Вихман Э. Квантовая физика (Вихман Э. Квантовая физика.djvu), страница 15

Но, поскольку мы их однажды выбрали, ничего не сстается, как выразить через них основные физические константы, и это сделано в таблице. Мы приводим также возможные погрешности измерения этих констант, чтобы показать, с какой точностью они в настояшее время известны. '1 Более подробно зти всгрг|ы будут рассмотрены позже. Некоторые рассуждения данной главы мог|т казаться недостатаяно яснымн. Чи|ателю придется несколько раз на протяжении курса возвращаться к гл. 2. 51 В этой книге читатель, пожалуй, ни разу не столкнется с необходимостью производить вычисления, выполняемые с меньшей погрешностью, чем погрешность счетной линейки (около 0,2о4 при Та бл нц а 2А.

Некоторые фнанческне константы Т1остоянная Планка 8=2лв=(6,62559-ь0,00015) 1О ат эрг с Й=!02п=(1,05449~0,00003) 10-ат эрг с Скорость света с = (2,992925 ~0,000001) 10ы сн(с Заря д электрона е=(4,8029840 00906) 1О-та СГСЭе (1 60210 ЬО 00002).10 " )Ст Масса электрона т =(9,10908-ЬО,ООО!8) 10 е" г Масса протона МЕ= (1,62252~0,00003) ° !О аа г .1остоянная Авогадро Ме =(6,02252 ~0,00009) 10еа ноль Постоянная Больцыана )а=(1,88054 ь0,00006).

10ь ы эргГК умножении и делении). Читатель должен меть делать также элеменгарные расчеты, точность которых лежит в пределах от 10оа до простой оценки порядка величины. В конце книги в приложении дана подробная таблица физических констант (табл. А). Приближенные значения наиболее важных констант читатель найдет в табл. В приложения; их рекомендуется запомнить.

3. Определение постоянной Авогадро требует обсуждения. Когда в прошлом химики определяли атомные массы, оин работали со шкалой, в которой атомная масса природного кислорода была по определению точно равна 16. При этом, например, Слово катона взято в кавычки, чтобы показать, что мы имеем дело с тем элементом, который встречается в природе. Атомные массы, определяемые равенством, подобным (За), были получены химиками в результате тщательных измерений массы.

Они определяли, например, число граммов природного водорода, которое необходимо для того, чтобы в соединении с 16 г природного кислорода образовать воду, не дав никакого остатка. Половина этого значения н есть атомная масса водорода. Атомная масса, определенная таким методом химиками, называется атомной массой в химической шкале. Атомные массы большинства элементов близки к целым числам, но существуют и исключения. Например, атомная масса, хлора равна 35,5 (табл. ЗА).

52 Т а бл и ц а ЗА. Атомные массы наиболее легких элементов Атомная масса Злеа ент Атомная масса Элемент Е Н Не 1Л Ве В С И О Г 4. Читателю известно, что почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. Ядра построены из протонов и нейтронов. Сумма числа протонов и нейтронов называется массовым числом ядра.

Это целое число обычно обозначается буквой А. Число протонов называется атомным номером ядра. Его обозначают буквой х, и заряд ядра равен Ле, где е — элементарный заряд. Химические свойства атома определяются почти исключительно зарядом ядра, и число б является характеристикой химическоео элемента. Было обнаружено существование семейств ядер с одинаковым зарядом, но различными массовыми числами. Такие ядра получили Т а б л и ц а 4А. Природные изотопы некоторых легких элементов Относнтелььая распространен- .! ность.

% От оснт льяая распро. страпеяпость, % Атомная масса Лтомная масс о и о о ,! 2 99,759 0,037 0,204 100 15,99491 16,99914 17,99916 16 17 18 18,99840 !9 16 32 33 34 36 31,97207 32,97146 33,96786 35,96709 95,0 0,76 4,22 0,014 Ве 10 11 35 37 34,96885 36,96590 17 75,63 24,47 12 13 7 14 15 53 1,007825 2,01410 3,01603 4,00280 6,01513 7,0160! 9,012!9 10,01294 11,00931 12,000000 13,00335 14,00307 Б,00011 1,00797 )~ Не 4,0026 !' Ыа 6,939 ! МВ 9,0122 . 'А1 10,811 '. 5! 12.01115 1,' Р 14,0067 1~ 5 15,9994 ) С! 18,9984 ~, 'Аг ! 99,985 ! О 0,015 0,00013~ 100 !~ Г 7,42 92,58 5 100 19,6 80,4 98,89 С1 1,11 99,63 0,37 ! 10 20,183 11 22,9898 12 24,312 13 26,9815 14 28,086 15 30,9738 16 32,064 17 35,453 18 ~ 39,948 название различных мэобчопов данного элемента. Изоторы содержат определенное число протонов и различаются числом нейтронов.

Масса протона очень близна к массе нейтрона, и поэтому масса всех ядер очень мало отличается от целого массового числа, Существование нецелых атомных масс объясняется тем, что многие природные химические элементы представляют собой смесь двух или нескольких изотопов (табл, 4А). В этом случае измеряемая химиками «атомная масса» элемента является средним значением атомных масс соответствующих изотопов ").

