Aineosakeste vastastikmõju. Erinevate ainete uurimine näitas

Molekulaarkineetilised ideed aine struktuuri kohta selgitavad vedelike, gaaside ja kogu omaduste mitmekesisust tahked ained. Aineosakeste vahel toimub elektromagnetiline vastastikmõju – need tõmbavad ja tõrjuvad üksteist elektromagnetiliste jõudude toel. Molekulide väga suurte vahemaade korral on need jõud tühised.

Molekulide vastasmõju jõud

Kuid pilt muutub, kui osakeste vaheline kaugus väheneb. Neutraalsed molekulid hakkavad ruumis orienteeruma nii, et nende vastastikku asetsevad pinnad hakkavad omama märgilt vastandlikke laenguid ja nende vahel hakkavad mõjuma tõmbejõud. See juhtub siis, kui kaugus molekulide keskpunktide vahel rohkem kui summa nende raadiused.

Kui jätkame molekulide vahelise kauguse vähendamist, hakkavad nad sarnase laenguga elektronkihtide vastasmõju tulemusena tõrjuma. See juhtub siis, kui interakteeruvate molekulide raadiuste summa on suurem kui osakeste tsentrite vaheline kaugus.

See tähendab, et suurtel molekulidevahelistel kaugustel domineerib külgetõmme ja lähikaugustel tõrjumine. Kuid osakeste vahel on teatud vahemaa, kui nad on stabiilses tasakaaluasendis (tõmbejõud on võrdsed tõukejõududega). Selles asendis on molekulidel minimaalne potentsiaalne energia. Molekulidel on ka kineetiline energia sest nad on pidevalt liikumises.

Seega eristab osakeste vaheliste interaktsioonisidemete tugevus aine kolme olekut: tahket, gaasilist ja vedelat ning selgitab nende omadusi.

Võtame näiteks vee. Suurus, kuju ja keemiline koostis veeosakesed jäävad samaks, olgu see siis tahke (jää) või gaasiline (aur). Kuid see, kuidas need osakesed liiguvad ja paigutatakse, on iga oleku puhul erinev.

Tahked ained

Tahked ained säilitavad oma struktuuri ja neid saab jõuga lõhestada või purustada. Te ei saa lauast läbi minna, sest nii teie kui ka laud olete tugevad. Tahketel osakestel on aine kolmest traditsioonilisest olekust kõige vähem energiat. Osakesed on paigutatud kindlasse struktuursesse järjestusse, mille vahel on väga vähe ruumi.

Neid hoitakse koos tasakaalus ja saavad ainult vibreerima fikseeritud asendi ümber. Selle tulemusena on tahked ained kõrge tihedusega ja fikseeritud kuju ja maht. Kui laud mõneks päevaks üksi jätta, siis see ei laiene ja õhuke puidukiht kogu põrandal ei täida ruumi!

Vedelikud

Nii nagu tahkes aines, on vedelikus osakesed pakitud tihedalt üksteisele, kuid paiknevad juhuslikult. Erinevalt tahketest ainetest võib inimene vedelikku läbida, see on tingitud osakeste vahel mõjuva tõmbejõu nõrgenemisest. Vedelikus võivad osakesed üksteise suhtes liikuda.

Vedelikel on kindel maht, kuid neil ei ole kindlat kuju. Nad hakkavad gravitatsiooniline vool. Kuid mõned vedelikud on viskoossemad kui teised. Viskoosses vedelikus on molekulide omavaheline interaktsioon tugevam.

Vedelate molekulide kineetiline energia (liikumisenergia) on palju suurem kui tahkel kehal, kuid palju väiksem kui gaasil.

gaasid

Gaaside osakesed on üksteisest kaugel ja paiknevad juhuslikult. Sellel aine olekul on kõrgeim kineetiline energia, kuna osakeste vahel pole praktiliselt ühtegi külgetõmbejõudu.

Gaasi molekulid on pidevas liikumises kõigis suundades (aga ainult sirgjooneliselt), põrkuvad üksteisega ja anuma seintega, milles nad asuvad - see põhjustab survet.

Gaasid paisuvad ka, et täita täielikult anuma ruumala, olenemata selle suurusest või kujust - gaasidel ei ole kindlat kuju ega mahtu.

