ГИДРОМАГНИТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ ПРОТОНА Чуев И.И.,Максимова С.И.

Чувашский государственный университет


Номер: 6-2
Год: 2017
Страницы: 23-27
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

магнитные свойства, магнитный момент, электрические свойства, электронный момент, атом, электрон, протон, атом водорода, скорость вращения, зависимость от массы, зависимость от температуры, магнитомеханическое отношения, радиус стационарной орбиты и протона, magnetic properties, magnetic moment, electrotic properties, electronic moment, electron, proton, a hydrogen atom, the speed of rotation, dependence on the mass, dependence on the temperature, magnetic mechanical, relations, the radius of the stationary orbit and proton

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Текст научной статьи

Для всех элементарных частиц, в особенности частиц , входящих в состав ядер элементов с нечетным ядерным числом, характерно наличие магнитных свойств, определяемых магнитным ядерным моментом ( )и выражением - = hIN (1), так и электрических свойств , определяемых электронным моментом ( ) и выражением - = hIе (2) Здесь:- - гиромагнитные отношения ядра и - электрона, определяемых как отношение магнитного момента (Р) элементарной частицы к её механическому вращательному моменту (Рм ), т.е. = (3); IN и Iе - соответствующие значения спина ядра и электрона; h- постоянные Планка. Несмотря на важные значения и использование этих величин в теории и практике элементарных частиц для атомной физике, для химии биологии и геологии [1,281;2,390] до настоящего времени отсутствует обоснованное выражение для расчета такой величины как - . Более того, разные авторы приводят разные зависимости гиромагнитного отношения от индивидуальных характеристик элементарной частицы. Так чаще для свободного электрона при действии магнитного поля на мгнит или контур с током в [1,281] приведена следующая зависимость - = (4) где е - заряд электрона, m - его масса и с - скорость света. Согласно [3,345;3,347] центральным вопросом атомного магнетизма является связь между магнитным моментом и орбитальным моментом связанным с движением электрона по орбите. Поэтому - называют также орбитальным магнитомеханическим отношением, которое уже в итоге записывают аналогичной (4) зависимостью, а именно - = (5) Использование зависимостей (4) и (5) на практике было бы более значительным и успешным, если бы в их окончательном выражении была записана не скорость света - с, а скорость электрона - . Такой ожидаемый вывод является следствием появления и наличия последних изданий, например [4,498;5,323;6,161], в которых ни одна из скоростей (с или ) не включена в выражение зависимости для . Её записывают уже = -(6). В итоге гиромагнитные отношения не должны бы зависеть, например, ни от температуры, ни от условий, в которых находится элементарная частица. Хотя влияние таких факторов должно сказаться не только на гиромагнитном отношении, но и на других характеристиках элементарной частицы. А поэтому они должны быть определены и записаны для каждого случая, для каждой конкретной ситуации, т.е. и сами условия должны быть конкретными. В дополнению к изложенному с этих позиций в данном сообщении мы остановимся на обсуждении электромагнитных свойств электрона и протона в атоме водорода в газообразном состоянии. Чтобы дать окончательную однозначную оценку приведенным в монографиях и в учебной литературе и записанным выше зависимостям (4),(5), (6) и показать достоверность расчетных уравнений для в сообщении [7,31] проведен теоретический анализ и вывод уравнений для на основе зависимостей, отражающих специфику взаимодействий между составляющими в атоме водорода. При условии, что электрон движется в атоме по круговым орбитам, его движение эквивалентно круговому току. Это проявляется в наличии орбитального момента - Ре , определяемого равенством - Ре = iSn (7), где n- единичный вектор нормали к поверхности орбиты вектора магнитного момента. Приняв, что Ре - совпадает с направлением положительной нормали - n =1 и Ре = iS (8), здесь- i - удельная сила тока, отнесенная е длине к длине орбиты, проходимой электроном в единицу времени - - i = (9) ; S -площадь орбиты S = (10); - её радиус, - период вращения электрона. С учетом соотношений (9) и (10) уравнение (8) позволяет записать: Ре = = (11). Таким образом, получили зависимость позволяющую рассчитывать орбитальный магнитный момент, обусловленный вращением электрона на равновесной орбите. Согласно сведениям из опубликованных источников, например, [4,471; 8,228] можно подтвердить соответствующим уравнением аналогичную зависимость для орбитального механического момента - . Он также при указанных условиях является еще одной характеристикой движения электрона по круговым орбитам и измеряется произведением момента инерции- m на угловую скорость - , т.е. = m = = m e (12) В соответствии с изложенным : = = - (13) Знак минус учитывает, что направления векторов Ре и , опреденные по правилу правого винта, противоположны. В тоже время учтено, что заряд электрона противоположен заряду протона, он равен 1,6021892 10-19 Кл, а его масса - 9,109534 10-31 кг. Аналогичная зависимость подобным же образом может быть получена и для векторов - РN и как характеристик протона. При условии выполнимости соотношений (7), (8), (9)и (10) можно записать: РN = = (11’), а согласно уравнения (12) - = = М , (12’) где е - есть уже заряд протона ; М- его масса = 1,6726485 10-27 кг; - радиус протонной орбиты ; - скорость вращения протона, как единого целого. В конечном итоге зависимость гиромагнитного отношения протона - =/ = (13’) где - магнитный момент и - механический момент, обусловленный вращением протона. Если для вычисления гиромагнитных отношений электрона () по уравнению (13) при каждой температуре имеются уже опубликованные нами данные, см. [9,52]. Эти результаты приведены в таблице -1. Таблица 1 Значение скоростей орбитального вращения электрона - , м/с; радиуса электронной орбиты , м; скорость вращения протона - , м/с; радиус протонной орбиты м; гиромагнитное отношение для электрона - и для протона , ; удельное гиромагнитное отношение для электрона и для протона , энергия для электрона Ее и протона ЕN; магнитная энергия при вращении электрона - е и протона - N , ГН Кл2с2 ; Т - температура К. Т , К. 200 300 500 1000 2000 10-5 18,5263 22,85446 29,8621 42,6045 60,95466 1011 7,3789643 4,8487678 2,8401135 1,3952815 0,6816461 10-3 43,234896 53,33554 69,689296 99,486283 142,25012 1013 17,220314 11,315587 6,6279836 3,2561737 1,5907598 Ее 1019 31,26604 47,58136 81,23302 165,35086 338,46155 ЕN 1019 31,266085 47,581493 81,233808 165,35109 338,46202 1022 1,1940141 2,7652733 8,0599542 53,394634 139,92085 1024 2,7864756 6,4533293 18,809545 77,933183 326,53387 10-5 0,474677 0,384783 0,294487 0,20641 0,144271 10-3 1,107757 0,897971 0,687247 0,481701 0,336687 0,025621 0,016836 0,009861 0,004844 0,002366 0,025621 0,016836 0,009861 0,004844 0,002366 То для вычисления гиромагнитных отношений в соответствии с зависимостью (13’) такие данные отсутствуют. Мы вычислили их исходя из следующего. Угловая скорость вращения электрона на равновесной орбите ( в атоме водорода должна быть равна угловой скорости вращения протона ( и следовательно = - период вращения электрона равен периоду вращения протона, т.е. = или = (14) и = (15). Чтобы атом водорода вращался как единое целое, кинетическая энергия орбитального вращения электрона (Ее) должна быть равна кинетической энергии вращения протона (ЕN) т.е. Ее = ЕN или m = M . Тогда = (16). Если соотношение (16) позволяет при известной скорости - рассчитать скорость вращения протона , то в соответствии с зависимостью (15) значение эффективных радиусов при вращении протона -, а в соответствии с зависимостями (13) и (13’) значения гиромагнитного отношения для электрона () и протона. Данные таких расчетов представлены в таблице -1. Можно видеть, что значения скоростей вращения протона закономерно увеличиваются при повышении температуры. И это несмотря на закономерное уменьшение значений эффективного радиуса - при таком вращении с увеличением температуры. Хотя значение как и остаются значительно меньше соответствующих значений и . Значения гиромагнитного отношения электрона как и значения протона убывают при повышении температуры. При этом если порядок - составляет 105, то порядок - 103. Учитывая, что такой же порядок имеют значения скоростей и , было решено ввести и вычислить значения как отношение и к скорости вращения соответственно электрона = и протона = /и определить эти значения как удельные гиромагнитные отношения. Эти значения также приведены в таблице. Приведенные данные показывают , что при каждой температуре =. Таким образом, уравнения для расчета удельных гиромагнитных отношений принимают вид: = (17) и (17’) И можно рекомендовать использование удельных гиромагнитных отношений при практических расчетах и теоретическом обосновании их вместо значений и зависимостей для самих гиромагнитных отношений. Следует отметить, что сторонники прежних расчетов с использованием соотношений (4) и (5) оперировали не истинными величинами гиромагнитных отношений, следующих зависимостям (13) и (13’), а гораздо меньшими неопределенными значениями. В дополнение к изложенному на основании данных о скоростях вращения ; радиусах при вращении электронного орбитального - и протонного - рассчитаны электрические энергии Ее и кинетические энергии вращения протона EN а также магнитные энергии при орбитальном вращении электрона е и вращении протона N. Такой расчет Ее и EN проводился согласно уравнений: Ее= (18) и EN = М (19) , а е и N , - е = (20) и N = (21) , причем электрическая постоянная = 8,8541878 10-12 , и магнитная постоянная 4 10-7 Гн/м . Данные этих расчетов также приведены в таблице. Общий анализ полученных результатов, а так же выводы, сделанные ранее в сообщении [9] позволяют записать : е - We = 0 (22) т.е. We = е (23) и N - WN = 0 (24) т.е. WN = N , (25) где We и WN - величина пропорциональная количеству поглощенной и выделенной электромагнитной энергии в ходе вращения соответственно электрона на орбите и вращения протона. Причем, если за первый полупериод, движущийся по орбите электрон, выделяет энергию, то за второй полупериод поглощает её в эквивалентных количествах. И, наоборот, если за первый полупериод он поглощает энергию, то за второй выделяет её [10,32] Суммарное значение такой энергии за период равно нулю, что и отражено в записях уравнений (22) и (23). Аналогичное заключение можно сделать и для вращающегося протона. Что отражено в записях уравнений (24) и (25). Приведенные в таблице значения показывают, что е N и, следовательно, We WN при каждой температуре, т.е. имеют место раздельные энергетические переходы для орбитального вращения электрона и для вращения протона. При этом в первом случае энергетический эффект в абсолютном значении больше, чем во втором. Эти значения закономерно увеличиваются при повышении температуры. Их суммарное значение за период вращения равно нулю и поэтому наличие таких переходов в обоих случаях не сказывается на общей энергетике атома водорода за полный период вращения. Рассмотренные в данном сообщении зависимости для электрона и протона могут быть использованы при обсуждении свойств не только этих элементарных частиц, но и атома водорода в целом. Могут служить основой при описании свойств и более сложных структурных образований и вычислении их количественных характеристик

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.