Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +

BUDOWA I WŁASNOŚCI JĄDER ATOMOWYCH Liceum Ogólnokształcące im. Gen BUDOWA I WŁASNOŚCI JĄDER ATOMOWYCH Liceum Ogólnokształcące im. Gen. Mariusza Zaruskiego w Węgorzewie Waldemar Czapski informatyka +

Układ treści zajęć Budowa jądra atomowego Ładunek elektryczny jądra Rozmiary jąder atomowych Masa i gęstość jąder atomowych Rodzaje jąder atomowych Spektrometr masowy informatyka +

1. Budowa jądra atomowego Jądra atomowe (nazywane także nuklidami) zbudowane są z nukleonów. Wyróżniamy tylko dwa rodzaje nukleonów, są to protony i neutrony. Proton jest cząstką naładowaną elektrycznie, posiadającą ładunek elementarny dodatni e = 1,602  10-19 C Masa protonu wynosi - mp = 1,673  10-27 kg = 1,00727 u u – jednostka masy atomowej u = 1,66  10-27 kg (u = 1/12 masy obojętnego atomu węgla 12C). Neutron jest cząstką obojętną elektrycznie. Masa neutronu wynosi - mn = 1,675  10-27 kg = 1,00866 u. Ogólnie oznaczenie jądra atomowego zapisujemy symbolicznie w sposób następujący: X – symbol chemiczny pierwiastka A – liczba masowa – informuje o liczbie nukleonów w jądrze (jest to suma ilości protonów i neutronów w danym jądrze) Z – liczba atomowa – informuje o liczbie protonów w jądrze N – liczba neutronów w jądrze – liczba ta jest równa różnicy A – Z Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. informatyka +

Budowa jądra atomowego - cd Często w zapisie symbolicznym jądra pomija się liczbę neutronów N Przykładowe symbole jąder atomowych: jądro helu – posiada dwa protony i dwa neutrony jądro tlenu – posiada osiem protonów i osiem neutronów jądro azotu - posiada siedem protonów i siedem neutronów Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. jądro uranu - posiada 92 protony i 146 neutronów informatyka + 5 5

2. Ładunek elektryczny jądra atomowego Ładunek każdego jądra jest dodatni i równy wielokrotności ładunku protonu Qj = +Z e jądro helu – Q = +2e = 3,204 · 10-19C jądro tlenu – Q = +8e = 12,816 · 10-19C Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. jądro azotu – Q = +7e = 11,214 · 10-19C jądro uranu – Q = +92e = 147,384 · 10-19C informatyka + 6 6

3. Rozmiary jąder atomowych Wszystkie znane współcześnie metody wyznaczania rozmiarów jądra prowadzą do następującego wzoru empirycznego na promień jądra: gdzie A – liczba masowa, r0 = 1,2  10-15 m = 1,2 fm, 1 fm – femtometr (fermi) – jednostka długości stosowana w fizyce jądrowej 1 fm = 10-15 m Jądro wodoru składa się tylko z jednego protonu tak więc Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. A = 1 rj = r0 = 1,2 fm r0 możemy traktować jako promień protonu. informatyka + 7 7

Rozmiary jąder atomowych - cd Promień jądra uranu wynosi rj = 1,2 fm   7,44 fm Przyjmując, że jądro ma kształt kuli objętość jądra obliczamy ze wzoru Zatem objętość jądra jest proporcjonalna do liczby masowej pierwiastka. Z powyższych danych wynika, że średnica jądra atomowego jest około 20000 razy mniejsza od średnicy atomu Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. Gdyby jądro powiększyć do rozmiarów monety, wówczas cały atom miałby rozmiar stadionu. Wnioskować można, iż atom w zdecydowanej większości jest pusty w środku. informatyka + 8 8

4. Masa i gęstość jąder atomowych Jedną z metod wyznaczania masy jąder atomowych jest metoda spektrometrii masowej. W metodzie tej masę jądra wyznacza się na przykład, badając odchylenia jąder o znanej prędkości w jednorodnym polu magnetycznym. Przyrządy służące do pomiaru mas jąder atomowych nazywamy spektrometrami masowymi. Znając masę oraz rozmiary jądra można obliczyć średnią gęstość materii jądrowej, która okazuje się niewyobrażalnie wielka. Gęstość substancji jądrowej wszystkich jąder jest taka sama i wynosi około ρ = 2,8 · 1017 kg/m3 Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. Na podstawie doświadczenia Rutherforda i pomiarów mas jąder atomowych w spektrometrach masowych można stwierdzić, że około 99,9% masy atomu zawarte jest w jądrze. informatyka + 9 9

Wyróżniamy trzy podstawowe grupy jąder atomowych: 5. Rodzaje jąder atomowych Wyróżniamy trzy podstawowe grupy jąder atomowych: a) izotopy – są to jądra posiadające taką samą liczbę atomową Z , ale różne liczby masowe A. Oznacza to, że izotopy są to jądra tego samego pierwiastka różniące się ilością neutronów. Dobrym przykładem izotopów są izotopy wodoru: prot deuter oznaczany też jako tryt oznaczany też jako Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. b) izobary – są to jądra posiadające takie same liczby masowe, ale różne liczby atomowe; c) izotony – są to jądra posiadające taką samą liczbę neutronów przy różnej liczbie protonów. informatyka + 10 10

Zasada działania spektrometru masowego 6. Spektrometr masowy Zasada działania spektrometru masowego źródło jonów  B E selektor prędkości Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. informatyka + 11 11

Spektrometr masowy - cd Spektrometr GCMS (Trace 2000 / Automass III firmy ThermoQuest) własność CBMiM PAN Wysokorozdzielczy spektrometr mas Finnigan MAT 95 ze źródłem jonów EI/CI/FAB i analizatorem magnetycznym i elektrycznym. Własność CBMiM PAN Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia: nie mógł znacząco komplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego i zmniejszyć jego dostępność dla widza ze względu na cenę; należało przyjąć zasadę odpowiedniości, czyli możliwości odbioru programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie; powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej, nie powodując zakłóceń w kanałach sąsiednich; jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza. informatyka + 12 12