Можно ли разделить атом на более мелкие частицы: Можно ли разделить атом на более мелкие частицы в ходе химической реакции?

Молекулы и атомы | Шаг за шагом

Если мы начнем дробить на мелкие кусочки какое-либо вещество, например сахар, то в итоге получим самый микроскопический кусочек этого вещества, называемый молекулой. Молекулу сахара, впрочем, как и любую другую, тоже можно разделить на составные части, но это уже будет не сахар. Для того чтобы сказанное стало несколько понятнее, представьте себя, что вам нужно город разделить на районы.

Самый маленький район, который вы сможете получить, будет один дом – «молекула» большого города. Можно, конечно, и дом разобрать на составные части: кирпичи, балки, бетонные плиты, листы кровельного железа, оконные рамы, двери. Но ведь никто не подумает сказать, что какая-нибудь из этих деталей представляет собой район города.

Подобно тому как дом состоит из отдельных деталей, молекула любого вещества образуется из еще более мелких частиц – атомов. В настоящее время известно более ста основных типов атомов, различные сочетания которых дают все многообразие окружающих нас веществ: воду и воздух, бумагу и нефть, зеленый лист дерева и кипящую сталь.

Точно так же из нескольких основных строительных материалов создаются самые различные здания: заводы, гаражи, школы, больницы, небоскребы и одноэтажные коттеджи.

Только не подумайте, что можно руками или каким-нибудь инструментом разделить вещество на отдельные молекулы и тем более на атомы. Частицы эти настолько малы, что их не только нельзя взять в руки, но даже нельзя рассмотреть с помощью самых совершенных оптических приборов. О размерах молекулы дают представление такие цифры: в одной капле воды содержится около 1 500 000 000 000 000 000 000 молекул, каждая из которых во столько же раз меньше самой капли, во сколько раз эта капля меньше Черного моря. Что же касается атомов, то они во много раз меньше молекул.

Слово «атом» означает «неделимый». Это название утвердилось тогда, когда считали, что атом уже невозможно разделить на составные части. Но жизнь, как всегда, внесла свои поправки. В начале этого столетия было установлено, что сам «неделимый» атом также является сложной системой: в центре его находится так называемое ядро, которое, в свою очередь, состоит из множества различных частиц. Вокруг атомного ядра с огромными скоростями вращаются мельчайшие частицы – электроны. Количество электронов в атоме может быть различным: в самом простом атоме – атоме водорода – вокруг ядра вращается один электрон, в атоме алюминия их уже 13, а в атоме элемента менделеевий, в одном из самых сложных атомов – 101 электрон (лист 3).

Строение и свойства вещества

Урок на тему: «Строение и свойства вещества».

Предварительная подготовка: повторить раздел о строении и свойствах вещества.

Цели: повторить понятие о малейших частицах вещества и о некоторых их свойствах; развивать эвристическое мышление; воспитывать стремление подходить к разрешению возникающих вопросов с научной точки зрения.

Оборудование:

макет молекулы, фотографии молекул, крупа, пластилин (на каждой парте), штатив, горелка, пробирка с кусочками свечи.

Тип урока: повторительно-обобщающий.

Ход урока

1.

– Давайте проведем небольшой эксперимент. Возьмем простой кусок пластилина и попробуем его разделить. Это будет возможно? (Да.)

(Учитель разделяет пластилин пополам.)

-Можно ли разделить оставшийся кусок на меньшие?.. А еще меньше?..

(Каждый раз разрезает пластилин.)

-Предположим, что мы делили наш пластилин до тех пор, пока не остался совсем маленький кусок, который разрезать ножом невозможно. Можно ли его тогда разделить на меньшие части?

(Ответы могут быть самые различные: можно продолжить резать пластилин лезвием; с помощью приспособлений, которые используют, например, ювелиры; разделять с помощью микроскопа и т. д.)

-А если предположить, что придумана аппаратура, способная делить вещества на более мелкие части. Возможно ли это будет? (Да.)

– Так что же, пластилин можно делить на части до бесконечности? Или все же наступит тот момент, когда просто не на что будет разделить?

Значит, есть какая-то частица, очень и очень маленькая, которую нельзя уже разделить.

Но она сохраняет свойства вещества. Об этой частице мы и будем сегодня говорить. Как она называется?

(Молекула.)

2.

Прежде чем мы продолжим говорить о молекулах, давайте повторим то, что вы уже изучили.

Итак. Перед вами на доске кроссворд, а на моем столе карточки с вопросами. Вызванный к доске ученик должен взять один из вопросов, зачитать его классу, вписать ответ в нужную строчку или столбик.

(см. приложение 1)

3.

А теперь давайте вернемся к нашему опыту с пластилином.

– Мы с вами решили, что вещества состоят из маленьких частиц, разделить которые невозможно. Мы доказали это или только предположили?

(Предположили.)

Такие предположения ученые называют теориями. И их не решают, а выдвигают. Итак, мы выдвинули теорию, а значит, сегодня мы с вами будем не просто учитель и ученики, а немножко ученые.. Ученые, после того как выдвинут какую-нибудь теорию. Обязательно стараются ее доказать, чтобы убедиться в том, что их предположение верно. Давайте тоже попробуем доказать нашу теорию.

– Доказать теорию можно с помощью опытов. Возьмите в руки пластилин, который лежит на ваших столах. Какова его температура по отношению к температуре ваших рук? Он холоднее, теплее или той же температуры?

(Холоднее.)

– Легко ли он мнется и делится на части? (Нет.)

– Попробуем его размять. Что происходит с температурой?

(Она увеличивается.)

– Что происходит с пластичностью?

(Пластичность увеличивается, пластилин мнется легче, его легко разорвать.)

– Теперь отложите пластилин в сторону и подумайте: смог бы пластилин разорваться, если бы он состоял из неделимого вещества? (Нет.)

– А если предположить, что пластилин состоит из мельчайших частиц? (Да.)

– И доказать это очень просто. У меня на столе крупа.

Предположим, что это очень сильно увеличенные частицы вещества. Смогу ли я разделить эту горку крупы на две части? (Да.)

– До каких пор можно делить на части крупу?

(Пока не останется одна крупинка.)

Поздравляю вас, коллеги ученые. Мы с вами доказали существование мельчайшей частицы, которую принято называть молекулой.

– Что такое молекула?

(Ответы учащихся.)

– А что мы знаем о молекулах?

(Они очень малы (в переводе с греческого «молекула» означает «маленькая масса), молекулы находятся в постоянном движении и между ними существуют промежутки, которые при нагревании увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются, молекулы одного и того же вещества одинаковы.)

4.

Попробуем провести еще один опыт. У нас на столе горелка, штатив и пробирка, в которой находится небольшой кусочек восковой свечки (показывает каждый из названных предметов). Возьмем фломастер и отметим на стенке пробирки, сколько воска в ней находится. Теперь зажгем горелку и нагреем пробирку (показывает как это делается).

– Что происходит при нагревании?

(Твердое тело превращается в жидкость, объем увеличивается)

– Почему произошло увеличение объема? Стало больше молекул?

(Нет, поскольку мы не добавляли воск в пробирку)

Так почему же объем увеличился? Попробуем решить простую логическую задачку (вызывает несколько учеников к доске и ставит их вплотную друг к другу). Сейчас эти ученики занимают какой-то объем пространства класса. Достаточно небольшой объем.

– Как сделать так, чтобы этот объем увеличился?

(Поставить их так, чтобы расстояние между учениками увеличилось)

– Предположим, что эти ученики – молекулы вещества, которое увеличило свой объем от нагревания. За счет чего произошло увеличение объема вещества?

(За счет увеличения расстояния между молекулами)

– А если вещество охладить? Как нужно будет в этом случае поставить молекулы?

(Ученики вновь должны встать вплотную друг к другу)

– Какой вывод мы можем из этого сделать?

(Между молекулами существуют промежутки, которые при нагревании увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются)

5.

В настоящее время существуют электронные микроскопы, позволившие увидеть и сфотографировать крупнейшие из молекул.

(Демонстрация фотографий молекул, показ макета молекулы.)

– Как вы думаете, почему молекула здесь представлена не одним, а несколькими шариками?

(Она состоит из более мелких частиц.)

– Молекулу тоже можно разделить. И она будет состоять из еще более мелких частиц, которые называются атомы. Как вы думаете, неделимы ли атомы?

???

Оказывается, и они состоят из частиц. Строение атома очень напоминает строение Солнечной системы. В центре находится ядро, вокруг него движутся, как по орбите, электроны.

(Учитель зарисовывает на доске схематическое изображение атома или показывает фотографии.)

6.

– Как вы думаете, почему мы с вами весь урок говорим о том, что вещества состоят именно из молекул, а не из атомов или не из ядер и электронов? Попробуем ответить на этот вопрос, прибегнув к аналогии. Наш класс освещается. Система искусственного освещения класса из чего состоит?

(Из отдельных ламп.)

– Но ведь лампы тоже из чего-то состоят. Они не являются неделимыми, их легко можно разобрать. Однако, если вдруг нам захочется разобрать лампы на составляющие их детали, сохранится ли система освещения?

(Нет, детали светить не смогут.)

То же самое и с частями вещества. Вещество состоит из молекул. Но если нам вдруг удастся разделить молекулы на атомы, то мы получим два или несколько совершенно новых веществ, а прежнее вещество просто перестанет существовать. Т. е., молекула – это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.

Подведение итогов урока.

Итак, наш урок заканчивается. На нем мы выдвигали теории, ставили опыты, доказывали теории с помощью логических рассуждений.

– Прежде чем сложить с себя обязанности ученых, давайте еще раз повторим все те выводы, которые были нами доказаны.

• Наименьшая частица вещества – молекула.

• Она очень мала.

• Молекулы одного вещества одинаковы.

• Между ними есть промежутки.

• Промежутки могут увеличиваться и уменьшаться.

• Молекулы делятся на атомы, которые в свою очередь состоят из ядра и электронов.

Домашнее задание.

Используя знания о молекулах, ответить на вопрос: как можно объяснить растворение сахара в воде?

Мелкие частицы – Справочник химика 21

    В суспензиях и эмульсиях всегда содержатся частицы различных размеров. Обычно расчет ведут для частиц меньшего размера, так как если создать условия для осаждения мелких частиц, то для осаждения крупных частиц условия будут заведомо достаточны. [c.26]

    Как и другие взрывчатые вещества, аммиачная селитра инициируется тем легче, чем меньше насыпная масса. Легче воспламеняются мелкие частицы, чем крупные, так как имеют большую поверхность горения. [c.47]

    Установки каталитического крекинга. Реакции, протекающие при каталитическом крекинге нефтяного сырья, в основном аналогичны реакциям, протекающим при термическом крекинге. Однако применение катализаторов, ускоряющих химическую реакцию, существенно изменяет характер процесса. Широкое распространение получили два типа установок в которых каталитический крекинг сырья и регенерация катализатора осуществляются в сплошном, медленно опускающемся слое катализатора, состоящего из шариков диаметром 3—5 мм, и в которых процесс каталитического крекинга и регенерация катализатора протекают в кипящем (псевдоожиженном) слое пылевидного катализатора. К основному оборудованию установок каталитического крекинга относят реакторы, в которых контактируют пары сырья с катализатором регенераторы, в которых происходит восстановление катализатора, и пневмотранспорт, предназначенный для перемещения катализатора из регенератора в реактор и из реактора в регенератор. В пневмотранспорт входят воздуходувки, тонки под давлением для нагрева воздуха, загрузочные устройства (дозеры), стволы пневмоподъемников, сепараторы с циклонами, устройство для удаления крошки, мелких частиц, воздуховоды и катализаторопроводы. Каталитический крекинг нефтяного сырья ведут при давлении 50—150 кПа и температуре 450—500 °С. [c.82]

    Рассмотрим движение мелкой частицы, диаметр которой лежит в пределах применимости закона Стокса. Такая частица тонет в жидкости под действием силы тяжести со скоростью [c.46]

    В некоторых условиях частицы широкого гранулометрического состава могут высыпаться из бункера весьма неравномерно. Это происходит вследствие того, что мелкие частицы задерживаются непосредственно над точкой высыпания, тогда как более крупные частицы скатываются вниз по наклонной плоскости и скапливаются у периферии (рис. 43, 1). Такая сепарация имеет место при наполнении аппарата. [c.66]

    При выгрузке (рис. 43, 2) в первую очередь будут высыпаться более мелкие частицы, затем — смесь крупных и мелких частиц в различных соотношениях и в конце выгрузки из бункера будет высыпаться материал, состоящий почти из одних крупных частиц (рис. 43, 3). [c.66]

    После того как стало очевидно, что атом состоит из более мелких частиц, которые произвольно перегруппировываются при радиоактивных преобразованиях, следующий шаг казался почти предопределенным. [c.170]

