Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 40 dotazů obsahujících »elektronu«
9) Spektrum deuteria
28. 06. 2007
Dotaz: Dobrý den, chtěl bych se zeptat, jestli je spektrum deuteria shodné se spektrem
vodíku, konkrétně by mě zajímala Balmerova série vodíku. Děkuji (Michal Kamas)
Odpověď: Předpokládám, že vodíkem myslíte tzv. lehký vodík 1H
(nejběžnější v přírodě) a chcete srovnávat jeho spektrum s deuteriem
neboli tzv. těžkým vodíkem 2H. Každá čára ve spektru atomu
(libovolného) odpovídá přechodu elektronu z jednoho povoleného stavu do
jiného, který má menší energii. Energie (a tedy i frekvence) vyzářeného
fotonu odpovídá rozdílu energií obou hladin.
Při kvantově-mechanickém výpočtu povolených stavů a jejich energií pro
elektron, který se nachází v elektrickém poli bodového náboje (jádra) lze
předpokládat, že jádro má nekonečnou hmotnost (hmotnost protonu je asi
2000-krát větší než hmotnost elektronu, stejný poměr jako ping-pongovým
míčkem a středně velkým melounem). Při tomto zanedbání se výpočet
energetických hladin pro vodík a deuterium neliší a i spektra by byla
přesně stejná.
Pokud chceme provést výpočet přesněji - tj. nebudeme předpokládat
nekonečně těžké (což je ekvivalentní „nehybnému“) jádro,
řešíme problém dvou těles, který se jednoduše dá převést na předchozí
případ (tj. případ elektronu v poli nekonečně těžkého jádra) a jediná
změna nastane v tom, že nebudeme počítat s hmotností elektronu, ale s tzv.
redukovanou hmotností, která se spočítá ze vzorce
μ = memj / (me + mj).
Dosazením za hmotnost elektronu a příslušného jádra zjistíte, že se
redukované hmotnosti pro lehký vodík a deuterium se liší asi o čtvrtinu
promile. Protože energie povoleného stavu je úměrná hmotnosti, budou se
povolené energetické hladiny a tedy i čáry ve spektru lehkého vodíku a
deuteria lišit také o zlomky promile.
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mě, jestli je náboj atomu opravdu nulový. Já si totiž
myslím že není, protože nulový by mohl být jedině pokud by vzdálenost protonu od
elektronu byla nulová, tedy měly stejný bod působení. Pokud by tedy opravdu
existovalo nějaké velmi slabé zbytkové elektrické pole, jehož náboj (kladný nebo
záporný) by závisel na pozici protonu a elektronu vzhledem k pozorovateli. A
uvažujeme-li jednoduchý atom vodíku s jedním elektronem a protonem, pak pokud by
se vzhlem k naší pozici nácházel blíže elektron působilo by na nás elektrické
pole záporné a naopak. Pokud bychom tuto úvahu aplikovali na dva atomy vodíku,
které by na sebe těmito zbytkovými náboji působily, tak by se mohlo ze začátku
sice zdát, že je pravděpodobnost, že se budou návzájem odpuzovot nebo přitahovot
stejná a výseldný pohyb byl tedy nulový. Jenže já si myslím, že tomu tak není a
že převahují, i když slabě síli přitažlivé. Vysvětluji si to následujícím
pokusem, vezmemeli dva magnety a otočíme je k sobě stejnými póly a tyto magnety
nebudou nijak omezené, natočí se k sobě vždy sami opačně orientovanými poly.
Myslím si, že podobně je tomu tak i s atomy. Už asi víte k čemu směřuji, je to
gravitační síla, která by byla právě výsledkem těchto sil.Předem děkuji za
odpověď. (Jan Kozák)
Odpověď: Pojďme se na to podívat postupně. Nejprve si představme, že v nějakém prostoru jeden proton a jeden elektron. Celkový náboj v tomto prostoru pak bude skutečně nulový, neboť +1 + -1 = 0. Abychom dokázali postihnout působení takové soustavy dvou opačných nábojů na své okolí, nevystačíme však pouze s jedním číslem (celkový náboj - to je skalární veličina) a zavádíme si proto další charakteristiku zvanou "elektrický dipólový moment" (elektric dipole moment). Elektrický dipólový moment je vektorová veličina p = q·l, kde q je velikost jednoho z nábojů a l je vzdálenost (resp. vektor rozdílu poloh) obou nábojů. Pomocí této veličiny pak dokážeme počítat silové působení na další elektrické náboje v okolí. U složitějších soustav nábojů pak zavádíme ještě další charakteristiky, například kvadrupólový moment.
Vámi nastíněná problematika atomu vodíku je však ještě o trochu složitější. Zde totiž o umístění elektronu nelze říct, kde přesně je - on je totiž s určitou pravděpodobností skoro všude okolo protonu. Atom vodíku v základním stavu proto možná trochu překvapivě nevykazuje dipólový moment. Mechanismus vzájemné vazby dvou atomů vodíku je trochu jiný a k jeho pochopení je třeba alespoň základních znalostí principů kvantové mechaniky.
Gravitační síla se do výše popsaných problémů prakticky nemíchá - je to interakce zcelajiného charakteru a navic je v porovnání s elektromagnetismem o mnoho řádů slabší a tedy zcela zanedbatelná.
Odpověď: Ano a ne, jak se to vezme. Zatímco antičásticí k elektronu je pozitron a třeba k protonu je antiproton, k fotonu ("částici" světla) je antičástice zase jenom foton. Foton je tedy antičásticí sám k sobě a z tohoto pohledu nemá smysl rozlišovat mezi světlem a antisvětlem. Pojem antisvětlo se proto vůbec nepoužívá.
Částic, které jsou identické se svými antičásticemi, existuje více. Příkladem může být třeba intermediální bozon Z0. Jelikož částice mají opačný náboj než k nim příslušné antičástice, jsou všechny takové částice (foton, Z0, ...) elektricky neutrální. Existují však i elektricky neutrální částice, k nimž od nich odlišitelné antičástice existují, například dvojice neutron - antineutron.
Dotaz: Pane Jermář, v otázce „Elektrické nebo magnetické síly“ ze 6.3.2006
vysvětlujete magnetické silové působení mezi dvěma přímými vodiči s paralelními,
resp. antiparalelními proudy jako relativistický efekt, tedy, že vlastně volba
nebo nevolba vektoru B je otázkou souřadnicové soustavy. Jak by se ale podle
Vás dalo pomocí relativity vysvětlit magnetické silové působení na náboj
pohybující se ne rovnoběžně s, ale KOLMO k (nebo od) drátu (v rovině
procházející drátem), jímž protéká proud??????? Dík P (Láda)
Odpověď: Obávám se, že se nám v tomto případě nepodaří vysvětlit jev stejně elegantně, jako v případě rovnoběžných vodičů. Speciální teorie relativity ve svých důsledcích vede k závěru, že vždy existuje inerciální vztažná soustava, z níž se bude nějaký elektromagnetický jev jevit jako čistě elektrický či čistě magnetický - právě toho jsme využili v případě paralelních vodičů. Taková soustava samozřejmě bude existovat i v případě elektromagnetických jevů spojených se dvěma navzájem kolmými vodiči (a tedy v i případě kolmo letícího elektronu), nicméně ona vyjímečná inerciální soustava tentokrát nebude spjata s žádným objektem (v prvním případě jsme ji spojovali s pohybujícím se elektronem). Můžeme tedy takovou soustavu matematicky dopočítat diagonalizací tenzoru elektromagnetického pole, nebude však nijak snadné matematické výsledky jednoduše a intuitivně interpretovat.
