solo mezzo secolo fa dal fisico americano D. Glaser), la particella si muove in un liquido surriscaldato, cioè riscaldato al di sopra del suo punto di ebollizione. Questo stato è instabile e al passaggio della particella avviene l'ebollizione e si forma una catena di bolle lungo la sua scia. Un quadro simile si può osservare gettando un granello di sale da cucina in un bicchiere di birra: cadendo lascia una scia di sale. bolle di gas. Le camere a bolle sono gli strumenti più importanti per la registrazione delle particelle cariche più piccole, essendo, di fatto, i principali dispositivi informativi della fisica nucleare sperimentale.

Direzione delle particelle cariche. Movimento di particelle cariche in campi elettrici, magnetici e di altra forza

Identificazione basata sulla misurazione della perdita di energia specifica e dell'energia totale (metodo ΔE-E)

Identificazione basata su misurazioni di energia e tempo di volo (metodo E-t)

Identificazione mediante analisi magnetica

Combinazione di metodi di identificazione

Utilizzo della curva di Bragg per identificare le particelle

Identificazione delle particelle utilizzando una camera di ionizzazione con elettrodi perpendicolari alla traiettoria delle particelle
Spettroscopia della curva di Bragg (BCS)

PARTICELLE CARICHE.
MITO GRECO ANTICO O REALTÀ MODERNA?

NATURA FISICA DELLA FORMAZIONE DI PISTE NELLE CAMERE PER L'OSSERVAZIONE DI PARTICELLE CARICHE

MODELLO PLANETARIO DELL'ATOMO

INTERAZIONI ELETTRICHE E MAGNETICHE

CONCLUSIONE

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