Miks on paljudel tahketel ainetel suur tugevus? Diiselvedurit saab tõsta vaid 25 mm paksusele terastrossile. Kivi on raske tükkideks jagada. Seda saab seletada tahkeid aineid moodustavate osakeste külgetõmbejõuga. Tahketes ainetes olevad molekulid (aatomid) tõmbuvad üksteise poole. Aga miks siis ei saa purustatud klaasist tassi tükke ilma liimita üheks tervikuks ühendada? Samas saab plastiliinitükke lihtsalt üheks tükiks liita. Tehke see kogemus ise.

Neid fakte saab seletada eeldusega, et molekulide (aatomite) külgetõmme avaldub vaid väikestel vahemaadel nende vahel. Tõepoolest, kui kuumutada klaasitükke nii, et klaas muutub pehmeks, ja suruda need üksteise vastu, kleepuvad need kokku üheks tervikuks.

Samuti tõmbavad ligi vedeliku molekulid. Teeme katse. Vedrule riputame puhta klaasplaadi ja märgime osutiga vedru alumise otsa asendi (joon. 106, a). Toome plaadile anuma veega, kuni see puutub kokku veepinnaga (joon. 106, b), misjärel laseme anuma alla, kuni plaat tuleb lahti. Vedru pikenemine suureneb, mis näitab vedeliku (vee) osakeste ligitõmbamist anumas ja klaasplaadi pinnal.

Riis. 106

Kuid gaasi molekulid (aatomid) praktiliselt ei tõmba üksteise külge. Gaasides paiknevad osakesed suuremal kaugusel kui vedelikes ja tahketes ainetes. Atraktsioon nendel vahemaadel on tühine. Seetõttu hajuvad gaasimolekulid kogu gaasi poolt pakutava mahu ulatuses. Näiteks avatud pudelist pärit parfüümilõhn levib üle ruumi.

Kas molekulide vahel on tõrjumine?

Võtke täiskummist pall ja proovige seda pigistada (joonis 107, a). Kas seda on lihtne teha? Tuleb vaid palli pigistamine lõpetada, kuna see taastab kohe oma kuju (joonis 107, b). Tähendab, osakeste vahel pall on tõrjumine. Just osakeste tõrjumine muutis palli kokkupressimise keeruliseks, see taastas ka esialgse kuju.

Riis. 107

Väga oluline on mõista, et aineosakeste külgetõmbe- ja tõukejõud avaldub vaid väikestel osakeste vahemaadel, s.t tahketes ja vedelikes ning muutub nende vahemaadega märgatavalt. Molekulide vastasmõju kirjeldades modelleerime neid kuulidega. Niisiis kompenseeritakse (tasakaalustatakse) kahe molekuli külgetõmbejõud teatud vahemaadel tõrjumisega (joonis 108, a). Molekulide eemaldumisel (joonis 108, b) muutub tõukejõud külgetõmbest väiksemaks ja molekulide lähenemisel (joonis 108, c) muutub tõukejõud külgetõmbest suuremaks.

Riis. 108

Kahe molekuli vastastikmõju kehas võib tinglikult võrrelda kahe vedruga koos hoitud kuuli vastasmõjuga (joon. 109, a). Kaugustel r\u003e r 0 (vedru on venitatud) tõmbuvad kuulid üksteise külge (joonis 109, b) ja vahemaadel r< r 0 (пружина сжата) - отталкиваются (рис. 109, в).

Riis. 109

Kuigi see mudel on illustreeriv, on sellel puudus: see näitab pallide vahel kas külgetõmmet või tõrjumist. Aineosakeste vahel eksisteerivad külgetõmme ja tõrjumine üheaegselt! Mõnel kaugusel (kui osakesed eemalduvad) domineerib külgetõmme ja teistel (kui nad lähenevad üksteisele) tõrjumine.

Mõtle ja vasta

1. Milliseid teile teadaolevaid fakte seletab aineosakeste vastastikune külgetõmbejõud? Vastastikune tõrjumine?
2. Miks võtab gaas alati kogu pakutava mahu?
3. Miks on metallkaablit palju keerulisem venitada kui sama suurt kummikaablit?
4. Tõmmake vesi meditsiinilisse süstlasse (ilma nõelata). Sulgege auk sõrmega ja pigistage kolviga vett. Miks on vesi praktiliselt kokkusurumatu?
5. Pigistage kustutuskumm ja vabastage. Mis põhjustas kustutuskummi algse kuju ja suuruse naasmise?
6. Näidake oma kogemusega, et kuivad paberilehed ei kleepu üksteise külge, kuid veega niisutatud paberilehed küll. Selgitage täheldatud mõju.
7. Niisutage kahte paberilehte: üks vees, teine ​​taimeõlis. Kas nad libisevad? Pakkuge välja hüpotees selle nähtuse selgitamiseks.