    Атом состоит из маленького ядра (которое содержит большое число еще более мелких частиц) в центре и от одного до сотни электронов, распределенных по всему остальному объему атома. Иногда атом (или группа атомов) отщепляется от молекулы, оставляя ей один или несколько электронов. Таким атомам, конечно, этих электронов не хватает, а у оставшейся части молекулы они оказы- [c.109]

    Определение коэффициентов тепло- и массообмена при очень малых критериях Рейнольдса имеет значение для расчетов процессов хроматографии, адсорбции и катализа с использованием мелких частиц. В последние годы предпринимались попытки уточнить противоречивые данные в этой области. В работе [116] найдено, что в условиях опытов можно пренебречь влиянием продольной диффузии в слое и внутренним сопротивлением частиц. В работе [117] сопротивление диффузии в пористых частицах оценивалось по данным других исследователей и в интервале Кеэ = 3—100 получено постоянное значение = = 8,33. Несмотря на сходство методик проведения опытов [c.160]

    В реактивном топливе, если рассматривать его под микроскопом, можно обнаружить многочисленные твердые частички. В одном кубическом миллиметре топлива таких частиц содержится несколько тысяч штук, причем, чем меньше размер частиц, тем больше их количество. Достоверно установлено, что при транспортировке и хранении топлива как с доступом воздуха, так и в герметичных резервуарах количество частиц микрозагрязнений возрастает. Рост количества микрозагрязнений происходит не только за счет внешних загрязнений, но и за счет процессов, протекающих в топливе. Мелкие частицы (до 5 мк) могут находиться во взвешенном состоянии весьма длительное время, а частицы размерами более 5 мк постепенно переходят в отстой или оседают на стенах резервуара. Таким образом, при хранении в топливе непрерывно идут процессы накопления и выпадения в виде твердой фазы микрозагрязнений. [c.44]

    Явная критика при штурме запрещена, критикуют без слов пожимают плечами, покачивают головой, пренебрежительно улыбаются… Все это можно запретить, но тогда неприятие чужой идеи выражают, выдвигая свою идею. Такую критику запретить труднее свободное высказывание идей — основа мозгового штурма. Я проводил мозговые штурмы с запретом всякой критики не разрешалось обрывать развивающиеся цепи идей — каждую идею надо было доводить до логического завершения. А если разделить корабль на две части .. Предлагаю делить на много частей корабль из блоков… Корабль из мелких частиц… Из отдельных атомов… При такой организации эффективность [c.27]

    Другие проблемы возникают при исследовании реакторов с неподвижным слоем мелких частиц катализатора. Профиль скоростей становится при этом более однородным, однако вследствие нерегулярности упаковки слоя возможно образование каналов со сравнительно высокой скоростью потока. В то же время обтекание потоком твердых частиц приводит к довольно интенсивному поперечному и некоторому продольному перемешиванию потока. Дополнительно к проблемам теплопередачи через стенку трубы в этом случае возникают проблемы, связанные с переносом тепла от потока к поверхности твердых частиц и внутри зерен катализатора (см. главу VI). Здесь мы будем предполагать, что имеется квазигомогенное кинетическое выражение для скорости реакции, отнесенной к единице объема реактора, которым можно пользоваться при расчетах. [c.255]

    В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем, что повышает эффективность про цесса. Однако слишком мелкие частицы адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц адсорбента. [c.274]

    Влияние мелких абразивных частиц на изнашивание. Если размер частиц не превышает 5 мкм, то они, имея большую развитую поверхность, адсорбируют на себе продукты окисления масла, что может снизить интенсивность изнашивания деталей. Мелкие частицы выполняют функции противоизносных и антифрикционных присадок, препятствуя непосредственному контакту поверхностей трения. [c.53]

    Пылевые камеры служат для удаления крупных частиц размером 50 мкм и более. Улавливание мелких частиц в таких камерах возможно лишь в том случае, если длина ее в 10—12 раз превышает высоту. Работа пылевых камер характеризуется отсутствием турбулентного режима движения потока (ламинарностью), равномерностью распределения поступающего воздуха по всему сечению входного отверстия, низкими скоростями в камере. [c.277]

    Высококипящие же дистилляты, а также очищенные остаточные продукты при монокристаллическом протекании процесса кристаллизации дают слишком мелкие частицы твердой фазы, и фильтрация таких продуктов оказывается совершенно неэффективной и даже практически невозможной. Такие продукты удается отфильтровывать только в тех случаях, когда их кристаллизация осуществляется в дендритной илп агрегатной форме. В этих случаях образующиеся частицы парафина могут приобрести размеры достаточно крупные, чтобы их можно было эффективно отделять путем фильтрации. [c.125]

    Интересно проследить возникновение и образование нерастворимых осадков Б присутствии меркаптанов — наиболее активных сернистых соединений. После часового нагревания гидрированного топлива ТС-1 с добавкой 0,01% вторичного октил-меркаптана образовались мелкие частицы, которые имели ярко выраженную тенденцию к коагуляции. Процесс коагуляции [c.77]

    На многих установках и особенно тех, где крекинг осуществляется в слое пылевидного катализатора, тяжелый газойль смешивается со свежим сырьем также с целью возврата в реактор мелких частиц катализатора, заносимых в ректификационную колонну потоком продуктов реакции.  [c.77]

    Продукты сгорания кокса вместе с увлекаемой ими пылью и мелкими частицами катализатора поступают из регенератора в циклонные сепараторы. Из последних газы выходят через дымовую трубу в атмосферу. Катализаторная мелочь выводится снизу циклонов в сборник. [c.92]

    Отличительной особенностью данной системы крекинга является то, что здесь процесс превращения углеводородов осуществляется в слое мелких частиц твердого катализатора, энергично и непрерывно перемешиваемых в реакторе восходящим потоком паров сырья и продуктов реакции. Регенерация катализатора проводится в отдельном аппарате, но также в слое взвешенных в газовом потоке частиц катализатора. [c.122]

    Катализатор каждой фракции, за исключением самой мелкой (частицы размером меньше 2 мм), разбирают вручную для определения количества целых и битых шариков. Отобранные целые шарики и бракованные отдельно взвешивают и подсчитывают их процентное содержание в катализаторе.  [c.167]

    Гетерогенные системы, в которых в одном веществе (среде) распределено (диспергировано) в виде очень мелких частиц другое вещество, называются дисперсными. Дисперсионная среда бывает газовой, жидкой, твердой. В различных агрегатных состояниях может находтъся и диспергированное вещество. [c.125]

    Гранулометрический состав циркулирующего на крекинг-уста-новке равновесного катализатора отличается от фракционного состава свежего катализатора. Зерна его подвергаются истиранию, а непрочные разрушаются. Вместе с тем часть мелких частиц пылевидного катализатора спекается, образуя укрупненные зерна. [c.45]

    Лабораторные испытания показали, что при значительном содержании мелких частиц (85 % размером менее 40 микрон) и средних скоростях газа наблюдается канальный проскок газа, а при слишком большом содержании крупных частиц — пузырчатый проскок газа. Устойчивое псевдоожижение достигается при достаточно высоких скоростях газа и применении катализатора сравнительно пшрокого гранулометрического состава, преимущественно о размерами зерен 30—90 микрон. Однако с увеличением скорости газа значительно возрастает унос катализатора из слоя [1691. [c.145]

    Мелкие частицы катализатора, не извлеченные в циклонах, заносятся в колонну, где они отмываются циркулирующим тяжелым каталитическим газойлем, и дальше поступают в отстойник 11. Отсюда осадок (шлам), захватываемый ответвленной струей сырья, возвращается по трубопроводам 12 ж 6 в реактор. Отстоенный от катализатора тяжелый газойль выводится, как и другие продукты колонны, с установки. Для ускорения осаждения частиц катализатора отстой их проводится при повышенной температуре, в то время как осадок транспортируется из отстойника 11 холодной, более вязкой жидкостью. [c.256]

    Продукты сгорания выходящие через внутренние циклоны 21 регенератора, охлаждаются в паровом котле-утилизаторе 22, проходят электроосадитель 23 и затем выпускаются через дымовую трубу в атмосферу. Перед электроосадителем в поток газов регенерации впрыскивается вода (в линию 2i) или вводится контролируемое количество водяного пара. Извлеченные в электроосадителе мелкие частицы катализатора возвращаются в регенератор струей воздуха по линии пневмотранспорта 25. [c.256]

    С увеличением скорости газов осаждение частиц затрудняется и возрастает нагрузка циклонов. Вместе с тем поступающие в циклоны в большом количестве крупные частицы катализатора способствуют улавливанию мелких частиц (эффект массового действия легко улавливаемых в циклонах крупных частиц на мелкие). [c.265]

    Для большинства философов (и особенно для Аристотеля) понятие о материальной частице, которую нельзя расщепить на болег мелкие частицы, казалось настолько парадоксальным, что никто из них не мог его принять. Атомистическая теория оставалась не популярной в течение двух тысячелетий после Демокрита, о ней почти никто не вспоминал. [c.17]

    Когда Левкипп и его ученик Демокрит впервые ввели понятие атом (см. гл. 2), они представляли себе его как конечную неделимую частицу вещества. Более двух тысячелетий спустя Дальтон поддержал эту точку зрения (см. гл. 5). Согласно такому определению, атом не должен иметь внутренней структуры. Ведь если какой-то атом можно разделить на более мелкие частицы, то истинными атомами будут именно эти частицы. [c.145]

    В Тексасе, США, для работы по этому методу построена крупная промышленная установка. Синтез-гаа получают частичным сжиганием природного газа под давлением 21 ат ъ двух футерованных огнеупором реакторах объемом по 56 м . Два реактора объемом по 170 лг рассчитаны на получение примерно 1100 продуктов синтеза в сутки, что соответствует удельной производительности реакционного объема около ПО кг/час продуктов синтеза в расчете на полный объем реактора. Аналогичная установка работает в Хьюготоне (Канзас, США) [62]. Синтез ведут на бензиновом режиме, образование парафина должно быть подавлено, так как иначе легко происходит агрегирование или склеивание мелких частиц катализатора. [c.122]

    До сих пор мы говорили о физических эффектах. Но в изобретательстве важное значение имеют и химические эффекты и приемы. Один из них решает задачу 9.6 множество мелких частиц гидроокиси надо закрепить на большой полимерной молекуле- (а. с. 412150). Противоречие преодолено Частицы гидроокиси остаются мелкими и сохраняют большую суммарную поверхность, необходимую для сорбции. А группа частиц, закрепленная на полимерной молекуле, становится достаточно большой и потому удобной для отлавливания после очистки воды. Знакомые, в общем, механизмы переход к полисистеме, разделение противоречивых свойств между системой и ее элементами. Но все происходит на химическом (молекулярном) уровне и с участием чисто химического фактора — способности полимерной молекулы удерживать мономолекулы гидроокиси, не снижая их сорбционных свойств. [c.166]

    Поверхность частиц первой группы можно найтк по приближенным геометрическим зависимостям с предварительным обмером линейных размеров частиц по главным осям. Так, Вилли и Грегори [26 определяли размеры сфероидальных частиц с номинальным диаметром 0,279 и 0,127 мм обмером под микроскопом и с помощью проектора, а также методом измерения длин отрезков зерен, пересекаемых бросаемой на шлиф стальной иглой. Результаты измерений усреднялись по данным 200— 600 опытов. Для более мелких частиц с номинальным диаметром 0,028 мм удельную поверхность Оо измеряли по адсорбции азота. Полученные различными методами значения oq совпадали как друг с другом, так и с ао, определенной по перепаду давления из соотношения (П. 55) при Ki = 4,8 с точностью 5%. [c.57]

    Благодаря контактированию нефти с водой и с расстворенным в ней деэмульгатором достигается более полное удаление воды и солей. Крупные частицы воды выпадают из нефти по пути к электродам на них воздействует относительно слабое поле, создаваемое между нижним электродом и зеркалом воды. В зону сильного поля между электродами попадает нефть со сравнительно мелкими частицами воды, не успевшими выделиться из нефти и нуждающимися в воздействии электрического поля большой напряженности. [c.19]

    Более мелкие частицы (от 30—50 мкм) можно выделить из газового потока под действием инерционных сил при измсие-иии направления движения газового потока с помощью жалю-зийных пластин. Жалюзийный пылеуловитель (рис. 6) состоит [c.41]

    Значительное количество воздуха давлением 0,2—1,6 ати расходуется на регенерацию н пневмотранспорт катализатора, на осуществление непрерывной циркуляции его в пределах крекинг-установки. Кроме того, на многих установках воздух используют для отвеивания катализатора от мелких частиц и загрузки свежего катализатора из хранилища в регенератор или систему пневмоподъема. [c.12]

    Пыль и слишком мелкие частицы должны выводиться из системы, так как их накопление в циркулирующей массе увеличивает гидравлическое сопротивление слоев катализатора и сопря-жено с чрезмерным уносом катализаторной кроппш потоком продуктов крекинга в ректификационную колонну, а газами регенерации в дымоходы. [c.45]

    Крекинг-установки с циркулирующими пылевидным и микросферическим катализаторами широко распространены в нефтеперерабатывающей промышленности. Их отличительной особенностью, -является то, что на таких установках процессы крекинга и реге- ыерации осуществляются в слое взвешенных мелких частиц ката- [c. 139]

    Латинское слово Пш(1из означает текучий. Термин флюид широко срименяе чя для наименования процесса крекинга, проводимого в псевдо-слое мелких частиц твердого катализатора. [c.139]

    Для систем крекинга с опускающимся сплошным слоем крупнозернистого катализатора харэктерпы величины N от 1,8 до 6,5,. а для систем крекинга, где пропесс осущесгвляется в псевдоожиженном слое мелких частиц катализатора, от 7 до 14, считая на весовое количество подаваемого в реактор свежего сырья. [c.199]

---

объясните пятикласснику, что такое протон, электрон и другие частицы, что они делают и зачем нужны?

