Đề tài Điện tích nhỏ nhất xưa và nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: VẬT LÝ MÔN: Giáo viên hướng dẫn : TSKH Lê Văn Hoàng Sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Thanh Thảo Đoàn Thị Minh Thư Trần Bùi Cẩm Vân * Đề tài: * NỘI DUNG Điện tích: Quan niệm cổ điển: Quan niệm hiện đại: * I. ĐIỆN TÍCH I.3 Các loại điện tích: I.1 Khái quát về điện tích: Điện tích là một tính chất cơ bản và không đổi của một số hạt hạ nguyên tử, đặc trưng cho tương tác điện từ giữa chúng. Điện tích tạo ra trường điện từ và chịu ảnh hưởng của trường điện từ. Điện tích còn được hiểu là hạt mang điện. I.2 Thuộc tính và tính chất của điện tích: Các hạt mang điện cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau. Tương tác giữa các hạt mang điện nằm ở khoảng cách rất lớn so với kích thước của chúng tuân theo “định luật Coulomb”. Chuyển động của các hạt theo một hướng xác định sẽ tạo ra dòng điện. Điện tích là một đại lượng bất biến tương đối tính và tuân theo định luật bảo toàn điện tích. Đơn vị (SI): C (Coulomb), 1C  6,24. Có thể đo điện tích bằng tĩnh điện kế. Có hai loại điện tích: Điện tích âm, ký hiệu là –e. Điện tích dương, ký hiệu là :+e * QUAN NIỆM CỔ ĐIỂN QUAN NIỆM HIỆN ĐẠI II.1 ELECTRON: II.2 PROTON: II.3 NEUTRON: HẠT QUARK: * II.1 ELECTRON II.1.1 Lược sử khám phá: II.1.2 Giới thiệu về electron: Electron là một hạt hạ nguyên tử được ký kiệu là : e− . Từ electron được bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp ηλεκτρον (phát âm là "electrum"). Electron thuộc nhóm đầu tiên của nhóm Lepton trong loại hạt Fermion của hạt cơ bản. Electron chịu tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ và tương tác yếu. Electron có phản hạt là positron. Năm 1897 được nhà Vật lý người Anh Joseph J. Thomson tìm ra tại phòng thí nghiệm Cavendish. * II.1.3 Thí nghiệm tìm ra electron * Ống Catot II.1.4 Thí nghiệm đo điện tích electron : ( Thí nghiệm giọt dầu Millikan) Robert Andrews Millikan (1868 – 1953) * II.1.5 Các thuộc tính và tính chất của electron Electron có điện tích âm −1.602 × 10−19 coulomb, và khối lượng khoảng 9.1094 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), xấp xỉ 1/1836 khối lượng của proton. Khi các electron chuyển động tự do theo một hướng xác định thì tạo thành dòng điện. Các electron và positron có thể tiêu hủy lẫn nhau để sản xuất proton. Electron là một hạt cơ bản. Vận tốc của electron trong chân không xấp xỉ nhưng không bao giờ bằng vận tốc ánh sáng trong chân không. * II.1.6 Vai trò của electron: II.1.6.1 Electron trong vũ trụ. II.1.6.2 Electron trong cuộc sống. II.1.6.3 Electron trong công nghiệp. II.1.6.4 Electron trong phòng thí nghiệm. II.1.6.3 Electron trong lý thuyết. * II.2 PROTON II.2.2 Khái quá về proton: Proton (p hay H+, tiếng Hy Lạp πρώτον/proton = đầu tiên) là một loại hạt tổ hợp, một thành phần cấu tạo hạt nhân nguyên tử. Proton có điện tích +1e hay +1.602 ×10-19 coulomb. Khối lượng 1.6726 ×10-27 kg xấp xỉ bằng khối lượng hạt neutron và gấp 1836 lần khối lượng hạt electron. Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton đúng bằng số electron. Số proton trong nguyên tử của một nguyên tố đúng bằng điện tích hạt nhân của nguyên tố đó, và được chọn làm cơ sở để xây dựng bảng tuần hoàn . Proton và neutron được gọi chung là nucleon, là thành phần cấu tạo của nhân nguyên tử. Số proton xác định tính chất hóa học của nguyên tử và xác định nên nguyên tố hóa học. II.2.3 Sự ổn định Proton là một loại hạt ổn định. Tuy nhiên chúng có thể biến đổi thành neutron thông qua quá trình bắt giữ electron. Quá trình này không xảy ra một cách tự nhiên mà cần có năng lượng: II.2.1 Lược sử tìm ra proton: Ernest Rutherford được xem là người đầu tiên khám phá ra proton. Năm 1918, Rutherford nhận thấy rằng khi các hạt alpha bắn vào hơi nitơ, máy đo sự nhấp nháy chỉ ra dấu hiệu của hạt nhân hydro. Rutherford tin rằng hạt nhân hydro này chỉ có thể đến từ nitơ, và vì vậy nitơ phải chứa hạt nhân hydro. Từ đó ông cho rằng hạt nhân hydro, có số nguyên tử 1, là một hạt cơ bản. Trước Rutherford, Eugene Goldstein đã quan sát tia a nốt, tia được tạo thành từ các ion mang điện dương. Sau khi J.J. Thomson khám phá ra electron, Goldstein cho rằng vì nguyên tử trung hòa về điện nên phải cố hạt mang điện dương trong nguyên tử và đã cố tìm ra nó. II.2.4 Trong hóa học Trong hóa học và hóa sinh, proton được xem là ion hydrô, kí hiệu là H+. Một chất cho proton là axít và nhận proton là bazơ. II.2.5 Phản proton Phản hạt của proton được gọi là phản proton. Những hạt này được phát hiện vào năm 1955 bởi Emilio Segrè bởi Owen Chamberlain và họ đã nhận giải Nobel vật lý năm 1959 nhờ công trình này. * II.3 NEUTRON II.3.1 Lược sử tìm ra neutron: Năm 1930, Walther Bothe và Herbert Becker người Đức đã thấy rằng nếu hạt alpha với năng lượng lớn từ Poloni rơi vào hạt nhân nhẹ, đặc biệt là Beri, Bo, Liti thì sinh ra 1 tia phóng xạ bất thường có khả năng đâm xuyên mạnh. Năm 1932 nhà vật lý James Chadwick trong tòa nhà George Holt tại University of Liverpool đã biểu diễn hàng loạt các thí nghiệm. Ông ta đề nghị một bức xạ mới của hạt không mang điện mà có khối lượng gần đúng với khối lượng của Proton. Những hạt không mang điện này được gọi là neutron. II.3.2 Khái quát về neutron: Neutron là hạt hạ nguyên tử, không chứa điện tích, có khối lượng bằng 1.67492729(28)×10−27 kg, xấp xỉ bằng khối lượng hạt proton. Giới hạn của neutron trong hạt nhân là bền, neutron tự do là không bền. Neutron tự do được sản xuất trong quá trình phân rã và tổng hợp hạt nhân. * II.3.3 Thuộc tính và tính chất của neutron II.3.3.1 Ổn định và phân rã Beta: Neutron được phân rã bằng lực hạt nhân yếu. Neutron tự do không bền và có thể bị phân rã thành proton: n0 → p+ + e− + νe Bên trong hạt nhân, proton có thể thay đổi bằng cách đổi ngược phản ứng phân rã beta của neutron. Trong trường hợp này, sự chuyển đổi xảy ra bởi sự thoát ra của 1 positron (phản electron) và 1 neutrino (thay vì là 1 phản neutrino). p+ → n0 + e+ + νe II.3.3.2 