Tehke seda ise kodus

1. Pange kaks tükki kokku parafiini küünal. Kas nad ühendasid? Miks?
2. Kuumuta ühe küünla ots alkoholilambi (või muu küünla) leegis pehmeks. Ühendage tükid. Mis selle tulemusena juhtus? Miks?

Huvitav teada!

Kui puhastada kahe pliisilindri otsad hoolikalt noa või teraga ja suruda need tihedalt üksteise vastu, siis silindrid “kleepuvad kokku”. vastastikune külgetõmme silindrid on nii suured, et mahutavad raskust m = 5 kg (joonis 110).

Riis. 110

Pliisilindrite "adhesioon" tõestab, et ainete osakesed suudavad üksteist ligi tõmmata. See külgetõmme tekib aga ainult siis, kui kehade pinnad on väga siledad (selleks oli vaja teraga puhastamist). Lisaks peavad kehad olema tihedalt üksteise vastu surutud, et kehade pindade vaheline kaugus oleks võrreldav molekulide omavahelise kaugusega.

Parempoolsel joonisel on kehaosakesed skemaatiliselt kujutatud järjestatud pallidena. Nooled näitavad tõukejõude, mis mõjuvad osakesele selle "naabritelt". Kui kõik osakesed oleksid üksteisest võrdsel kaugusel, oleksid tõukejõud vastastikku tasakaalus ("roheline" osake).

MKT teise positsiooni järgi aga liiguvad osakesed pidevalt ja suvaliselt. Seetõttu muutuvad kaugused iga osakese ja tema naabrite vahel pidevalt ("punane" osake). Järelikult muutuvad nende vastasmõju jõud pidevalt ja ei ole tasakaalus, püüdes osakest tagasi viia tasakaaluasendisse. See on, alati eksisteerivate tahkete ja vedelate kehade osakeste potentsiaalne energia muutub pidevalt. Võrdle: gaasides osakeste potentsiaalne energia praktiliselt puudub, kuna nad asuvad üksteisest kaugel (vt § 7-b).

Elastsusjõu tekkimine. Keha kokku surudes või venitades, painutades või keerates viime kokku või eemaldame selle osakesed (vt joonis). Seetõttu muutuvad osakeste külgetõmbe-tõukejõud, mille ühistegevus on elastsusjõud.

Painutatava kustutuskummi kummiosakesi (vt ka joonist "d") kujutasime tavapäraselt kuulidena. Sõrmega vajutades lähenevad ülemised osakesed üksteisele (“roheline” kaugus on väiksem kui “punane”). See toob kaasa tõrjuvate jõudude ilmnemise (mustad nooled on suunatud osakestest eemale). Kustutuskummi alumise serva lähedal liiguvad osakesed üksteisest eemale, mis viib nende vahele atraktiivsete jõudude ilmnemiseni (mustad nooled on suunatud osakeste poole). Ülemise näo lähedal asuvate tõukejõudude ja alumise näo lähedal asuvate külgetõmbejõudude samaaegse toime tulemusena "tahab" kustutuskumm sirguda. Ja see tähendab, et selles tekib elastsusjõud, mis on suunatud survejõule vastupidiselt.

Pange oma teadmised proovile:

1. Selle jaotise peamine eesmärk on arutada...
2. Mida me märkame silindrite otste kokkupressimisel?
3. Kas silindrid on tugevalt üksteise külge kinnitatud?
4. Milline järeldus tuleneb silindritega tehtud katsest?
5. Millistel tingimustel tekib kehade ja ainete osakeste külgetõmme?
6. Milline tähelepanek annab tunnistust osakeste tõrjumisest?
7. Miks me arvame, et aineosakesed võivad üksteist tõrjuda?
8. Millistel tingimustel vaadeldakse osakeste vastastikmõju?
9. Kuidas muutub aineosakeste interaktsiooni iseloom sõltuvalt nendevahelisest kaugusest?
10. Millisel juhul ainete osakeste koostoime puudub?
11. Miks on aineosakestel potentsiaalne energia?
12. Miks on tahkete ja vedelate ainete osakestel alati potentsiaalne energia?
13. Mida sümboliseerivad joonisel olevad mustad nooled koos tahke aine osakestega?
14. Kuna iga keha või aine osakesed liiguvad pidevalt, ...
15. Kuna osakeste vahelised kaugused muutuvad pidevalt, ...
16. Kirjelda potentsiaalne energia tahkete ja vedelike osakesed. Ta on,...
17. Iseloomusta gaasiosakeste potentsiaalset energiat.
18. Millistel juhtudel muudame kehaosakeste vahelist kaugust?
19. Samal ajal muutuvad kehaosakeste külgetõmbe-tõrjumise jõud, kuna ...
20. Keha elastsusjõud on samaaegselt mõjuv ...
21. Mis juhtub kustutuskummi ülaosa lähedal olevate osakestega? Nemad on...
22. Kustutuskummi elastsusjõud on tingitud...