Дам свой вариант ответа.

Протон, электрон и другие частицы – это очень-очень-оооочень маленькие частицы. Можно представлять их, например, как круглые пылинки (хотя это будет не совсем точно, но это лучше, чем вообще никак). Такие маленькие, что невозможно просто так рассмотреть одну такую пылинку. Всё вещество, всё что мы видим, всё что можем потрогать – совершенно всё состоит из этих частиц. Земля состоит из них, воздух из них, Солнце из них, человек из них.

Люди всегда хотели разобраться, как весь мир устроен. Из чего он состоит. Вот у нас есть горстка песка. Очевидно, что песок состоит из песчинок. А из чего состоит песчинка? Песчинка – это прочно слипшийся комочек, очень маленький камешек. Оказалось, что песчинку можно разделить на части. А если эти части ещё раз разделить на более мелкие части? А потом ещё раз? Можно ли, в конце-концов, найти что-такое, что уже нельзя будет разделить?

Люди, действительно, обнаружили, что в конечном счёте всё состоит из “пылинок”, которые уже нельзя просто так разделить. Эти пылинки назвали “молекулами”. Есть молекула воды, есть молекула кварца (кстати, песок, в основном, состоит из кварца), есть молекула соли (той, которую мы едим) и очень много разных других молекул.

Если же попытаться разделить, например, молекулу воды на части, то окажется, что составляющие части ведут себя уже совсем не как вода. Люди назвали эти части “атомами”. Оказалось, что вода всегда разделяется на 3 атома. При этом 1 атом – это кислород, а другие 2 атома – это водород (их в воде 2 штуки). Если соединить любой атом кислорода с любыми 2 атомами водорода – опять будет вода.

При этом из кислорода и водорода можно кроме воды сделать и другие молекулы. Например, 2 атома кислорода легко соединяются друг с другом в такой “двойной кислород” (называется “молекула кислорода”). Такого кислорода очень много в нашем воздухе, мы им дышим, он нам нужен для жизни.

То есть оказалось, что у молекул есть “части”, которые должны работать вместе, чтобы получился нужный результат. Это, например, как игрушечная машинка. У машинки, допустим, должна быть кабина и 4 колеса. Только когда они все вместе собраны – это машинка. Если же чего-то не хватает, то это уже не машинка. Если же вместо колёс поставить гусеницы – то будет вообще не машина, а танк (ну почти). Так и с молекулами. Чтобы была вода, она обязательно должна состоять из 1 кислорода и 2 водорода. Но по отдельности – это не вода.

Когда люди поняли, что все молекулы состоят из разного набора атомов, это людей обрадовало. Поизучав атомы, люди увидели, что в природе существует всего лишь около 100 разных атомов. То есть, люди узнали что-то новое о мире. Что всё-всё, что мы видим – это всего лишь 100 разных атомов. Но из-за того, что они соединены по разному, получается огромное разнообразие молекул (миллионы, миллиарды и даже больше разных молекул).

А что дальше?

Можно ли взять и разделить какой-нибудь атом? Теми средствами, которые существовали в средневековье, разделить атом было невозможно. Поэтому какое-то время считалось, что атом разделить нельзя. Считалась, что “атомы” – это самые маленькие частицы, из которых состоит весь мир.

Однако, в итоге, атом разделить удалось. И обнаружилось (самое чудесное), что с атомами та же ситуация. Оказалось, что все 100 (их немного больше 100, на самом деле) разных атомов распадаются на всего лишь 3 разных вида частиц. Всего 3! Оказалось, что все атомы – это набор из “протонов”, “нейтронов” и “электронов”, которые соединены в атоме определённым образом. Разное количество этих частиц, будучи соединёнными вместе, дают разные атомы.

Есть чему радоваться: человечество докопалось до понимания, что всё-всё многообразие мира – это всего лишь 3 элементарные частицы.

А можно ли разделить какую-нибудь элементарную частицу? Например, можно ли разделить протон? Сейчас считается, что частицы (например, протон) тоже состоят из частей, которые назвали “кварки”. Но, насколько я знаю, до сих пор ни разу не удалось отделить “кварк” от частицы, чтобы “посмотреть”, что же это такое, когда оно находится отдельно, само по себе (а не в составе частицы). Похоже, что кварки не могут (или же очень не хотят) существовать иначе, кроме как внутри частицы.

Так что на данный момент протон, нейтрон и электрон – это самые маленькие части нашего мира, которые могут существовать отдельно, и из которых всё состоит. Это действительно, впечатляет.

Правда, радость длилась не очень долго. Потому что оказалось, что кроме протона, нейтрона и электрона существует множество других разновидностей частиц. Однако, в природе они почти никогда не встречаются. Не замечено, чтобы что-то большое в природе было построено из иных частиц, нежели чем протон, нейтрон и электрон. Но известно, что эти другие частицы можно получить искусственно, если несколько частиц разогнать до умопомрачительных скоростей (около миллиарда километров в час) и стукнуть ими по другим частицам.

Об устройстве атома.

Теперь можно немножко поговорить об атоме и его частицах (протонах, нейтронах, электронах).

Чем отличаются разные частицы? Протон и нейтрон – тяжёлые. А электрон – лёгкий. Конечно, поскольку все частицы очень маленькие – они все очень лёгкие. Но электрон, если не ошибаюсь, в тысячу раз легче, чем протон или нейтрон. А протон и нейтрон зато очень похожи по массе. Почти точь в точь (с чего бы? может быть, это не случайно?).

Протоны и нейтроны в атоме всегда соединяются вместе и образуют этакий “шарик”, который называют “ядром”. А вот электронов в ядре никогда не бывает. Вместо этого электроны вращаются вокруг ядра. Для наглядности часто говорят, что электроны вращаются вокруг ядра “как планеты вокруг Солнца”. На самом деле, это не совсем так. Это примерно настолько же правда, насколько детский мультик похож на реальную жизнь. Вроде бы почти одинаково, но в реальности всё гораздо сложнее и непонятнее. В общем, 5-класснику полезно будет представить что электроны “летают вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца”. А потом где-нибудь в 7-9 классе можно будет прочитать про чудеса квантового микро-мира. Там ещё более чудесные чудеса, чем в Алисе в Стране Чудес. В том смысле, что там (на уровне атомов) всё происходит не так, как мы привыкли.

Также несколько электронов можно отделить от атома без очень уж больших усилий. Тогда получится атом без нескольких электронов. Эти электроны (их тогда называют “свободные электроны”) будут летать сами по себе. Кстати, если взять много свободных электронов – получится электричество, с помощью которого в 21-м веке работает почти всё классное :).

Итак, протоны и нейтроны – тяжёлые. Электрон – лёгкий. Протоны и нейтроны – в ядре. Электроны – крутятся вокруг или же летают где-то сами по себе (обычно, немного полетав, они прицепляются к другим атомам).

А чем протон отличается от нейтрона? В целом они очень похожи, за исключением одной важной штуки. Протон имеет зяряд. А нейтрон – не имеет. Электрон, кстати, тоже имеет заряд, но другого типа…

А что такое “заряд”? Ну… Я думаю, что на этом вопросе нам лучше остановиться, потому что нужно же где-то остановиться.

Если ты захочешь узнать подробности, пиши, я отвечу. А пока что, я думаю, и этой информации на первый раз очень много.

физик Дмитрий Побединский отвечает на 7 жизненных вопросов — T&P

Каждую неделю «Теории и практики» публикуют фрагменты из научпоп-изданий, которые попали в этом году в длинный список премии «Просветитель». В книге «Чердак. Только физика, только хардкор!» физик и видеоблогер Дмитрий Побединский объясняет, как все устроено, и отвечает на вопросы, которые многих ставят в тупик.

Как нас отражает зеркало; что внутри человека; почему ток может убить; как так вышло, что небо голубое, и каким образом разгоняют тучи — T&P выбрали несколько насущных.

Почему зеркало меняет левую и правую стороны, а верх и низ — нет?

Обычное плоское зеркало среди всех направлений выделяет именно вертикальное. И дело не в том, что у нас два глаза, ведь когда вы смотрите одним глазом в зеркало, эффект тот же. Дело не в фундаментальном устройстве нашего мира. Дело даже не в зеркале, оно же просто отражает объекты перед ним! Все намного проще. Вы, возможно, удивитесь, но виной всему гравитация.

В нашем мозгу есть прочное понимание того, где верх, а где низ, так как мы всю свою жизнь, с рождения, ощущаем гравитацию. Для нашего сознания есть выделенное направление, вертикальное. И когда человек пытается сравнить себя со своим отражением, что он делает? Он мысленно перемещает себя за зеркало, при этом сохраняя свою ориентацию относительно вертикальной оси. Ведь у отражения гравитация должна действовать так же. Поэтому левая и правая стороны меняются, а верх и низ — нет.

Но можно мысленно передвинуть себя за зеркало по-другому, вращая вокруг горизонтальной оси. Тогда поменяются местами верх и низ, а лево и право останутся на своих местах. Так что все зависит только от нашего восприятия, а само зеркало тут ни при чем.

Почему животные симметричны?

Приблизительно 75000 человек на Земле обладают зеркальным расположением внутренних органов — сердце у них располагается справа, а печень слева. Это называется транспозицией внутренних органов, объясняется разными факторами, не передается по наследству и никак не мешает жизни этих людей.

Как видите, природа может запросто отразить нас, словно в зеркале, и ничего особо не поменяется. Ну, а внешне и отражать ничего не надо, ведь люди, как и почти все остальные животные, обладают практически идеальной внешней зеркальной симметрией. Ее еще называют билатеральной.

Но зачем нужна эта симметрия? Действительно, у высших животных все органы обладают узкой специализацией: руки, ноги, голова, хвост — все они выполняют разные функции. Отсюда понятно, что верхняя и нижняя, передняя и задняя части туловища должны отличаться. Однако, несмотря на все это, левая и правая стороны тела абсолютно идентичны, как будто природа забыла придумать, с чем будет лучше справляться левая сторона, а с чем — правая. Или дело в другом?

Эволюция симметрии

Ответ довольно прост. Билатеральная симметрия — это, можно сказать, рудимент, особенность, которая передалась нам от наших предков, но при этом не мешала дальнейшей эволюции и осталась, хотя особо сильно мы в ней не нуждаемся.

Давайте перенесемся на 4 миллиарда лет назад. На заре возникновения жизни на Земле, когда все живые организмы были еще одноклеточными, самой идеальной формой для них был шар. Это диктовалось тем, что взаимодействовать с окружающей средой им приходилось во всех направлениях, ни одно из которых особо не выделялось, отсюда и такая форма. То есть тела были сферически симметричны: как их ни поворачивай, они похожи сами на себя. К тому же шар, при заданном объеме, обладает минимальной площадью поверхности, что достаточно экономно и практично.

Но в процессе эволюции организмы усложнялись и увеличивали свою массу. И вот тут вступила в действие гравитация! Из-за нее у живых существ появилась асимметрия по направлению верх—низ. Сверху теперь располагались преимущественно органы чувств, рот. Внизу — средства передвижения. Но осталась симметрия по окружности — радиальная. Можно было вращать тело вокруг вертикальной оси, и ничего не менялось.

Следующий виток эволюции начался, когда организмы поняли, что неплохо было бы перемещаться. Например, чтобы есть друг друга. Тогда появились хищники и жертвы. Тем и другим понадобились скорость и внимание: одним — чтобы догонять, другим — чтобы убегать. Так и появилась асимметрия по направлению перед—зад. Спереди расположились органы восприятия, мозги, рот — в общем, самое важное. Сзади — все остальное.

