Innehåll
Tre sätt att hitta protonmassa inkluderar beräkning från teori, från atommolmassa och jämförelse av laddning / massa med elektroner. Att använda teori för att hitta vad protonmassan ”ska vara” är realistiskt endast för experter på området. Laddnings- / mass- och molmassberäkningar kan göras på grund- och gymnasienivåer.
Hämta protonmassa från kvant- och relativitetsteorier. Protoner har inre struktur - tre partiklar (kvarkar) som hålls samman av attraktiva krafter (gluoner). Naiva antaganden skulle ge varje kvark 1/3 protonmassa. Cirka 95 till 98 procent av protonmassan bidrar inte med kvarkmassa. I själva verket är mest protonmassa härrörande från interaktionsenergi mellan kvarkarna. Kom ihåg "E = mc ^ 2" om det är förvirring kring frasen "massa härrör från energi."
Beräkna att veta molär vätemassa. En mol är lika med 6.022e23, precis som ett dussin är lika med 12 eller ett par är lika med två. Vi kan ta det som givet att en mol väteatomer (inte "H2" -molekyler) väger 1,0079 g. Varje väteatom innehåller en proton, så en mol protoner väger 1,0079 g. Eftersom varje mol är lika med 6.022e23-enheter vet vi att 6.022e23-protoner väger 1.0079 gram. Genom att dividera 1,0079 g med molnummer (1,0079 / 6,022e23) ger protonmassa: 1,6737e-24 g.
Observera att väteatomer har en elektron för att balansera protonladdningen. Protoner utan elektroner, antingen så upplösta i lösning eller som plasma, skiljer sig mycket från väteatomer. Eftersom beräkningen inte slutar där, kan vi ignorera den fysiska absurditeten i att låtsas att elektroner inte finns.
Tänk på att beräkningsmetoden "molar mass" kan göras med alla element. Tre felkällor kryper dock upp. Först är protoner i väteatomer inte bundna. I andra element är protoner bundna till neutroner. Protoner bundna i en kärna har mindre energi - därför lite mindre massa - än isolerade protoner. För det andra börjar elektronnumret, och felet om man ignorerar dem, börja lägga till. Redovisning av elektronik gör hela strävan mer komplicerad. Slutligen är tyngre element radioaktiva. Tänk på sönderfallsvägar, isotopens närvaro, halveringstider osv. Återigen är beräkningen fortfarande möjlig, men den blir svårare än den behöver.
Använd laddnings- / massförhållanden. Denna metod mäter partikelkrökning vid inträde i kalibrerade elektriska och magnetiska fält. Krökningsstorlek skulle indikera protonmassa jämfört med elektronmassa. Den experimentella idén liknar påverkan av en rullande bolls rörelse. En konstant mekanisk kraft kommer att avböja en tung vattenmelon (proton) från raklinjeförflyttning i liten utsträckning. Samma kraft avleder en lätt golfboll (elektron) mycket mer.