Osakeste vastastikmõju ainega sõltub nende tüübist, laengust, massist ja energiast. Laetud osakesed ioniseerivad aine aatomeid interakteerudes aatomi elektronidega. Neutronid ja gamma kvantid, põrkudes aines olevate osakestega, annavad neile oma energia üle, põhjustades sekundaarsete laetud osakeste moodustumise tulemusena ionisatsiooni. γ-kvantide puhul on peamised laetud osakeste tekkeni viivad protsessid fotoelektriline efekt, Comptoni efekt ja elektron-positroni paaride teke. Osakeste interaktsioon ainega sõltub aine sellistest omadustest nagu selle tihedus, aatomarv ja aine keskmine ionisatsioonipotentsiaal.

Raske laetud osakese ionisatsioonienergia kadu

Raske mitterelativistlik laetud osake laenguga Ze ja kiirusega v lendab piki x-telge elektronist kaugusel ρ (joonis 2.2). Interaktsioonijõud osakeste lähima lähenemise hetkel F = Ze 2 / ρ 2 . Interaktsiooniaeg Δt ≈ 2 ρ /v . Elektronile ülekantav impulss on Δp ≈ FΔt = 2Ze 2 / (ρ v) . Ülekantud energia
ΔE ≈ (Δp) 2 /2m e = 2Z 2 e 4 /(m e v 2 ρ 2). Kui n on elektronide arv ruumalaühikus, siis elektronide arv ruumalaelemendis
∆N = 2πρndρdx. Elektronidele ülekantud koguenergia,

kus m e on elektroni mass (m e c 2 = 511 keV on elektroni puhkeenergia); c on valguse kiirus; β = v/c; v on osakese kiirus; Z on osakeste laeng positroni laengu ühikutes; n e on aine elektrontihedus; on selle keskkonna aine aatomite keskmine ionisatsioonipotentsiaal, mida osake läbib:
= 13,5Z " eV, kus Z " on keskkonna aine tuumade laeng positroni laengu ühikutes;
r 0 \u003d e 2 / (m e c 2) \u003d 2,818 10 -13 cm - elektroni klassikaline raadius.

Riis. p4.2. Laetud osakese energia erikadu õhus.

Elektronide vastastikmõju ainega

Elektronide läbimine ainest erineb raskete laetud osakeste läbimisest. peamine põhjus- elektroni väike mass, mis põhjustab iga kokkupõrke korral aineosakestega elektroni impulsi suhteliselt suure muutuse, põhjustades märgatava elektroni suuna muutumise ja selle tulemusena elektromagnetkiirguse.
Kineetilise energiaga elektronide energia erikadu Te on ionisatsiooni- ja kiirgusenergia kadude summa.

Elektronide ionisatsioonienergia kadu

Madala elektronenergia piirkonnas (T e< 1 МэВ) определяющий вклад в потери энергии дают неупругие ионизационные процессы взаимодействия с атомными электронами, включающие ионизацию атомов. Передаваемая в одном столкновении энергия в среднем мала и при движении в веществе потери складываются из очень большого числа таких малых потерь энергии.