А вот симметрию между левой и правой сторонами эволюция не затронула. Эта симметрия эволюции никак не мешала, наоборот, она дублировала некоторые органы, и это было даже полезно. Например, два уха нужно, чтобы по задержке сигнала определять, откуда пришел звук. Два глаза необходимо для бинокулярного, объемного зрения. Даже ноздрей нужно две! Хотя, казалось бы, мы можем обойтись и одной. Дело в том, что почти всегда воздух через одну ноздрю движется медленней, чем через другую. Благодаря этому мы можем почувствовать запахи, которым для восприятия нами требуется немного больше времени, чем обычно. Таким образом, две ноздри расширяют диапазон доступных нам ароматов.

Что касается асимметрии внутренних органов, то она появилась из-за их чрезмерного усложнения. Заметьте, это проявляется только в пищеварительной системе — вы только представьте, что вы едите! Для переваривания всего этого нужен целый парк органов! И это чудо, что они хоть как-то поместились в организме, пусть даже несимметрично. И в кровеносной системе то же: сердце смещено из-за возникновения второго круга кровообращения. Если посмотреть на животных попроще (червяков, насекомых, рыб), то мы увидим, что у них внутренние органы абсолютно симметричны.

Другие виды симметрии

Кстати, и другие виды симметрии в природе тоже продиктованы взаимодействием с окружающей средой.

Существует, например, радиальная симметрия, когда тело, повернутое вокруг определенной оси на некий угол, повторяет само себя. Такой симметрией обладают морские звезды, большинство цветов, деревья. Как правило, продиктована она тем же — специализацией по одному направлению (верх—низ), так как по остальным направлениям взаимодействие с окружающей средой абсолютно одинаково. Цветы, которые растут просто вверх, радиально симметричны, а растущие вбок (орхидея, львиный зев) теряют симметрию перед—зад и становятся только зеркально симметричны. Листья, как правило, растут вбок, им радиальная симметрия не нужна, поэтому они симметричны только зеркально.

Конечно, здесь бывают исключения. Но, как говорит великий Шерлок Холмс, это исключения, но только подтверждающие правило! Например, манящий краб, камбала.

Раз мы говорим о симметрии, надо обсудить пчелиные соты. Они кажутся парадоксальным явлением, каким-то чудом природы. Действительно, как пчелам интуитивно удается создать такие стройные ряды одинаковых шестиугольников? Человек не может нормально шестиугольник нарисовать, а тут пчелы! Да и почему соты шестиугольные, а не квадратные, например?

Соты необходимы для хранения меда, яиц, куколок. Их нужно много, они должны быть одинаковы и просты. Существует не так много фигур, которыми можно замостить некую площадь без зазоров, а именно три: треугольник, квадрат и шестиугольник. И вот тут кроется главный секрет. Если взять три этих фигуры одинаковой площади, то наименьший периметр будет у шестиугольника! Значит, при построении именно шестиугольных сот строительного материала на них будет уходить максимально мало. Так что шестиугольность сот — результат хладнокровной оптимизации, достигнутый в процессе эволюции.

А как обстоят дела с симметрией в неживой природе? Возьмем снежинки. Это тот же самый снег, маленький кусочек льда, но какой удивительной формы, и каждый раз неповторимой! Снежинка образуется так. На начальном этапе молекулы воды соединяются друг с другом по три штуки и образуют шестиугольник. Потом на края шестиугольника начинают нарастать еще слои льда, причем со всех сторон одинаково. Правда, этот процесс роста идет с разной скоростью, то быстрее, то медленее. Поэтому и снежинки всегда получаются разными и двух абсолютно одинаковых вы не найдете.

Да и вообще, в неживой природе практически всегда так: если есть симметрия, то, скорей всего, из-за симметричности кристаллической решетки.

Человек на 90% состоит из пустоты?

Из чего состоит человек? Конечно, он состоит из молекул, атомов, протонов, нейтронов, электронов, кварков. Но эти объекты скомпонованы не вплотную друг к другу и между ними есть какое-то пространство. Давайте посчитаем, сколько процентов от объема человека занимают эти пустоты.

Для упрощения будем считать, что все атомы в человеке являются шариками. Тогда, если мы будем выкладывать их слой за слоем, мы можем добиться достаточно плотной, так называемой гранецентрированной кубической упаковки шаров. В таком случае шары заполняют чуть больше, чем 74% пространства, а остальные почти 26% ничем не заполнены. Доказано, что это одна из самых плотных упаковок, поэтому даже в теории человек не может полностью состоять из вещества, и в нем обязательно есть пустота.

Но скорее всего, в человеке атомы не так плотно упакованы, а может быть, даже перекрываются. Поэтому давайте посчитаем по-другому. Мы достаточно точно знаем химический состав человека: это кислород, углерод, водород и т.д. Зная это, мы можем посчитать количество атомов в теле человека. И если это количество умножить на объем этих атомов, то тогда их суммарный объем будет в 10 раз меньше, чем объем тела человека. Получается, что атомы заполняют только лишь 10% человека. Только представьте себе! Посмотрите, например, на свои руки: 90% того, что вы видите, ничем не заполнено.

Но тут возникает несколько вопросов. Во-первых, как атомы могут держаться вместе и не разваливаться, если между ними такие большие расстояния? Конечно, между ними нет никаких палочек, как показывают на картинках в учебнике химии. Атомы действительно висят в пространстве и удерживаются благодаря электростатическим силам притяжения. Это отчасти похоже на неокуб, в котором шарики удерживаются магнитными силами. Только между атомами сила электрическая.

И во-вторых, почему мы не видим промежутки, раз мы настолько пустые? Дело в том, что видимый свет — это электромагнитная волна, размеры которой намного больше, чем расстояние между атомами. В таком случае она не проходит насквозь, а отражается. Но есть электромагнитные волны с маленьким размером — это рентген, гамма-лучи, и вот такие волны могут пронизывать человека насквозь.

Но что происходит внутри атомов? Может быть, там тоже есть пустота? Действительно, атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. И размер ядра в тысячи раз меньше, чем размеры атомов. Если бы оно было размером с яблоко, то сам атом был бы размером со стадион. А электроны — они легкие и маленькие, и, как пылинки, вращаются вокруг ядра. И получается, что атом по большей части пустой.

Но и тут не так все просто. Электрон в атоме нельзя представлять как шарик. Это квантовый объект, местоположение которого невозможно определить. Поэтому, по современным представлениям, электрон расплывается по атому и представляет собой некое электронное облако (причем порой самой причудливой формы), которое заполняет пространство вокруг ядра. Можно сказать, что ядро окружено облаком вероятности найти там электрон. Так что можно считать, что в атоме абсолютной пустоты нет.

Осталось рассмотреть только ядро: что происходит внутри него? Ядро состоит из протонов и нейтронов, а вот они, в свою очередь, состоят из кварков. Несмотря на то, что эти частицы очень-очень маленькие, между ними действует колоссальная сила в 150 000 Ньютонов. Это вес 15-тонного груза. Нет, вы только представьте: на 1 протон можно повесить 15 тонн! Но самое необычное вот в чем. Если мы захотим разорвать протон, возьмемся за два кварка и начнем их растягивать, то сила притяжения между ними будет только увеличиваться. Между кварками существует некая струна, которая в какой-то момент разрывается, и из пространства образуются еще два кварка, которые притягиваются к тем, которые у нас в руках. В итоге в одной руке у нас останется протон, а в другой руке будет мезон. Но как бы мы ни старались, у нас не получится сделать так, чтобы в руке остался только один кварк. Это явление называется конфайнмент. Оно означает, что кварки заперты в своих частицах и их вообще никак невозможно разделить.

Стоп, а откуда же берутся новые кварки? Из вакуума, что ли? Да, действительно, оказывается, вакуум наполнен виртуальными частицами, которые то рождаются, то исчезают. Это называется нулевыми колебаниями вакуума. И вы только представьте: оказывается, истинной пустоты нигде нет. Все заполнено виртуальными частицами. То есть получается, что на 90% человек состоит не из пустоты, а из виртуальных частиц.

Как убивает ток?

Как убивает электрический ток? На самом деле вопрос очень сложный, потому что ток оказывает на человека различное воздействие: тепловое, химическое, психологическое. Поэтому существует очень много факторов, из-за которых можно погибнуть. И почему-то очень мало экспериментов проведено на эту тематику. Поэтому давайте рассмотрим только три самых частых причины смерти от электрического тока.

Первая — это фибрилляция. Сердце перекачивает кровь благодаря ритмичному сокращению мышц. Это происходит из-за слабых ритмических импульсов, которые генерируются в определенных клетках сердца и передаются мышцам. И если через сердце пройдет очень сильный электрический ток, то мышцы могут потерять чувствительность к этим слабым электрическим импульсам. Они выходят из-под контроля и словно становятся сумасшедшими. Они начинают быстро, хаотично и нескоординированно сокращаться, и в таком состоянии кровь уже не перекачивается. Это и называется фибрилляция. Кровоток останавливается, кислород не поступает в мозг, и он может умереть через 5 минут от кислородного голодания. Что примечательно: прекратить фибрилляцию можно также благодаря электрическому току, с помощью дефибриллятора. Это такая встряска напряжением в 7 тысяч вольт, которая может заставить сердце восстановить свою стабильную работу.

Еще одна причина гибели от электрического тока — это паралич дыхательных мышц. Для начала надо уточнить, что объем легких увеличивается и уменьшается не из-за того, что там становится больше или меньше воздуха, а из-за того, что благодаря мышцам грудная клетка то увеличивает объем, и тогда воздух втягивается внутрь, то уменьшает объем, и тогда воздух выходит обратно. Вот так происходит дыхание, и контролируется этот процесс тоже благодаря электрическим импульсам, которые в данном случае генерирует мозг. Электрический ток может заблокировать мышцы грудной клетки, так как они потеряют чувствительность к этим электрическим импульсам. Человек не может ни вдохнуть, ни выдохнуть, и поэтому умирает от удушья.

И еще одна причина смерти от электрического тока — это ожоги. Когда по проводнику движется электрический ток, то заряженные частицы ударяются о молекулы проводника, эти молекулы увеличивают свою скорость, и температура проводника в целом увеличивается. Именно так устроены утюг, паяльник, плита. Абсолютно такой же нагрев может происходить в теле человека, и тогда он может получить смертельные ожоги внутренних органов.

Есть еще один вопрос: что же все-таки убивает? Ток или напряжение? Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, а напряжение — это всего лишь характеристика электрического поля, под воздействием которого и начинается это упорядоченное движение. Поэтому можно считать, что электрический ток — это следствие напряжения и напряжение первично. Но убивает все равно электрический ток. Напряжение можно уподобить лучнику, а ток — стреле. Да, лучник создает движение, но убивает все равно стрела. Если будет очень большой ток, то вам точно крышка. А если будет очень высокое напряжение, то еще не факт.

В подтверждение этому можно привести скин-эффект. Электрический ток бывает постоянный, который течет только в одном направлении, и переменный, который меняет свое направление. И если он меняет направление тысячи раз в секунду, то тогда он протекает лишь по поверхности, не заходя внутрь проводника. Самый простой пример скин-эффекта — это плазменный шар. Если человек дотрагивается до него, по нему протекает электрический ток и уходит в землю и окружающее пространство. Напряжение здесь очень высокое — до 5 тысяч вольт. Однако из-за высокой частоты ток протекает только по коже и не причиняет никакого вреда.

Есть еще один интересный эффект — люминесценция. Если к плазменному шару поднести неподключенную лампу дневного света, она начинает светиться. Дело в том, что когда лампа подключается к сети, в ней возникает очень высокое напряжение (с помощью преобразователя), намного больше, чем 220 вольт, именно из-за этого она и светится. В данном случае происходит почти то же самое. Вокруг шара возникает высоковольтное электрическое поле, которое пронизывает все тела вокруг. Оно проходит внутрь лампы и заставляет ее светиться.

Ток — опасная штука. Будьте аккуратны с электричеством!

Почему небо голубое?

Почему небо голубое, если воздух прозрачный? Почему на каком-то удалении появляется синева, откуда она берется?

Этот эффект обеспечивают несколько факторов. Первый из них — это рассеивание света. Мы знаем, что свет представляет собой электромагнитные волны. Причем каждому цвету из спектра соответствует строго определенная частота. Белый солнечный свет — смесь всех этих цветов. И когда он попадает в атмосферу, то начинает рассеиваться, то есть немного менять направление. Но законы рассеивания таковы, что чем больше частота, тем сильнее отклонения лучей. Получается, что красный, оранжевый, желтый оттенки проходят атмосферу практически по прямой. А вот голубые, синие, фиолетовые лучи рассеиваются намного сильнее. Поэтому они начинают путешествовать в атмосфере, постоянно меняя направление. Соответственно, если мы смотрим не на солнце, то именно эти лучи-путешественники и должны приходить нам в глаза со всех сторон.

Можно привести аналогию с шариками разных размеров, которые скатываются с наклонной ребристой поверхности. Более крупные шарики движутся по ней практически по прямой. Более мелкие начинают рассеиваться и немного менять направление движения.

