Indhold
Tre måder at finde protonmasse inkluderer beregning fra teori, ud fra atomare molmasse og ladning / masse sammenligning med elektroner. Brug af teori til at finde, hvad protonmasse “skal være”, er kun realistisk for eksperter på området. Opgift / masse og molær masse beregninger kan udføres på grund- og gymnasieniveau.
Udled protonmasse fra kvante- og relativitetsteorier. Protoner har indre struktur - tre partikler (kvarker), der holdes sammen af attraktive kræfter (gluoner). Naive antagelser ville give hver kvark 1/3 protonmasse. Cirka 95 til 98 procent af protonmassen bidrager ikke med kvarkmasse. I sandhed stammer de fleste protonmasser fra interaktionsenergi mellem kvarkerne. Husk "E = mc ^ 2", hvis der er forvirring omkring udtrykket "masse er afledt af energi."
Beregn kendt molær brintmasse. En mole er lig med 6.022e23, ligesom et dusin er 12 eller et par er lig med to. Vi kan tage det som en selvfølge, at en mol hydrogenatomer (ikke “H2” -molekyler) vejer 1.0079 g. Hvert hydrogenatom indeholder en proton, så en mol protoner vejer 1.0079 g. Da hver mol svarer til 6.022e23 enheder, ved vi, at 6.022e23-protoner vejer 1.0079 gram. Opdeling af 1.0079 g efter molnummer (1.0079 / 6.022e23) giver protonmasse: 1.6737e-24 g.
Bemærk, at brintatomer har et elektron, der balanserer protonladningen. Protoner uden elektroner, enten som opløst i opløsning eller som plasma, er meget forskellige fra hydrogenatomer. Da beregningen ikke stopper der, kan vi ignorere den fysiske absurditet i at foregive at elektroner ikke findes.
Husk, at den "molære masse" -beregningsmetode kan udføres med ethvert element. Tre fejlkilder kryber imidlertid op. For det første er protoner i hydrogenatomer ikke bundet. I andre elementer er protoner bundet til neutroner. Protoner bundet i en kerne har mindre energi - derfor lidt mindre masse - end isolerede protoner. For det andet begynder elektronnummeret, og fejlen, hvis man ignorerer dem, begynder at tilføje sig. Regnskab for elektroner gør hele bestræbelserne mere kompliceret. Endelig er tungere elementer radioaktive. Overvej forfaldsstier, isotopens tilstedeværelse, halveringstider osv. Igen er beregningen stadig mulig, men den bliver vanskeligere end den skal være.
Brug forhold / ladning / masse. Denne metode måler partikelkrumning ved indtræden i kalibrerede elektriske og magnetiske felter. Krumningsstørrelse ville indikere protonmasse sammenlignet med elektronmasse. Den eksperimentelle idé svarer til at påvirke bevægelsen af en rullende kugle. En konstant mekanisk kraft afbøjer en tung vandmelon (proton) fra lige linie i mindre omfang. Den samme kraft vil aflede en let golfbold (elektron) meget mere.