Elektronide kiirgusenergia kadu

Suhteliselt madala energiaga piirkonnas domineerivad elektronide ionisatsioonienergia kaod. Kui elektronide energia T e suureneb, suureneb kiirgusenergia kadu. Klassikalise elektrodünaamika järgi kiirgab kiirendust a kogev laeng energiat. Kiirgusvõimsus W määratakse seosega W = (2/3)e 2 a 2 /c 3 . Laenguga z osakese kiirendus laenguga Z aatomituuma väljas: a≈ Zze 2 /(mr 2).
Kiirendus on pöördvõrdeline osakeste massiga m. Seetõttu on prootoni aeglustumisel emiteeritud energia ~3,5·10 6 korda väiksem kui elektroni kiirgav energia samas väljas. Kiirguskaod, millel on oluline roll suure energiaga elektronide aeglustumisel, on raskete laetud osakeste aine läbimisel praktiliselt tähtsusetud.

	E<< m e с 2 = 511 кэВ,

Vedeliku ja tahke aine elektronide kiirgus- ja ionisatsioonispetsiifiliste energiakadude suhe määratakse järgmise seosega:

(punkt 4.4)

Energiat, mille juures kiirguse ja ionisatsiooni energiakaod muutuvad samaks, nimetatakse kriitiliseks.

Laetud osakese ulatus aines

Raske laenguga osakesed interakteeruvad peamiselt aatomielektronidega ja seetõttu kalduvad nad oma algliikumise suunast vähe kõrvale ning liiguvad peaaegu sirgjooneliselt. Osakese poolt täieliku aeglustuseni läbitava tee keskmine pikkus langeb kokku kaugusega osakeste sisenemispunktist ainesse kuni nende peatumispunktini ja seda nimetatakse osakeste teeks. Tavaliselt mõõdetakse läbisõitu pikkusühikutes (m, cm, mikronid) või pikkuse korrutis aine tihedusega (g / cm 2).

α-osakeste ulatus erinevates ainetes sõltuvalt energiast T α

Prootonite ulatus alumiiniumis sõltuvalt energiast T p

γ-kvantide koostoime ainega

γ-kvantide energiavahemikus 10 KeV kuni 10 MeV on kolm γ-kvantide ja aine interaktsiooni mehhanismi kõige olulisemad:

• fotoelektriline efekt,
• Comptoni (ebaühtlane) hajumine
• elektron-positroni paaride moodustumine.

fotoelektriline efekt– g-kvantide interaktsiooni protsess aatomikihi elektroniga. Aatomist lendab välja elektron kineetilise energiaga T e = E γ – I i , kus E γ on γ-kvanti energia, I i on aatomi i-nda elektronkihi ionisatsioonipotentsiaal. Comptoni efekt – footoni hajumise protsess vaba elektroni poolt, mille käigus muutub hajutatud footoni lainepikkus. Elektron-positroni paaride moodustumine esineb aatomituuma väljas γ-kvanti energial E γ ≥ 2m e c 2 või elektronil E γ ≥ 4m e c 2 juures.
Aine interaktsiooni tulemusena nõrgeneb γ-kiire intensiivsus. γ-kvantide monoenergeetilise kiire intensiivsuse sumbumist kirjeldab seos

Siin N on keskmiste tuumade arv 1 cm 3 -s.

Riis. p4.3. Alumiiniumi ja plii lineaarse neeldumisteguri sõltuvus γ-kvantide energiast

Neeldumistegur μ sõltub γ-kvantide energiast ja aine omadustest. Täpsed seosed fotoelektrilise efekti, Comptoni efekti ja paari moodustumise efekti ristlõigete vahel on võimalik saada kvantelektrodünaamika meetoditega. Ristlõike väärtuste hindamiseks kasutatakse järgmisi seoseid:

• Fotoelektrilise efekti ristlõige tuumale kõige lähemal asuva elektroni K-kihil:

kus r e = e 2 /(m e c 2), ε = E γ /(m e c 2).

ε jaoks<< 1:		(punkt 4.10)
ε >> 1 jaoks:		(punkt 4.11)

• Moodustuse ristlõige e + e − aur

M e c 2 jaoks<< E γ << 137m e c 2 Z -1/3

(punkt 4.12)

Punktis E γ >> 137m e c 2 Z -1/3

(punkt 4.13)