Но почему небо не фиолетовое? Ведь рассеивается сильнее всего именно этот оттенок. Вот тут сказывается второй фактор: в солнечном спектре разные цвета имеют разную интенсивность. Что касается фиолетового, то его интенсивность меньше, чем голубого или синего. Именно поэтому в атмосфере наибольшее количество рассеянных лучей именно голубого оттенка. Что касается закатного, красного неба, то в таком случае лучи падают по касательной к поверхности земли и проходят огромную толщу атмосферы, настолько большую, что слабенькое рассеивание красных оттенков уже дает о себе знать. Именно поэтому небо имеет такой цвет, несмотря на то, что воздух прозрачный.

Кстати, облака тоже должны быть прозрачными, ведь они состоят из воды. Но мы видим, какие они белые. Это происходит опять же из-за рассеяния. Однако облака состоят из более крупных частичек, микроскопических капелек жидкости, и поэтому рассеиваются абсолютно все оттенки: от красного до фиолетового. Ну, а при смешивании они дают белый цвет.

И раз уж мы заговорили о спектре солнца, то нужно понимать, что оно испускает и радиоволны, микроволны, ультрафиолетовое, инфракрасное излучение и даже немного рентгеновского. Так что видимое излучение — это всего лишь маленькая часть того, что излучает наше светило. Все это электромагнитные волны, и они обладают такими же свойствами, как и обычный свет.

Но вот почему на нашей планете вообще нет существ с чисто инфракрасным зрением? Или, например, с ультрафиолетовым? Во всем виновата эволюция. Если вы посмотрите на интенсивность солнечного света во всем спектре, то окажется, что самым ярким является зеленый свет. И живые существа в процессе естественного отбора приспособились к самому яркому излучению, которое падает к нам от солнца. Именно эти электромагнитные волны и стали видимым диапазоном спектра.

Как разгоняют тучи перед парадом?

Приятно, когда за окном лето, каникулы, хорошая погода, солнце. Но дождливые дни тоже иногда случаются. И как же иногда хочется управлять погодой и подстраивать ее под свое настроение! Что ж, при сильном желании и большом количестве денег нет ничего невозможного.

Ни для кого не секрет, что в крупных городах перед большими праздниками разгоняют тучи, чтобы была ясная и солнечная погода. Но как это делают? Все очень просто. Есть большие самолеты с огромными руками. Они летают вокруг города и отодвигают тучи!…

Нет-нет, конечно же, такого не бывает. На самом деле тучи не разгоняют, а осаждают, то есть заставляют их выпасть в виде дождя где-то вдалеке, благодаря чему облако исчезает. Но как заставить тучу выпасть в виде осадков?

Давайте разберемся, как образуются облака. В воздухе постоянно присутствует влага, невидимые водяные пары, которые испаряются с поверхности озер, океанов, луж. Эти водяные пары поднимаются вверх и конденсируются. В результате конденсации образуются микроскопические капельки жидкости, которые рассеивают свет. Возникает некий туман, это и есть облако. Но конденсация не может происходить просто так, при понижении температуры. Для этого нужны какие-то пылинки, взвешенные частички в воздухе, вокруг которых и образуется микрокапелька. Ну и конечно же, вокруг маленьких пылинок образуются настолько маленькие микрокапельки, что восходящие потоки воздуха не дают им упасть. Поэтому облако держится на плаву.

Если мы хотим, чтобы облако расплакалось, у нас есть два способа. Первый способ — это посыпать облако какими-то крупными частицами. Дешевый вариант — это цемент в виде порошка, более дорогой вариант — это йодистое серебро. В результате на этих крупных частицах образуются большие капли, которые выпадают в виде дождя. И второй способ — это охлаждение облака для усиления естественной конденсации. Для этого в туче распыляют жидкий азот или сухой лед. Эти вещества обладают очень низкой температурой, и общая температура в облаке немного понижается. Этого понижения достаточно для того, чтобы образовывались более крупные капли, которые выпадают в виде дождя. Ну и, конечно же, цена вопроса. Самый простой способ — это закидать все цементом, однако образующийся дождь получается очень грязным и противным. А вот качественный разгон облаков стоит около 2,5 миллиона долларов.

Почему гелий меняет голос?

Гелий — это газ из восьмой группы периодической таблицы Менделеева. Почему гелий так сильно меняет голос? Мало того, что голос становится более высоким, так он еще оказывается более искаженным и как будто бы игрушечным.

На этот счет существует очень много версий: повышается частота колебаний голосовых связок; гелий более легкий, поэтому выходит быстрее; гелий меняет химический состав голосовых связок. Но нет, на самом деле все по-другому.

Вспомним о том, что звук — это волна. И у нее есть частота ν, длина λ и скорость распространения V. Эти три параметра связаны очень важным соотношением, которое еще нам пригодится:

Звуковые волны могут распространяться достаточно далеко. И длина волны означает лишь ее масштабы. Звуковые волны могут быть очень большими, а могут быть очень маленькими. Но частоте соответствует высота, тон, нота, на которой мы слышим звук.

Для начала давайте разберемся, как в таком маленьком пространстве получается достаточно громкий человеческий голос? При выдохе, из-за набегающего потока воздуха, голосовые связки начинают вибрировать и издавать звук. Причем он настолько тихий, что мы его даже не слышим. И дело вот в чем: оказывается, при таких колебаниях помимо основной частоты возникают дополнительные, так называемые обертона. Их частота в 2—3 раза и более больше, чем основная. То же самое происходит при колебаниях струны, там тоже возникают дополнительные частоты. Благодаря колебаниям голосовых связок воздух в легких, в гортани, в ротовой полости тоже начинает колебаться. Это называется резонанс.

Резонанс — это резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадениях частоты вынуждающей силы и собственной частоты резонатора. Обратите внимание, практически у каждого музыкального инструмента есть резонатор, колебание воздуха в котором увеличивает громкость звучания. Резонанс происходит не на всех частотах, а на вполне определенных, с конкретной длиной волны. И вот уже эта длина волны непосредственно зависит от размеров и формы резонатора. Именно эти волны являются самыми громкими, а остальных мы практически не слышим. А в любом человеческом голосе присутствуют 4—5 длин волн, на которых происходит резонанс. У всех они, конечно, разные, поэтому каждая имеет свой окрас голоса, так называемый тембр.

Ну и теперь главное: что все-таки делает гелий с нашим голосом? Да, он легче, да, у него меньше плотность, но он не заставляет наши связки колебаться с более высокой частотой. У гелия очень маленькая молярная масса, она в 7 раз меньше, чем у воздуха. Вследствие этого скорость звука в нем практически в 3 раза больше, чем в воздухе. Но резонанс происходит на тех же длинах волн, потому что размеры резонатора не поменялись. Поэтому, если мы посмотрим на соотношение величин, то увидим, что при увеличении скорости звука должна увеличиваться частота волн.

Вот и получается, что все резонансные частоты увеличиваются, и из-за этого, во-первых, повышается тон голоса, а во-вторых, он становится не настоящим, а искусственным, потому что от их положения зависит тембр голоса. Ну, а при переходе из гелия в воздух скорость звука уменьшается, но теперь меняется длина волны, а частота остается неизменной. Именно поэтому мы слышим все тот же высокий звук. И, конечно же, можно достичь обратного эффекта — понижения голоса. Для этого нужен газ с большой молярной массой, например, гексафторид серы (элегаз). Голос становится мистическим и устрашающим. Поэтому я советую его использовать, если вы хотите кого-то напугать ночью, когда он вас не видит.

Определение, структура, история, примеры, диаграмма и факты

Атом , наименьшая единица, на которую можно разделить материю без высвобождения электрически заряженных частиц. Это также мельчайшая единица вещества, обладающая характерными свойствами химического элемента . Таким образом, атом является основным строительным блоком химии .

оболочка атомная модель

В оболочечной модели атома электроны занимают разные энергетические уровни или оболочки. В K и L оболочки показаны для атома неона.

Британская энциклопедия, Inc.

Исследуйте различные конфигурации электронов в электронных оболочках вокруг ядра атома.

Атомная модель электронных конфигураций.

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео к этой статье

Большая часть атома – это пустое пространство. Остальное состоит из положительно заряженного ядра протонов и нейтронов, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов . Ядро маленькое и плотное по сравнению с электронами, которые являются самыми легкими заряженными частицами в природе. Электроны притягиваются к любому положительному заряду своей электрической силой; в атоме электрические силы связывают электроны с ядром.

Из-за природы квантовой механики ни одно изображение не было полностью удовлетворительным для визуализации различных характеристик атома, что, таким образом, вынуждает физиков использовать дополнительные изображения атома для объяснения различных свойств. В некотором отношении электроны в атоме ведут себя как частицы, вращающиеся вокруг ядра. В других случаях электроны ведут себя как волны, застывшие вокруг ядра. Такие волновые узоры, называемыеорбитали , описывают распределение отдельных электронов. Эти орбитальные свойства сильно влияют на поведение атома , а его химические свойства определяются орбитальными группировками, известными как оболочки.

Эта статья открывается широким обзором фундаментальных свойств атома и составляющих его частиц и сил. После этого обзора следует исторический обзор наиболее влиятельных концепций об атоме, сформулированных на протяжении веков. Для получения дополнительной информации, касающейся структуры ядра и элементарных частиц, см. Субатомные частицы .

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Большая часть вещества состоит из скоплений молекул, которые можно относительно легко разделить. Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов, соединенных химическими связями, которые труднее разорвать. Каждый отдельный атом состоит из более мелких частиц, а именно электронов и ядер. Эти частицы электрически заряжены, и электрические силы, действующие на заряд, несут ответственность за удержание атома вместе. Попытки разделить эти более мелкие составляющие частицы требуют постоянно увеличивающегося количества энергии и приводят к созданию новых субатомных частиц , многие из которых заряжены.

Как отмечалось во введении к этой статье, атом в основном состоит из пустого пространства. Ядро является положительно заряженным центром атома и содержит большую часть его массы . Он состоит из протонов, которые имеют положительный заряд, и нейтронов, которые не имеют заряда. Протоны, нейтроны и окружающие их электроны – это долгоживущие частицы, присутствующие во всех обычных, встречающихся в природе атомах. Другие субатомные частицы могут быть обнаружены в ассоциации с этими тремя типами частиц. Однако они могут быть созданы только с добавлением огромного количества энергии и очень недолговечны.

Все атомы примерно одинакового размера, независимо от того, имеют ли они 3 или 90 электронов. Примерно 50 миллионов атомов твердого вещества, выстроенных в ряд, имеют размер 1 см (0,4 дюйма). Удобной единицей длины для измерения размеров атомов являетсяангстрем (Å), определяемый как ^10-10 метров. Радиус атома составляет 1-2 Å. По сравнению с общим размером атома, ядро ​​еще более миниатюрное. Он находится в той же пропорции к атому, как шарик к футбольному полю . По объему ядро ​​занимает всего ^10-14 метров пространства в атоме, то есть 1 часть на 100 000. Удобной единицей длины для измерения размеров ядер являетсяфемтометр (фм), равный ^10-15 метрам. Диаметр ядра зависит от количества содержащихся в нем частиц и колеблется от 4 фм для легкого ядра, такого как углерод, до 15 фм для тяжелого ядра, такого как свинец. Несмотря на малые размеры ядра, в нем сосредоточена практически вся масса атома. Протоны – массивные положительно заряженные частицы, тогда как нейтроны не имеют заряда и немного массивнее протонов. Тот факт, что ядра могут иметь от 1 до почти 300 протонов и нейтронов, объясняет их широкую вариацию массы. Самое легкое ядро, ядро водорода , в 1836 раз массивнее электрона , а тяжелые ядра почти в 500 000 раз массивнее.

Основные свойства

Самой важной характеристикой атома является его атомный номер (обычно обозначаемый буквой Z ), который определяется как количество единиц положительного заряда (протонов) в ядре. Например, если у атома Z = 6, это углерод , а Z = 92 соответствует урану . Нейтральный атом имеет равное количество протонов и электронов, так что положительный и отрицательный заряды точно уравновешиваются. Поскольку именно электроны определяют, как один атом взаимодействует с другим, в конечном итоге именно количество протонов в ядре определяет химические свойства атома.

Атом: ядро плюс электроны – Учебник по Химии. 8 класс. Григорович

Учебник по Химии. 8 класс. Григорович – Новая программа

Открытие сложного строения атомов

Вам уже известно, что все вещества состоят из атомов, молекул или ионов. В свою очередь, молекулы и ионы образованы из атомов.