Moment lưỡng cực điện: II.3.4 Phản neutron: Phản neutron là các phản hạt của neutron. Những hạt này đã được tìm ra bởi Bruce Cork vào năm 1956, một năm sau khi phát hiện ra phản proton * Hạt Quark: III.1 Giới thiệu về hạt Quark: III.2 Tính chất của hạt Quark: III.3 Các loại hạt Quark: III.4 Quá trình khám phá ra các loại hạt Quark: III.5 Điện tích * III.1 Giới thiệu về hạt Quark: Hạt quark là hạt cơ bản tạo nên 99,9% vật chất bình thường, tuy nhiên không thể nghiên cứu một hạt Quark đơn lẻ trong phòng thí nghiệm. Quark là một trong hai thành phần cơ bản cấu thành nên vật chất trong Mô hình chuẩn của vật lý hạt. Các phản hạt của Quark được gọi là các phản Quark. Quark và phản Quark là những hạt duy nhất tương tác trong cả 4 lực cơ bản của vũ trụ. Đường đi của 6 hạt Quark từ phải sang trái * III.2 Tính chất của hạt Quark: Chúng ta không thể cô lập để nhìn thấy hạt quark. Các hạt quark liên kết với nhau bằng lực mạnh, lực này yếu đi khi các hạt quark gần nhau và lớn lên khi ta tìm cách tách xa chúng ra, dẫn đến việc không thể tách rời mỗi hạt quark. Hạt quark không bao giờ tồn tại riêng lẻ. Một tính chất quan trọng bậc nhất của các quark chính là tính chế ngự. * III.3 Các loại hạt Quark: Có 6 loại hạt quark (người ta còn gọi đó là 6 hương vị) :quark up (u), quark charm (c), quark top (t), quark down (d ), quark strange (s), quark bottom (b). Ngoài ra quark có 3 tích màu: đỏ, xanh và lục. * Cấu trúc Quark của các hạt cơ bản: * III.4 Quá trình khám phá ra các hạt Quark Đến nay đã biết 6 quark khác nhau. Để phân biệt, mỗi loại gọi là một hương. Như vậy quark có 6 hương, ký hiệu: u, d, s, c, b, t. Từ 2 hương u và d có thể tạo được proton và neutron, tức hạt nhân nguyên tử của mọi chất. Năm 1947, người ta dự đoán sự tồn tại của hương Quark thứ 3 trong hạt lamda, người ta gọi là Quark lạ - Strange Quark, ký hiệu là s. Phản ứng phân rã lamda thành các sản phẩm nhẹ hơn:   - + p ; + + n  e- + e + p ; - +  + p Định luật bảo toàn số lạ bị vi phạm. Phân rã của lamda phải gây bởi tương tác yếu. Biến Quark lạ thành Quark up và Quark down. * III.4 Quá trình khám phá ra các hạt Quark Năm 1974 lại phát hiện được một meson mới gọi là hạt J/Psi (J/). Hạt này có khối lượng cỡ 3100 MeV, lớn hơn gấp 3 lần khối lượng proton. Đây là hạt đầu tiên có trong thành phần một loại hương quark mới, gọi là quark duyên- charm, ký hiệu là c. Hạt J/Psi được tạo nên từ cặp quark và phản quark duyên. Năm 1977, nhóm thực hiện dưới sự chỉ đạo của Leon Lederman tại Fermilab (Fermi National Acceleration Laboratory ở Batavia, Illinois (gần Chicago)), đã tìm thấy một hạt mới với khối lượng cỡ 9,4 GeV. Hạt này đã được xem như trạng thái liên kết của cặp quark mới là quark đáy – phản quark đáy, bottom – antibottom quark, ký hiệu: b và Vào tháng 4 năm 1995 sự tồn tại của Quark đỉnh được khẳng định bởi máy gia tốc Tevatron thuộc viện Fermilab. Khối lượng của top quark vào khoảng 174,3 ± 5,1 GeV. Nó lớn hơn 180 lần so với khối lượng proton * * III.5 Điện Tích *