Относительная распространенность различных изотопов данного элемента одна и та же в любом месте земной поверхности. Это экспериментально установленный факт. С практической точки зрения разтичные изотопы данного элемента имеют одни и те же химические СВОйетза, ВОЗТО;!У РНЗ;1ЕЛИтЬ ИЗОТОПЫ ХныпоЕСКП!лИ МЕтОДаМИ НЕГОЗ- можно. 5. Записывая .

равнение химической реакции, химик использует символы, например: Н -- водород, 1.1-- литий, Ге — железо и т. д. для обо::начеиня существующих в природе химцческпх элементов, которые могут быть, а могут и не быть смесью изотопов. Однако с точки зрения ядерной физики изотопы кислорода с массовыми числами 16 и ! 6 являются совершенно различными объектами, и когда мы пишем их обозначения в ядерных реакциях, то должны иметь возможность различать эти изотопы. Для этого служат верхние и нижние индексы, с помощью которых изотог! обычно изображают так: лх(химический символ) пли '(химический символ). Природньш кислород есть смесь трех стабильных изотопов, а именно "О, "О и "О.

Из них основной компонентой является изотоп "О. Его относительная распространенность равна 99,7699е. 6. Физики и химики давно пришли к соглашению о новой шкале атомных масс, основанной на массе изотопа углерода 'зС. 4тояи (не ядру!) этого изотопа приписана масса, точно равиля 12 ап1ол!но!!! единицах! лаосы (сокращенно ! 2 а. е. м.) . Таким образом, 1 а.е.м.= — (ащсса атома "С)=1,66 ° 1О " г. (6а) 1 !2 Постоинннн Авогадро А'а определяется как число атомов в 12 г изотопически чистого "С.

Это число и приведено в табл. 2А. В новой шкале атомная масса природного кислорода равна ! 5,9994, что очень близко к числу 16, т. е, к атомной массе кислорода в старой химической шкале. Для многих практических целей различием атомных масс в новой и старой шкалах можно пренебречь. *) Суптеетвованне 'различных изотопов химических знементов было впервые установлено Лж. Лж. Томсонам (Т/юшзоо л'. У. Кауз о1 Рояцче Е1ее1т!е!1у.— Ртое.

моу. $ое., 1.опбоп, Яет. А, 1913, е. 89, р. 1), 54 7, Постоянная Авогадро Л', является звеном, которое связывает микро- и макрофизику. Рассмотрим несколько важных физических величин, включающих Лм и на их примере продемонстрируем эту связь. 1) Масса протона равна 1,0073 а. е. м., а масса нейтрального атома водорода (изотоп >Н) равна 1,0078 а. е. и, Произведение постоянной Авогадро Л>» на массу протона Мп равно, таким образом, Л>»Мг=1,0073 г,'моль. (7а) При грубых вычислениях мы люжем считать, что (масса протона) = (масса атома водорода) яв (1'Л'«) г.

(7Ь) 2) Произведение Л', на постоянную Больцмана дает универсальнгио газовую поспгоянную Л» Л>.„у= К =8,314 1О' эрг,'(моль К) = = 1,986 кап>(мол ь К) . (7с) Таким образом, постоянная Больцмана является газовой постоянной, приходящейся на одну молекулу. 3) Произведение Л, на заряд электрона даетпостолннуюФарадел Г:> Л'«е==Р=-98 487 Кл моль. (78) Зта величина равна полному заряду, который переносится одним молем однократно заряженных ионов.

8. Обрагимся теперь к постоянной Планка. Ее можно встретить в двух обозначениях, а именно й и Й (табл. 2А). (Символ Ф читается: «Л перечеркнутоем) Оое постоянные называются постоянными Планка н встречаются одинаково часто, Впрочем, нам больше нравится й: с этой константой удобнее работать. Причина появления двух постоянных Планка в том, что писать г> проще, чем выписывать множитель 2и, возникающий во многих формулах. По той же причине'существуют две «частоты» — круговая частота и циклическая частота (или просто частота). В этой книге мы обозначаем через т частоту, равную числу повторений периодического явления за единицу времени.

Зта частота измеряется числом циклов за единицу времени и выра>кается в герцах (Гц). Угловую скорость мы обозначаем буквой «> и измеряем ее числом радиан за единицу времени (рад/с). Частота и угловая скорость связаны соотношением (8а) откуда следует, что (8Ь) Оба выражения определяют энергию фотона с частотой т. Заметим, что величину а обычно тоже называют частотой или круговой чаги!ол!ой и выражают в секундах в минус первой степени (с '), Для длины волны используются соответствующие обозначения. Истинная длина волны представляет собой период периодического явления в пространстве и обозначается буквой Л. Из длины волны Л можно образовать'.величину Л; 2 (8с) Для монохроматической волны, распространяющейся со скоростью с, гл=Лы=с.

(84 Читатель должен запомнить эти повсюду принятые обозначения. 9. Длина волны часто выражается в обратных величинах. 1 называемых аолноаыж числом. Волновые числа широко используются в оптической спектроскопии. Единицей их измерения.- является сантиметр в минус первой степени (см '). Для света в вакууме (9а! где т — частота. Волновое число пропорционально частоте, ьо его не следует путать с частотой. Заметим, что в оптической области длины волн и волновые числа могут быть измерены очень точно, гораздо точнее скорости света.