Долгое время считалось, что атом невозможно разделить на более мелкие частицы. До начала XX в. была известна только одна количественная характеристика атомов — относительная атомная масса, которая была взята за основу классификации химических элементов. Но, используя только массу атомов, нельзя было объяснить причины периодичности изменения их свойств. Было непонятно, почему атомы с близкими массами, например Алюминий и Силиций, существенно отличаются по свойствам, тогда как атомы с разными массами обладают сходными свойствами. Таким образом, для характеристики атомов знания одной лишь их массы недостаточно. Все это наводило ученых на мысль о том, что атом имеет сложное строение. В начале XX в. было выдвинуто множество гипотез и моделей строения атома, некоторые из которых представлены на рисунке 9.1.

Рис. 9.1. а — «кексовая» модель атома Уильяма Томсона (1902), который представлял атом сгустком положительно заряженной материи, где равномерно распределены электроны, как изюм в кексе; б — «кексовая» модель, усовершенствованная Джозефом Джоном Томпсоном (1904), в которой электроны расположены в одной плоскости и образуют концентрические кольца; в — модель атома Хантаро Нагаока (1904), предположившего, что атом похож на планету Сатурн — половину объема занимает положительно заряженный шар, вокруг которого спутники-электроны образуют кольцо

Наибольших успехов в исследовании атома достиг английский ученый Эрнест Резерфорд. В 1909 г. он провел эксперимент, в котором бомбардировал золотую фольгу положительно заряженными альфа-частицами. Большинство из них, проходя сквозь фольгу, не отклонялись от начального направления, некоторые незначительно отклонялись, а небольшое число альфа-частиц существенно отклонялись от первоначальной траектории и иногда даже летели в обратном направлении. Резерфорд писал, что это было так удивительно, как будто вы выстреливаете из пушки в лист бумаги, а пушечное ядро отталкивается от него и летит назад вам в лоб.

Эрнест Резерфорд (1871-1937)

Английский физик, лауреат Нобелевской премии по химии 1908 г. Является основателем нового направления науки — ядерной физики. Он создал учение о радиоактивности и строении атома. Предложил новую, революционную для того времени теорию строения атома, которая сегодня является общепризнанной. Этим он опроверг мнение о неделимости атома и ошеломил весь мир идеей, что все тела (даже самые твердые) преимущественно являются пустым пространством, в котором движутся крохотные частицы. Осуществил первую искусственную ядерную реакцию и продемонстрировал возможности использования ядерной энергии. Предсказал существование нейтрона.

Результаты этого эксперимента противоречили популярным в то время моделям атомов. Если бы «кексовая» модель атома соответствовала действительности, то альфа-частицы должны были бы свободно проходить сквозь атомы золотой фольги (рис. 9.2). Поскольку альфа-частицы заряжены положительно, то для того чтобы отражаться от фольги, они должны сталкиваться с другими положительно заряженными частицами в составе атомов, образующих золотую фольгу. Основываясь на результатах своего эксперимента, Резерфорд доказал, что положительный заряд в атоме сконцентрирован в центре атома в очень небольшом объеме, который он назвал ядром. В ходе эксперимента чем ближе к ядру пролетали альфа-частицы, тем сильнее искривлялась их траектория, а частицы, попавшие прямо в ядро, отталкивались от него и летели назад (рис. 9.3).

Рис. 9.2. Если бы атомы фольги соответствовали «кексовой» модели, то альфа-частицы свободно проходили бы сквозь пластинку

Рис. 9.3. Изменение траектории альфа-частиц связано с отталкиванием от положительно заряженного ядра

Резерфорд предложил планетарную модель строения атома, которой с небольшими изменениями мы пользуемся и сегодня (рис. 9.4). Согласно этой модели, весь положительный заряд атома сосредоточен в центре — ядре, которое окружено отрицательно заряженными электронами. Электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам, как планеты вокруг Солнца.

Рис. 9.4. Планетарная модель строения атома, предложенная Резерфордом

Атом — это электронейтральная химически неделимая частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Модель атома Резерфорда, без сомнения, лучше всех остальных отображала истинное строение атома, но и она имела существенное противоречие: по известным тогда законам физики электрон, если он вращается вокруг ядра, должен непрерывно излучать энергию и со временем упасть на ядро. Модель атома Резерфорда усовершенствовал датский физик Нильс Бор. Он утверждал, что электроны могут вращаться не на любой орбите, а только на определенных расстояниях от ядра, образуя концентрические сферы из электронов. Поэтому иногда планетарную модель атома называют моделью Бора-Резерфорда.

Состав атомов

Итак, атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Заряд электрона называют элементарным, так как он наименьший из всех известных зарядов и потому его абсолютную величину принимают за условную единицу измерения. Именно в этих условных единицах обычно указывают заряды всех частиц: электронов, протонов, ядер, ионов и т. д. Заряд самого электрона принимают за -1.

Электрон — самая легкая из известных элементарных частиц. Его масса составляет 9,1 • 10^-28 г, это в 1837 раз меньше массы самого легкого из атомов — атома Гидрогена. Часто в расчетах массой электрона пренебрегают (считают равной нулю).

Таблица 5. Частицы, из которых состоит атом

После открытия сложного строения атома выяснили, что ядро атома также имеет сложное строение. Оно состоит из частиц двух видов — протонов и нейтронов (рис. 9.5). Протоны и нейтроны называют нуклонами. Протоны являются положительно заряженными частицами с зарядом +1, а нейтроны не имеют заряда (табл. 5). Это означает, что весь положительный заряд ядра образован только протонами — их число равно заряду ядра:

Любой атом является электронейтральным, следовательно, число протонов с зарядом +1 всегда равно числу электронов с зарядом -1:

Ядро — самая тяжелая часть атома: его масса составляет около 99,97 % от массы атома и определяется числом протонов и нейтронов в ядре. Массы протона и нейтрона почти одинаковы и приблизительно равны 1 а. е. м. Таким образом,

Пример. Ядро атома содержит 5 протонов и 5 нейтронов.

1. Определим заряд ядра и число электронов в атоме:

Число протонов в ядре = 5 —> Заряд ядра = +5 —> Число электронов = 5

2. Определим атомную массу:

И хотя именно в ядре сосредоточена вся масса атома, тем не менее размеры ядра чрезвычайно малы: его радиус приблизительно в сто тысяч раз меньше радиуса атома (рис. 9.5). Представьте, если размер ядра увеличить до размера яблока, то сам атом будет размером с земной шар.

Рис. 9.5. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Вокруг ядра вращаются электроны, образуя электронную оболочку атома

Порядковый номер химического элемента

У всех атомов одного химического элемента число протонов всегда одинаковое (и равно заряду ядра), а число нейтронов может быть разным, поэтому масса атомов одного элемента также может отличаться. Это означает, что не масса, а именно заряд ядра является основной характеристикой, отличающей атомы одного вида от атомов другого вида. Именно поэтому в начале XX в. изменилось определение понятия химического элемента:

Химический элемент — это разновидность атомов с одинаковым зарядом ядра.

После открытия сложного строения атома была изменена и формулировка Периодического закона:

Свойства химических элементов, а также образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.

Дальнейшее изучение строения атома показало, что протонов в атомах содержится не произвольное число, а равное порядковому номеру химического элемента в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Следовательно, и заряд ядра также равен порядковому номеру:

Оказалось, что, даже не догадываясь о сложном строении атомов, Менделеев при составлении своей Периодической системы расположил элементы в порядке возрастания зарядов их атомных ядер.

• Физики уверены, что протоны, нейтроны и другие частицы состоят из кварков — подлинно элементарных частиц. Однако ученым никак не удается выделить кварки и таким образом подтвердить их существование. Но электрон до сих пор считается элементарной частицей.

• Эрнест Резерфорд проводил исследования в основном в области физики и однажды заявил, что все науки можно разделить на две группы — на физику и коллекционирование марок. Однако Нобелевскую премию Резерфорд получил именно по химии. Позднее он отметил, что из всех превращений, которые ему удалось наблюдать, самым быстрым оказалось его собственное превращение из физика в химика.

Выводы

1. Общепринятой является планетарная модель строения атомов, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого на определенном расстоянии вращаются отрицательно заряженные электроны, образуя электронную оболочку атома.

2. Ядро атома состоит из нуклонов: положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Число протонов в ядре определенного атома равно порядковому номеру химического элемента в Периодической системе. Поскольку атом электронейтрален, то число протонов в ядре атома равно числу электронов в его электронной оболочке.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте планетарную модель атома Резерфорда.

2. Какие частицы входят в состав: а) атома; б) атомного ядра? Каковы их заряд и масса?

3. Ядро атома: а) имеет отрицательный заряд; б) имеет положительный заряд; в) не имеет заряда.

4. Какие характеристики атома вам известны?

5. Как определить число протонов в ядре атома: а) по порядковому номеру элемента в Периодической системе; б) по номеру периода; в) по номеру группы?

6. Дайте определение понятиям «атом» и «химический элемент».

7. Приведите современную формулировку Периодического закона. Чем она отличается от той, которую вы изучали ранее?

Задания для усвоения материала

1. Ядро атома Гелия имеет заряд +2. Сколько электронов в атоме Гелия?

2. Атом Карбона содержит 6 электронов. Чему равен заряд; а) атома Карбона; б) ядра атома Карбона?

3. Определите число протонов в ядрах и заряды атомов; а) Лития; б) Сульфура; в) Феррума; г) Плюмбума.

4. Определите заряд ядра, число электронов и массу атома, если ядро содержит: а) 8 протонов и 9 нейтронов; б) 25 протонов и 30 нейтронов; в) 89 протонов и 117 нейтронов. Назовите соответствующие химические элементы.

5*. Опишите суть эксперимента Резерфорда по установлению строения атома. Какие результаты опыта позволили ему сделать выводы о планетарном строении атома?



Физики расщепили атом с помощью точности квантовой механики — ScienceDaily

Исследователи из Боннского университета только что показали, как один атом можно разделить на две половины, разделить и снова собрать. Хотя слово «атом» буквально означает «неделимый», законы квантовой механики позволяют делить атомы — подобно световым лучам — и воссоединять их. Исследователи хотят построить мосты квантовой механики, позволив атому касаться соседних атомов, пока он разрывается, чтобы он работал как пролет моста между двумя столбами.

Результаты только что были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Делящиеся атомы? То, что звучит как ядерное деление и радиоактивность, на самом деле является точным процессом с использованием квантовой механики. Законы квантовой механики позволяют объектам существовать в нескольких состояниях одновременно. На этом основан так называемый эксперимент с двумя щелями, в котором частица может проходить через две щели одновременно. Боннские ученые, работающие с проф.Доктору Дитеру Мешеде из Института прикладной физики Боннского университета удалось удержать один атом одновременно в двух местах, отстоящих друг от друга более чем на десять микрометров, или одну сотую миллиметра. Это огромное расстояние для атома. После этого атом был собран обратно неповрежденным.

У атома раздвоение личности

Хрупкие квантовые эффекты могут возникать только при самых низких температурах и при осторожном обращении. Один из методов заключается в сильном охлаждении атома цезия с помощью лазеров — до температуры в одну десятую миллиона выше абсолютного нуля — и последующем удерживании его с помощью другого лазера. Этот лазерный луч является ключом к расщеплению атома. Это работает, потому что у атомов есть спин, который может двигаться в двух направлениях. В зависимости от направления атом может перемещаться лазером вправо или влево, как на конвейере. Суть в том, что вращение атома может быть одновременно в обоих направлениях. Итак, если атом сдвинуть вправо и влево одновременно, он расщепится. «Атом имеет своего рода раздвоение личности, половина его находится справа, а половина — слева, и все же он остается целым», — объяснил Андреас Штеффен, ведущий автор публикации.

Части сравнивают свои «опыты»

Но вы не можете увидеть раскол напрямую; если вы направите свет на атом, чтобы сделать снимок, раскол немедленно разрушится. Затем атом можно увидеть на нескольких изображениях; иногда слева, иногда справа — но никогда в обоих местах. И все же расщепление можно успешно доказать, если снова собрать атом. Таким образом, из отдельных атомов можно построить интерферометр, который можно использовать, например, для точного измерения внешних воздействий. Здесь атомы расщепляются, расходятся и снова соединяются. То, что станет видимым, например, это различия между магнитными полями двух положений или ускорений, поскольку они отпечатываются в квантово-механическом состоянии атома. Этот принцип уже использовался для очень точного исследования таких сил, как ускорение Земли.

Квантовые системы как инструменты?

Однако боннские ученые ищут нечто иное: моделирование сложных квантовых систем.Многие физики долгое время надеялись смоделировать так называемые топологические изоляторы или фотосинтез растений — явления, которые трудно зафиксировать с помощью современных суперкомпьютеров, — используя небольшие квантовые системы. Первые шаги на пути к таким симуляторам могут состоять в моделировании движения электронов в твердых телах, что позволит получить представление об инновационных электронных устройствах. Примерами этого являются дираковское движение электронов в одном слое графа или появление искусственных молекул из взаимодействующих частиц. Но для этого нужно было бы не только хорошо контролировать отдельные атомы, но и связывать их в соответствии с законами квантовой механики, поскольку суть вопроса заключается именно в структуре, составленной из множества квантовых объектов.

