Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 40 dotazů obsahujících »elektronu«
21) Hmotnost vybité baterie
07. 12. 2003
Dotaz: 1.) Dobrý den, zajímá mě, jestli nabitá baterie váží více, než když se vybije.
Jestliže je hmota energií, tak by měla být baterie po vybití lehčí, ne?
2.) Pokud vím, tak ve Slunci se mění protony na neutrony za vzniku neutrin a
elektronů. Měl jsem dojem, že právě z onoho náboje vznikne neutrino, jenže na
internetu nějak nejsem schopen najít důvěryhodné informace o hmotnostech
neutronu a protonu... (Vítězslav)
Odpověď: 1.) Čistě teoreticky to pravda je. Baterie je založená na elektrochemickém
principu, energie se získává přechodem elektronů do stavů s nižší energií
a podle speciální teorie relativity toto skutečně odpovídá poklesu
hmotnosti vybité baterie.
Jsou zde ale dvě ale. Jednak je daný rozdíl jen těžko měřitelný (znáte
vztah E=mc2, takže si snadno spočtete, o kolik by vybitá baterie
měla být lehčí), jednak chemické a jiné procesy ve vybíjené baterii mohou
výslednou
změnu hmotnosti ovlivnit mnohem výrazněji (mám na mysli např. unikání
některých látek z baterie nebo naopak, bude to sice zanedbatelné množství,
ale pořád řádově větší než relativistický úbytek hmotnosti).
2.)
elektron 9.10938188(72) x 10-31 kg
proton 1.67262158(13) x 10-27 kg
neutron 1.67492716(13) x 10-27 kg
hm. jednotka u 1.66053873(13) x 10-27 kg
Není ale zcela jasné, jakou reakci máte na mysli. Proton se na neutron za
vzniku protonu, neutrina a elektronu těžko změní např. kvůli zákonu
zachování náboje. Patrně jste měl na mysli β+ rozpad, ve kterém
vzniká neutron, pozitron a elektronové neutrino. Tento proces ovšem zjevně
nemůže být zdrojem energie hvězd (to by muselo při rozpadu vznikat γ
kvantum). Doporučuju nahlédnou do téměř libovolné astronomické knížky
nebo encyklopedie zabývající se hvězdami, tam budou jaderné reakce popsány
ürčitě přehledněji než by to bylo možné zde na pár řádcích.
Dotaz: Čím je daná frekvence fotonu emitujícího se z elektronu jako kvantum
elektromagnetického pole? Myslím tím rozdílnost frekvence různých typů
elektromagnetického záření. (Jindřich Gubiš)
Odpověď:
Frekvence fotonu je daná podmínkami, za kterých elektron vyzařuje. Je to jako
heknutí, když se s vámi něco stane. Když elektron v kvantovém systému
seskočí z jednoho energetického stavu na nižší, vyšle gama kvantum (foton)
s energií odpovídající rozdílu energií stavů ("hekne" s vyšší frekvencí,
když to byl vyšší skok). Když elektron kmitá v anténě mobilu, vysílá
elektromagnetické vlny (tady se moc nemluví o fotonech, protože je jich
moc) s frekvencí toho kmitání ("heká" jak se obrací tam a zpět..).
Dotaz: Poměr klidové hmotnosti protonu a elektronu je 1836. Je toto číslo konstantou?
Jak by vypadal svět, pokud by byl tento poměr jiný? (Roman Štec)
Odpověď: Toto číslo je konstantou asi ve stejném smyslu, jako je konstantou hmotnost
protonu či neutronu. Je mi těžko říci, jak by se změnil svět, kdyby tento
poměr byl jiný, ale např. chemické vlastnosti látek jsou dány právě
společným sdílením elektronù mezi molekulami, a v jádrech jejich atomů jsou
protony přitahující elektrony. Snad by někdo z kvantových chemiků odhadl,
jak by se změnily hodnoty energií a tím i vazební energie.
Dotaz: Zajímalo by mě z čeho je složen proton? Popřípadě z čeho jsou další
elementární částice? V podstatě mi jde o to co je to za hmotu a jak vlastně
vypadá? (Miloš Pařízek)
Odpověď: Stručně lze říci, že proton je složen z kvarků.
V současnosti známe šest kvarků, které se liší nábojem, hmotností
a dalšími vlastnostmi.
náboj
Kvarky
2/3
Up
Charm
Top
-1/3
Down
Strange
Botton
(náboje jsou uváděny v násobcích absolutní hodnoty náboje elektronu)
Existuje celá spousta částic (tzv. baryony, řecky
βαρυοσ - těžký), které se skládají
ze tří kvarků: proton je složený z kvarků uud, neutron z ddu
apod. (zkuste si sečíst náboje těchto kombinací, sedí s náboji protonu a neutronu!)
Vedle toho existují částice zvané mezony (řecky
μεσοτρον - střední, podle toho, že
mají hmotnost mezi hmotností protonu a elektronu),
které lze vysvětlit jako kombinace kvarku a antikvarku,
například pion π+ jako u anti-d.
Částice složené z kvarků obecně nazýváme hadrony (řecky
'αδροσ - silný, neboť jsou citlivé
na silnou interakci), známe jich dnes stovky a
liší se obsahem kvarků a tím, jak se uvnitř kvarky "hemží".
Jak jsme zjistili, z čeho se proton skládá? To lze provést například v
experimentech, kdy ostřelujeme proton elektrony. Proton se choval jako
objekt složený z více částic, od kterých se elektron odrážel.
Vedle částic složených z kvarků jěště známe další, kam patří i známý elektron,
a souhrně je označujeme jako leptony (řecky
λεπτοσ znamená lehký). Jde o elektron a
jemu podobné částice mion a tauon (jakési těžší varianty elektronu) a
neutrina, velmi lehké částice bez náboje.
náboj
Leptony
0
νe
νμ
ντ
-1
elektron e
mion μ
tauon τ
Za elementární částice dnes považujeme právě kvarky a leptony, které se v
experimentech zatím jeví jako bez další vnitřní struktury.
Další elementární částice jsou ty, které zprostředkovávají interakce mezi
částicemi, jde o foton, bosony W, Z a gluony.
Pro další informace se podívejte do sekce Atomy, jádra, částice v naší
Odpovědně, případně si zde vyhledejte pojem "kvarky".
Dalším užitečným zdrojem je populární
text o standadním modelu mikrosvěta od J. Hořejšího.
Pěkná je též knížka Pan Tompkins stále v říši divů od George Gamowa,
jejíž nové vydání doplněné Russelem Stannardem se zabývé též částicovou fyzikou.
Dotaz: Neutron se rozpadne na proton, elektron a neutrino, přestože je neutron (1x
up-kvark + 2x down-kvark i proton (2x up-kvark + 1x down-kvark) složen pouze
z kvarků. Je nějaké jednoduché vysvětlení? (Rostislav)
Odpověď: Je. Rozpady elementárních částic jsou dosti nepodobné rozpadu například
zteřelé nákupní tašky, ze které vypadávají jednotlivé věci, které tam
byly. V případě částic jde o přechod do odlišného stavu (když řeknu do
jiného stavu, tak to vyvolává jiné asociace) - ve vašem příkladu d-kvark
přejde na u-kvark (vlivem slabé interakce) se současným vysláním elektronu
a neutrína. d-kvark tam pak UŽ není, u-kvark tam před rozpadem nebyl,
elektron a neutrino taky ne.
