1.1. Основы физики

1.1.1. Строение вещества

Все вещества в основном состоят из протонов, нейтронов и электронов. Имеется еще множество других «строительных блоков», но они нестабильны.

Все эти частицы характеризуются четырьмя свойствами: электрическим зарядом, массой покоя, механическим моментом (спином) и магнитным моментом. Количество протонов в ядре атома равно атомному номеру этого атома.

Сумма числа протонов и числа нейтронов примерно равна атомной массе.

Эта информация является частью информации, которую можно получить из таблицы Менделеева. Электронная оболочка содержит столько же электронов, сколько протонов содержит ядро атома. Это означает, что атом электрически нейтрален.

Датский физик Нильс Бор еще в 1913 г. разработал теорию (она находит все новые подтверждения и сегодня), в которой он, в частности, доказал, что атомы могут существовать только в так называемых стационарных состояниях с определенной энергией. Когда атом переходит из одного энергетического состояния в другое, испускается квант излучения, фотон.

Эти различные переходы проявляют себя в виде световых излучений с различными длинами волн. В спектрографе они появляются в виде линий атомного спектра.

1.1.2. Молекулы и различные агрегатные состояния вещества

Атомы, удерживаемые вместе химическими связями, называются молекулами. Они так малы, что, например, 1 мм3 воздуха при атмосферном давлении содержит примерно 2,55х1016 молекул.

Все вещества могут, в принципе, существовать в разных состояниях: твердом, жидком, газообразном и в состоянии плазмы. В твердом состоянии молекулы сильными связями плотно упакованы в кристаллическую решетку. При всех температурах выше абсолютного нуля происходит некоторое движение молекул. В твердом состоянии это проявляется в виде колебаний молекул около положения равновесия, которые тем быстрее, чемвыше становится температура. Когда вещество в твердом состоянии нагревается так сильно, что жесткая структура (кристаллическая решетка) не может сдерживать движение молекул, молекулы освобождаются, вещество плавится и превращается в жидкость. Если жидкость нагревать еще больше, то связи между молекулами разрываются и жидкость переходит в газообразное состояние, что сопровождается расширением во всех направлениях и смешиванием c другими окружающими газами. Когда молекулы газа охлаждаются, их скорость уменьшается, и они вновь начинают сцепляться друг с другом. Происходит конденсация. Если же продолжать нагревать молекулы газа, они распадаются на отдельные частицы и образуют плазму, состоящую из электронов и атомных ядер.