Шестерня коробки передач

«Для нас атом — это хорошо управляемая и смазанная шестерня», — сказал доктор Андреа Альберти, руководитель группы эксперимента в Бонне. «Вы можете построить калькулятор с замечательной производительностью, используя эти винтики, но для того, чтобы он работал, они должны быть задействованы.Вот в чем заключается фактическое значение расщепления атомов: поскольку две половины снова соединяются вместе, они могут вступать в контакт с соседними атомами слева и справа от них, а затем делиться ими. Это позволяет сформировать небольшую сеть атомов, которая может использоваться – как в памяти компьютера – для моделирования и управления реальными системами, что сделало бы их секреты более доступными Ученые полагают, что весь потенциал управления отдельными атомами именно в этом проявится со временем.

Источник истории:

Материалы предоставлены Universität Bonn . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Есть несколько способов взломать атом

Стивен Леви | Специально для Binghamton Press & Sun-Bulletin

Пятиклассники делятся идеями для «Сумеречной зоны» в День Рода Серлинга

В среду утром школьный округ Бингемтона провел ежегодный День Рода Серлинга для пятиклассников.

Мэгги Гилрой / видео персонала, Мэгги Гилрой / видео персонала

 

ВОПРОС: Атом действительно трудно разрушить?

ОТВЕТ: Не совсем — мы можем нарезать их, нарезать кубиками или разбить. Позвольте мне сначала немного объяснить об атоме, и вы поймете, что я имею в виду.

Центр атома, называемый его ядром, состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, слипшихся, как капля воды. Размер типичного ядра составляет около половины одной миллионной одной миллионной дюйма.

Отрицательно заряженные электроны окружают ядро. Количество электронов равно количеству протонов, а типичное расстояние между электронами в 100 000 раз больше, чем расстояние до ядра. Если представить ядро ​​в виде шарика, то размер атома (ядро плюс электроны) растянулся бы примерно на пять футбольных полей с каждой стороны!

Подробнее Спросите ученого: Большая часть океанов до сих пор нам неизвестна

Подробнее Спросите ученого: Как слишком много солнца может вызвать рак и что вы можете с этим поделать

Подробнее: Эй, Джордан Пил, у этих пятиклассников есть несколько идей для «Сумеречной зоны»

Хотя структура атома не кажется сложной, нам пришлось изучить много физики, чтобы понять, как она работает.Возможно, вы знаете, что отрицательно и положительно заряженные частицы притягиваются, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются. Теория квантовой механики была разработана, чтобы объяснить, почему электроны остаются стабильными в облаке вокруг протонов, а не врезаются в него. Нам нужна другая теория, называемая квантовой хромодинамикой, чтобы объяснить, почему положительно заряженные протоны в ядре способны прилипать друг к другу и к нейтронам.

Теперь, что касается «ломки» атома, это обычно относится к расщеплению ядра.Вкратце: нетрудно удалить часть электронов из облака. Это происходит, например, в люминесцентной лампе, и для этого требуется только энергия, которую может передать электрон 10-вольтовая батарея. При расщеплении ядра атома высвобождается примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при этом.

Это сложно сделать? И да и нет. Это зависит от атома или, точнее, от размера его ядра. Существует конкуренция между электрическим отталкиванием протонов (расталкивающим ядро) и притяжением протонов и нейтронов (из-за хромодинамики).Для ядер больше определенного размера отталкивание имеет тенденцию побеждать. Некоторые из этих атомов спонтанно распадаются в процессе, называемом радиоактивным распадом. Ядро распадается на более мелкие ядра, которые являются стабильными, и в процессе высвобождает энергию и обычно несколько нейтронов.

Мы также можем стрелять нейтронами в некоторые атомы, такие как уран, и вызывать расщепление их ядер в процессе, называемом делением. Если мы будем умны с нашей техникой, мы можем получить достаточное количество этих атомов, скажем, в контейнере с водой, где расщепление одного атома высвободит нейтроны и заставит другие расщепляться повторяющимся образом, называемым цепной реакцией.Вода нагреется, и мы сможем использовать ее для выработки электроэнергии. Так работает ядерный реактор.

Однако нам нужно быть осторожными, потому что, если урана слишком много или процесс не контролируется тщательно, мы получим что-то вроде атомной бомбы, в которой вся энергия высвобождается сразу.

Наконец, есть также национальные лаборатории, где мы используем электрические поля для ускорения тяжелых ядер почти до скорости света и сталкивания их друг с другом. Это помогает нам лучше понять, на что была похожа физика очень ранней Вселенной, и кажется очень забавным.

Как я уже сказал, нарежьте их, нарежьте кубиками или раздавите.

Познакомьтесь со студентом

 

Имя: Стивен Ленц.

Класс: Третий.

Школа: Начальная школа моста Ченанго, Центральный школьный округ долины Ченанго.

Учитель: Миссис Шафер.

Хобби: Игра в Pokémon Go.

Карьерные интересы: YouTube.

Познакомьтесь с ученым

 

Ответил: Стивен Леви.

Должность: Адъюнкт-профессор физики Бингемтонского университета.

Область исследований: Биофизика.

Интересы/хобби: Болеем за «Сиксерс».

Акция «Спроси ученого» проходит по понедельникам. На вопросы отвечают научные эксперты из Бингемтонского университета. Учителей в районе Большого Бингемтона, желающих принять участие в программе, просят написать по адресу Ask a Scientist, c/o Binghamton University, Office of Communications and Marketing, PO Box 6000, Binghamton, NY 13902-6000, или по электронной почте ученому. @Бингемтон.образование Для получения дополнительной информации посетите сайт binghamton.edu/mpr/ask-a-scientist/.

 

Поддержите нашу журналистику и станьте цифровым подписчиком сегодня. Нажмите здесь, чтобы узнать о наших специальных предложениях.

 

ядерное деление | Примеры и процесс

ядерное деление , разделение тяжелого атомного ядра, такого как ядро ​​урана или плутония, на два фрагмента примерно равной массы. Процесс сопровождается выделением большого количества энергии.

При ядерном делении ядро ​​атома распадается на два более легких ядра. Процесс может протекать в некоторых случаях самопроизвольно или может быть индуцирован возбуждением ядра различными частицами (например, нейтронами, протонами, дейтронами или альфа-частицами) или электромагнитным излучением в виде гамма-лучей. В процессе деления выделяется большое количество энергии, образуются радиоактивные продукты и испускается несколько нейтронов. Эти нейтроны могут вызвать деление в соседнем ядре делящегося материала и высвободить больше нейтронов, которые могут повторить последовательность, вызывая цепную реакцию, в которой большое количество ядер подвергается делению и высвобождается огромное количество энергии.Если управлять такой цепной реакцией в ядерном реакторе, она может дать энергию на благо общества. Если его не контролировать, как в случае с так называемой атомной бомбой, это может привести к взрыву огромной разрушительной силы.

Открытие ядерного деления открыло новую эру — «Атомный век». Потенциал ядерного деления во благо или во зло и соотношение риска и пользы от его применения не только послужили основой для многих социологических, политических, экономических и научных достижений, но и вызвали серьезные опасения.Даже с чисто научной точки зрения процесс деления ядер породил множество загадок и сложностей, и полного теоретического объяснения до сих пор нет.

История исследования и технологии деления

Термин «деление» впервые был использован немецкими физиками Лизой Мейтнер и Отто Фришем в 1939 году для описания распада тяжелого ядра на два более легких ядра примерно одинакового размера. Вывод о том, что такая необычная ядерная реакция действительно может иметь место, явился кульминацией поистине драматического эпизода в истории науки и положил начало чрезвычайно интенсивному и продуктивному периоду исследований.

История открытия ядерного деления фактически началась с открытия нейтрона в 1932 году Джеймсом Чедвиком в Англии. Вскоре после этого Энрико Ферми и его коллеги в Италии предприняли обширное исследование ядерных реакций, происходящих при бомбардировке различных элементов этой незаряженной частицей. В частности, эти исследователи наблюдали (1934 г.), что по меньшей мере четыре различных радиоактивных вещества образовались в результате бомбардировки урана медленными нейтронами.Эти недавно открытые виды испускали бета-частицы и считались изотопами нестабильных «трансурановых элементов» с атомными номерами 93, 94 и, возможно, выше. Конечно, к изучению свойств этих элементов был большой интерес, и в исследованиях участвовало много радиохимиков. Однако результаты этих исследований были чрезвычайно запутанными, и путаница сохранялась до 1939 года, когда Отто Ган и Фриц Штрассман в Германии, следуя подсказке, предоставленной Ирэн Жолио-Кюри и Павлом Савичем во Франции (1938), определенно доказали, что так называемые трансурановыми элементами, на самом деле были радиоизотопами бария, лантана и других элементов в середине периодической таблицы.

То, что более легкие элементы могут образовываться при бомбардировке тяжелых ядер нейтронами, высказывалось ранее (в частности, немецким химиком Идой Ноддак в 1934 г.), но этой идее не уделялось серьезного внимания, поскольку она влекла за собой такой широкий отход от общепринятых взглядов ядерной физике и не было подтверждено четкими химическими доказательствами. Однако, вооружившись недвусмысленными результатами Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриш обратились к недавно сформулированной жидкокапельной модели ядра, чтобы дать качественную теоретическую интерпретацию процесса деления, и обратили внимание на большое выделение энергии, которое должно сопровождать его.Практически сразу же было подтверждено наличие этой реакции в десятках лабораторий мира, и в течение года было опубликовано более 100 статей, описывающих большинство важных особенностей процесса. Эти эксперименты подтвердили образование чрезвычайно энергичных тяжелых частиц и расширили химическую идентификацию продуктов.

Химические доказательства, столь важные для того, чтобы привести Гана и Штрассмана к открытию ядерного деления, были получены с помощью методов переноса и трассировки.Поскольку образовывались невидимые количества радиоактивных веществ, их химическая идентичность должна была быть выведена из того, как они следовали известным элементам-носителям, присутствующим в макроскопических количествах, посредством различных химических операций. Известные радиоактивные виды также были добавлены в качестве индикаторов, и их поведение сравнивалось с поведением неизвестных видов, чтобы помочь в идентификации последних. На протяжении многих лет эти радиохимические методы использовались для выделения и идентификации около 34 элементов от цинка (атомный номер 30) до гадолиния (атомный номер 64), которые образуются в виде продуктов деления.Широкий спектр радиоактивности, образующейся при делении, делает эту реакцию богатым источником индикаторов для химического, биологического и промышленного использования.

Хотя ранние эксперименты включали деление обычного урана медленными нейтронами, было быстро установлено, что причиной этого явления является редкий изотоп урана-235. Более распространенный изотоп урана-238 мог быть подвергнут делению только быстрыми нейтронами с энергией, превышающей 1 МэВ. Было показано, что ядра других тяжелых элементов, таких как торий и протактиний, также могут делиться быстрыми нейтронами; и другие частицы, такие как быстрые протоны, дейтроны и альфа-частицы, наряду с гамма-лучами, оказались эффективными для запуска реакции.

В 1939 году Фредерик Жолио-Кюри, Ганс фон Гальбан и Лью Коварски обнаружили, что при делении урана-235 испускается несколько нейтронов, и это открытие привело к возможности самоподдерживающейся цепной реакции. Ферми и его коллеги осознали огромный потенциал такой реакции, если бы ее можно было контролировать. 2 декабря 1942 им это удалось, запустив первый в мире ядерный реактор. Это устройство, известное как «свая», состояло из массива урановых и графитовых блоков и было построено на территории кампуса Чикагского университета.

Секретный Манхэттенский проект, созданный вскоре после вступления Соединенных Штатов во Вторую мировую войну, разработал атомную бомбу. После окончания войны были предприняты усилия по разработке новых типов реакторов для крупномасштабной энергетики, что положило начало атомной энергетике.

Этот месяц в истории физики

14 апреля 1932 года Уолтон заметил контрольную сигнатуру альфа-частиц после бомбардировки литиевой мишени: литий раскололся на два ядра гелия. Кокрофт и Резерфорд подтвердили, что это так.В ту же ночь трое мужчин написали письмо в Nature , в котором объявили о первом искусственном распаде атомного ядра — расщеплении атома — и первом ядерном превращении одного элемента (лития) в другой (гелий).

В качестве бонуса, когда они измерили общую кинетическую энергию новых ядер гелия, она оказалась больше, чем исходные ядра водорода и лития, с соответствующей потерей общей массы. В результате они также подтвердили уравнение Эйнштейна для эквивалентности массы и энергии (E=mc ² ).