Tšerenkovi kiirgus

Tšerenkovi kiirgus on dipoolide koherentne kiirgus, mis moodustub läbiva laetud osakese polariseerumise tulemusena ja tekib siis, kui need dipoolid (polariseeritud aatomid) naasevad oma algsesse polariseerimata olekusse. Kui osake liigub aeglaselt, on dipoolidel aega oma suunas pöörata. Sel juhul on keskkonna polarisatsioon osakese koordinaadi suhtes sümmeetriline. Üksikute dipoolide kiirgus kustutab üksteist algolekusse naastes. Kui osake liigub antud keskkonna jaoks "ülevalguse" kiirusega, on dipoolide viivitatud reaktsiooni tõttu need orienteeritud valdavalt osakese liikumise suunas. Tekkiv polarisatsioon osutub osakese asukoha suhtes asümmeetriliseks ja dipoolide kiirgus on kompenseerimata.
Tšerenkovi kiirguse lainefront (joonis 2.5) on osakese kiirgavate sfääriliste lainete mähis. Footonid emiteeritakse osakeste liikumise suuna suhtes nurga θ all:

cosθ = (βn) -1 ,

kus β = v/c, n on keskkonna murdumisnäitaja. Valguslainete A mähisjoon kiirusega v > c/n liikuva osakese puhul on koonus avanemisnurgaga 2φ, mille tipp langeb kokku osakese asukohaga antud hetkel (punkt P " joonisel) ja koonuse generaatorite normaalid näitavad Tšerenkovi kiirguse levimissuunda.

Ülesanded

P 4.1. Mitu korda erinevad prootonite ja K + -mesonite energiakaod kineetilise energiaga T = 100 MeV 1 mm paksuses alumiiniumfooliumis?

P 4.2. Prootonikiir kineetilise energiaga T = 500 MeV ja voolutugevusega I = 1 mA läbib vaskplaati paksusega D = 1 cm Arvutage tala poolt plaadis hajutatud võimsus W.

P 4.3. Määrake süsiniku, alumiiniumi ja raua elektronide kriitilised energiad.

P 4.4. Alumiiniumneelduris on vaja neelata elektron energiaga 2 MeV. Määrake selle paksus.
Vastus: D = 0,35 cm

P 4.5. Kui palju energiat kaotab elektron energiaga 500 MeV, kui see läbib 1 cm paksust alumiiniumist neeldurit?

P 4.6. Radioaktiivne allikas kiirgab γ-kvanti energiaga 1 MeV. Kui suur peaks olema pliimahuti seinapaksus, et kiirguse intensiivsust nõrgendada 1) korda 103, 2) korda 105?

P 4.7. Kuidas toimuvad raskete ja kergete laetud osakeste energiaülekanded ainele?

P 4.8. Kuidas sõltuvad osakeste spetsiifilised ionisatsioonikaod keskkonna omadustest, milles nad liiguvad?

P 4.9. Arvutage 10 MeV α-osakeste ionisatsioonienergia erikao suhe õhus, süsinikus ja pliis.

P 4.10. Arvutage 1 MeV, 10 MeV, 100 MeV ja 1 GeV plii energiaga prootonite eriionisatsioonienergia kadu.

P 4.11. Prooton kineetilise energiaga 10 MeV põrkub puhkeolekus elektroniga. Arvutage maksimaalne energia, mida elektron saab.

P 4.12. Arvutage, millise kineetilise energia T omandab algselt seisev elektron temast möödudes massi M ja laenguga osakese löögiparameetriga ρ Z. Osakeste kiirus enne kokkupõrget v<< c.
Vastus:

P 4.13. 50 MeV energiaga elektronid ja prootonid langevad 2 mm paksusele alumiiniumplaadile. Määrake elektronide ja prootonite energiad plaadi väljundis.
Vastus: T p = 40,7 MeV, T e = 46,4 MeV

P 4.14. Arvutage õhu, vee ja plii kriitilised elektronide energiad.

P 4.15. Arvutage 100 MeV energiaga elektroni kiirgus- ja ionisatsioonienergia erikaod läbi alumiinium- ja pliifooliumi.
Vastus: Al: (dTe/dx) ioon = 6,2 MeV/cm, (dTe/dx) rad = 10,1 MeV/cm;
Pb: (dT e /dx) ioon = 4,3 MeV/cm, (dT e /dx) rad = 44 MeV/cm

P 4.16. Arvutage fotoelektrilise efekti, Comptoni hajumise ja e + e - paaride tekke ristlõiked, kui Al kiiritatakse γ-kvantiga, mille energiad on 1) 1 MeV, 2) 5 MeV, 3) 50 MeV.