Команда впоследствии совершила тот же подвиг с атомами углерода, азота и кислорода, используя протоны, дейтроны и альфа-частицы для производства радиоактивных изотопов. За свои усилия они получили Нобелевскую премию по физике 1951 года. Цитата похвалила их работу как открытие «новой и плодотворной области исследований», которая «глубоко повлияла на весь последующий курс ядерной физики [и] выделяется как веха в истории науки». Высвобождение энергии было слишком постепенным, чтобы иметь большую практическую пользу.Венгерский физик Лео Сцилард предположил, что бомбардировка атомных ядер дополнительными нейтронами сделает атомы нестабильными и вызовет цепную реакцию, высвобождающую энергию гораздо быстрее.

Несмотря на их успех, ускоритель, построенный Кокрофтом и Уолтоном, не был так хорош по конструкции, как циклотрон, разработанный Эрнестом О. Лоуренсом в США. Кокрофт убедил Резерфорда инвестировать в 36-дюймовый циклотрон по проекту Лоуренса для Кавендишской лаборатории. Вскоре он был запущен и запущен, а второй, более крупный циклотрон строился, когда разразилась Вторая мировая война, которая задержала его завершение.

Во время войны Кокрофт исследовал радар, особенно для сбивания вражеских самолетов, и помог запустить радарную систему раннего предупреждения. Он также был назначен в комитет, которому было поручено заниматься вопросами, связанными с технической осуществимостью атомной бомбы.

В 1944 году Кокрофт был назначен директором Монреальской лаборатории, нового тяжеловодного ядерного реактора в Канаде для производства плутония и обогащенного урана. Два года спустя он стал директором Исследовательского центра по атомной энергии (AERE) в Великобритании, курируя строительство различных реакторов.Первый ядерный реактор в Западной Европе был запущен в августе 1947 года в AERE.

В 1950-х годах аналогичная конструкция реактора была реализована на предприятии в Виндскейле на северо-западе Англии для производства расщепляющегося материала для атомного оружия. Кокрофт принял одно особенно спорное решение при строительстве реакторов для производства плутония в Виндскейле: он настоял на том, чтобы дымоходы были оснащены высокоэффективными фильтрами. Было сообщение об обнаружении оксида урана возле графитового реактора X-10 на объекте в Ок-Ридже, штат Теннесси, и Кокрофт хотел защититься от подобной утечки.

Это была дорогостоящая деталь, так как он принял решение на позднем этапе проектирования, что привело к неравномерной форме дымоходов. И оказалось, что оксид урана в Ок-Ридж поступил с химического завода, а не из реактора. Фильтры окрестили «глупостью Кокрофта», поскольку его коллеги не считали их необходимыми. Но чрезмерная осторожность Кокрофта в конечном итоге окупилась: в 1957 году на заводе в Виндскейле вспыхнул пожар, и загорелся один из реакторов. Благодаря фильтрам никакие радиоактивные материалы не попали в окружающую среду.

В 1959 году Кокрофт стал первым магистром колледжа Черчилля в Кембридже, который официально открылся в 1964 году. Он умер от сердечного приступа в своем доме в Кембридже в 1967 году. Уолтон вернулся в Ирландию в 1934 году в качестве сотрудника своей альма-матер, Тринити. Колледж, работающий, среди прочего, над фосфоресцентным эффектом в очках, радиоуглеродным датированием и осаждением тонких пленок на стекле. Он умер в 1995 году в возрасте 91 года в Белфасте.

Дополнительная литература:

Кэткарт, Брайан. Муха в соборе . Нью-Йорк: Пингвин, 2005.

.

Харткап, Гай и Аллибоун, T.E. Кокрофт и атом . Bristol: A. Hilger, 1984.

DOE объясняет… кварки и глюоны | Министерство энергетики

Кварки и глюоны являются строительными блоками протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, являются строительными блоками атомных ядер. В настоящее время ученые понимают, что кварки и глюоны неделимы — их нельзя разбить на более мелкие компоненты.Это единственные элементарные частицы, обладающие так называемым цветовым зарядом. В дополнение к положительному или отрицательному электрическому заряду (как протоны и нейтроны) кварки и глюоны могут иметь три дополнительных состояния заряда: положительный и отрицательный красный, зеленый и синий. Эти так называемые цветовые заряды — просто названия, они не связаны с реальными цветами. Сила, соединяющая положительные и отрицательные цветовые заряды, называется сильным ядерным взаимодействием. Эта сильная ядерная сила является самой мощной силой, связанной с удержанием материи вместе.Оно намного сильнее трех других фундаментальных взаимодействий: гравитации, электромагнетизма и слабых ядерных взаимодействий. Поскольку сильное ядерное взаимодействие настолько велико, разделить кварки и глюоны чрезвычайно сложно. Из-за этого кварки и глюоны связаны внутри составных частиц. Единственный способ разделить эти частицы — создать состояние материи, известное как кварк-глюонная плазма. В этой плазме плотность и температура настолько высоки, что протоны и нейтроны плавятся. Этот суп из кварков и глюонов пропитывал всю Вселенную до тех пор, пока через несколько долей секунды после Большого взрыва Вселенная не остыла настолько, что кварки и глюоны превратились в протоны и нейтроны. Сегодня ученые изучают эту кварк-глюонную плазму на специальных установках, таких как Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории.

Департамент науки Министерства энергетики США: Вклад в исследования кварков и глюонов

Министерство энергетики поддерживает исследования взаимодействия кварков и глюонов, способов их объединения в составные частицы, называемые адронами, и их поведения при высокой температуре и плотности. Ученые изучают эти темы на ускорительных установках Министерства энергетики США, таких как RHIC и Ускоритель непрерывного электронного пучка (CEBAF) в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона.Теория, описывающая сильное ядерное взаимодействие, известная как квантовая хромодинамика, общеизвестно сложна для решения. Однако его можно смоделировать на суперкомпьютерах, построенных и поддерживаемых на объектах Министерства энергетики. DOE является лидером в изучении кварков и глюонов с 1960-х годов. Идея кварков была предложена в 1964 г. , а доказательства их существования были получены в экспериментах 1968 г. в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC). Самый тяжелый и последний обнаруженный кварк был впервые обнаружен в Фермилабе в 1995 году.

Факты о кварках и глюонах

• Существует шесть различных видов кварков с широким диапазоном масс. Они называются верх, низ, очарование, странность, верх и низ.
• Кварки — единственные элементарные частицы, на которые действуют все известные силы природы и которые имеют дробный электрический заряд.
• Взаимодействие между кварками и глюонами отвечает за почти всю воспринимаемую массу протонов и нейтронов, и поэтому мы получаем нашу массу.

Ресурсы и связанные термины

 

Научные термины могут сбивать с толку.Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях по всему научному спектру.

Как работает ядерный реактор

Ядерные реакторы — это, по сути, большие котлы, которые используются для нагрева воды для производства огромного количества электроэнергии с низким содержанием углерода.Они бывают разных размеров и форм и могут работать на различных видах топлива.

Атомная электростанция Ringhals с четырьмя реакторами, способными обеспечить 20 % потребности Швеции в электроэнергии (Изображение: Vattenfall)

Ядерный реактор приводится в действие расщеплением атомов, процессом, называемым делением, когда частица («нейтрон») выстреливается в атом, который затем делится на два меньших атома и несколько дополнительных нейтронов.Некоторые из нейтронов, которые высвобождаются, затем попадают на другие атомы, заставляя их тоже делиться и высвобождая больше нейтронов. Это называется цепной реакцией.

Деление атомов в цепной реакции также высвобождает большое количество энергии в виде тепла. Вырабатываемое тепло отводится из реактора циркулирующей жидкостью, обычно водой. Затем это тепло можно использовать для производства пара, который приводит в действие турбины для производства электроэнергии.

Чтобы гарантировать, что ядерная реакция протекает с нужной скоростью, в реакторах есть системы, которые ускоряют, замедляют или останавливают ядерную реакцию и выделяемое ею тепло.Обычно это делается с помощью регулирующих стержней, которые обычно изготавливаются из материалов, поглощающих нейтроны, таких как серебро и бор.

Два примера ядерного деления урана-235, наиболее часто используемого топлива в ядерных реакторах.

Ядерные реакторы бывают разных форм и размеров: в некоторых для охлаждения активной зоны используется вода, в других — газ или жидкий металл. В наиболее распространенных типах энергетических реакторов используется вода, при этом более 90% мировых реакторов основаны на воде.Дополнительную информацию о множестве различных типов реакторов по всему миру можно найти в разделе «Атомные энергетические реакторы» Информационной библиотеки.

Ядерные реакторы очень надежны в выработке электроэнергии, способны работать 24 часа в сутки в течение многих месяцев, если не лет, без перерыва, независимо от погоды и времени года. Кроме того, большинство ядерных реакторов могут работать очень долго — во многих случаях более 60 лет. В 2019 году блоки 3 и 4 на АЭС «Турки-Пойнт» во Флориде стали первыми реакторами в мире, получившими лицензию на 80 лет эксплуатации.

Перезаправка реактора (Изображение: Vattenfall)

Что питает реактор?

В качестве топлива для реактора может использоваться ряд различных материалов, но чаще всего используется уран. Уран в изобилии, и его можно найти во многих местах по всему миру, в том числе в океанах. Можно использовать и другие виды топлива, такие как плутоний и торий.

Большинство современных реакторов содержат несколько сотен тепловыделяющих сборок, каждая из которых содержит тысячи маленьких таблеток уранового топлива.Одна пеллета содержит столько же энергии, сколько содержится в одной тонне угля. Типичный реактор требует около 27 тонн свежего топлива в год. Напротив, угольной электростанции аналогичного размера потребуется более двух с половиной миллионов тонн угля для производства такого же количества электроэнергии.

Таблетки ядерного топлива ненамного больше кусочка сахара (Изображение: Казатомпром)

Как насчет отходов?

Как и любая отрасль, атомная отрасль производит отходы.Однако, в отличие от многих других отраслей, ядерная энергетика производит очень мало энергии и полностью содержит и управляет тем, что производит. Подавляющее большинство отходов атомных электростанций малорадиоактивны, и в течение многих десятилетий с ними ответственно обращались и утилизировали. Если бы ядерная энергия использовалась для обеспечения потребностей человека в электроэнергии в течение всего года, то образовалось бы всего около 5 граммов высокорадиоактивных отходов, что равно весу листа бумаги.

С использованным топливом, выходящим из реактора, можно обращаться по-разному, включая переработку для производства энергии или прямую утилизацию. На самом деле, многие страны десятилетиями используют переработанное топливо для частичного заправки своих реакторов.

Отработавшее ядерное топливо, ожидающее переработки (Изображение: Росатом)

---

Поделиться

---

Дополнительная информация

Как уран превращается в ядерное топливо?

Атомные энергетические реакторы

---

Вас также может заинтересовать

Ядерное объяснение – Ю.S. Управление энергетической информации (EIA)

Ядерная энергия — это энергия ядра атома

Атомы — это мельчайшие частицы в молекулах, из которых состоят газы, жидкости и твердые тела. Сами атомы состоят из трех частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами. Атом имеет ядро ​​(или ядро), содержащее протоны и нейтроны, которое окружено электронами. Протоны несут положительный электрический заряд, а электроны несут отрицательный электрический заряд. Нейтроны не имеют электрического заряда. Огромная энергия присутствует в связях, которые удерживают ядро ​​вместе. Эта ядерная энергия может быть высвобождена, когда эти связи разорваны. Связи могут быть разорваны посредством ядерного деления, и эта энергия может быть использована для производства (генерации) электричества.

Солнце представляет собой гигантский шар газообразного водорода, который подвергается синтезу и выделяет при этом огромное количество энергии.

Источник: НАСА (общественное достояние)

При делении ядер атомы расщепляются, что приводит к высвобождению энергии.Все атомные электростанции используют ядерное деление, и большинство атомных электростанций используют атомы урана. При делении ядра нейтрон сталкивается с атомом урана и расщепляет его, высвобождая большое количество энергии в виде тепла и излучения. При расщеплении атома урана высвобождается больше нейтронов. Эти нейтроны продолжают сталкиваться с другими атомами урана, и этот процесс повторяется снова и снова. Этот процесс называется цепной ядерной реакцией. Эта реакция контролируется в реакторах атомных электростанций для производства желаемого количества тепла.

Ядерная энергия также может быть высвобождена при ядерном синтезе, когда атомы объединяются или сплавляются вместе, образуя более крупный атом. Термоядерный синтез является источником энергии Солнца и звезд. Разработка технологии использования ядерного синтеза в качестве источника энергии для производства тепла и электроэнергии является предметом текущих исследований, но пока неясно, будет ли эта технология коммерчески жизнеспособной из-за сложности контроля реакции синтеза.

Ядерное топливо — уран

Уран является топливом, наиболее широко используемым на атомных станциях для ядерного деления.Уран считается невозобновляемым источником энергии, несмотря на то, что он широко распространен в горных породах по всему миру. Атомные электростанции используют в качестве топлива определенный вид урана, называемый U-235, поскольку его атомы легко расщепляются.