P 4.17. Arvutage süsinikust, rauast ja pliist valmistatud sihtmärkide fotoelektrilise efekti, Comptoni hajumise ja e + e – paaride ristlõiked γ-kvantidega kiiritamisel energiaga 5 MeV

P 4.18. Kuidas aine laeng Z fotoelektrilise efekti, Comptoni hajumise ja e + e - paaride ristlõigete suhtelise panuse kohta γ-kvantide ja aine interaktsiooni kogu ristlõikesse energiaga footonite puhul 1) 1 MeV, 2) 5 MeV, 3) 10 MeV ja 4) 100 MeV?

Teate, et osakesed kehades on pidevas juhuslikus liikumises. Miks ei lagune tahke keha eraldi osakesteks? Seda seetõttu, et enamiku tahkete ainete osakesed (molekulid või aatomid) on paigutatud kindlas järjekorras ja üksteisele väga lähedal.

Iga osake tõmbab enda poole naaberosakesi ja on ise nende poole tõmbunud. Need jõud hoiavad näiteks raua aatomeid metallitükis, veemolekule jäätükis või veetilgas. Teisisõnu, tõmbejõud on jõud, mis hoiab osakesi koos.

Kui murda kudumisvarda kaheks osaks ja need kokku panna, siis neid koos ei hoia. Selgub, et aineosakeste vaheline külgetõmme saab võimalikuks alles siis, kui nad on teatud kaugusel, üksteisele piisavalt lähedal.

Kogemused võimaldavad tuvastada osakeste külgetõmbejõudu.

Nad võtavad väikese pliisilindri, lõikavad selle kaheks pooleks ja liigutavad neid kiiresti värskete lõigetega. Kui lõikel ei olnud aega oksüdeeruda, ühinevad pliisilindri mõlemad osad üheks. Seda saab kontrollida, kinnitades ühe silindri hoidikusse ja riputades teise külge koorma. Pool silindrist koos koormaga ei kuku. Järelikult mõjutavad silindri poolte molekulid omavahel.

Riis. 34. Osakeste külgetõmme. Juhtsilindri kaks poolt on omavahel ühendatud molekulide vastastikmõjul.

Kirjeldatud katse õnnestub tänu plii pehmusele. Pliist kõvemate kehadega (näiteks poolikud klaasikillud) sellist katset läbi viia ei saa.

Ühenduse tekkimiseks peavad molekulid olema üksteisest mõnevõrra väiksemal kaugusel kui molekulide endi suurus. Pehme materjali tükid, näiteks plastiliin, kleepuvad kergesti kokku. Seda seetõttu, et neid saab viia kauguse lähedale, kus tõmbejõud toimivad.

Vedelike struktuur erineb tahkete ainete struktuurist. Vedelikes on molekulide omavaheline interaktsioon nõrgem kui tahkes, kuid siiski on see olemas. Kujutage ette, et vesi valatakse klaasi ja seejärel kolbi. Algselt oli vedelik klaasi ja seejärel kolbi kujul, kuhu see valati. Kui vees tekkis molekulide vahel sama jõuga külgetõmme kui tahketel ainetel, siis selle kuju ei saanud nii kergesti muutuda.

Vedelikes asuvad molekulid peaaegu lähestikku, mistõttu on kõikidel vedelikel väga väike kokkusurutavus. Kuid molekulide vaheline interaktsioon ei ole piisavalt tugev, et vedelikud oma kuju säilitaksid. See selgitab vedelike peamist omadust - voolavus.

Oleme juba öelnud, et gaasi saab kokku suruda nii, et selle maht väheneb mitu korda. See tähendab, et gaasides on molekulide vaheline kaugus palju suurem kui molekulide endi suurus. Sellistel juhtudel tõmbavad molekulid üksteise poole nõrgalt. Seetõttu ei säilita gaasid oma kuju ja mahtu.

Tahkete ainete, vedelike ja gaaside osakeste vahel on vastastikune külgetõmme.

Tekib küsimus: "Miks on osakeste vahel tühikud?" Tundub, et osakesed, olles üksteise külge tõmbunud, peaksid "kokku kleepuma". Kehade kokkusurumine on aga ära hoitud osakeste tõrjumine. Et see nii on, on näha näitest. Kokkusurutud ja pooleks volditud kummikustutuskumm sirgub servade vabastamisel. Kokkusurutud kehad sirguvad, sest kokkusurumisel on osakesed üksteisele nii lähedal, et hakkavad üksteist tõrjuma. Järelikult külgetõmme osakeste vahel – aatomid ja molekulid, hoiab neid üksteise lähedal ja tõrjumine takistab nende täielikku lähenemist.