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Was ist Nebelkammer – Definition

Juli 13, 2021Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Nebelkammern, auch Wilson-Nebelkammern genannt, sind Teilchendetektoren, die für die frühe Kern- und Teilchenphysikforschung unverzichtbar waren.

Alpha-Partikel - Wolkenkammer — Alphateilchen und Elektronen (durch ein Magnetfeld abgelenkt) von einem Thoriumstab in einer Nebelkammer.
Quelle: wikipedia.org

Nebelkammern , auch bekannt als Wilson Nebelkammern , sind Teilchendetektoren, die waren wesentliche Geräte in früher Kern- und Teilchenphysik Forschung. Nebelkammern, eines der einfachsten Instrumente zur Untersuchung von Elementarteilchen , wurden in der aktuellen Forschung durch modernere Detektoren ersetzt, sind aber nach wie vor ein sehr interessanter pädagogischer Apparat.

Nebelkammer – Funktionsprinzip

Das grundlegende Prinzip dahinter ist die Übersättigung einer Dampfsubstanz , ein Zustand, in dem die Luft oder ein anderes Gas mehr Dampf dieser Substanz enthält, als sie in einem stabilen Gleichgewicht halten kann. Ein energetisch geladenes Teilchen (zum Beispiel ein Alpha- oder Betateilchen ) interagiert mit dem Dampfgemisch und erzeugt eine Spur von Ionen , die unter Übersättigungsbedingungen als Kondensationskerne wirken, um die sich eine nebelartige Spur kleiner Tröpfchen bildet, wenn sich das Gasgemisch befindet an der Stelle der Kondensation.

Diagramm - Wolkenkammer — Eine Nebelkammer vom Diffusionstyp. Alkohol (typischerweise Isopropanol) wird durch eine Heizung in einem Kanal im oberen Teil der Kammer verdampft. Der Kühldampf strömt zur schwarzen Kühlplatte, wo er kondensiert. Aufgrund des Temperaturgradienten bildet sich über der Bodenplatte eine übersättigte Dampfschicht. In dieser Region induzieren Strahlungsteilchen Kondensation und bilden Nebelspuren. Quelle: wikipedia.org Lizenz: CC BY-SA 4.0

Diese Tröpfchen sind als „Nebelspur“ sichtbar , die einige Sekunden anhält, während die Tröpfchen durch den Dampf fallen. Die Kondensation des Dampfes an diesen Kernen ermöglicht die visuelle Identifizierung der Flugbahnen der Partikel, was zu einer einfachen Untersuchung ihrer Eigenschaften führt. In Wilsons ursprünglicher Kammer war die Luft in der versiegelten Vorrichtung mit Wasserdampf gesättigt, dann wurde eine Membran verwendet, um die Luft in der Kammer zu expandieren (adiabatische Expansion), die Luft zu kühlen und Wasserdampf zu kondensieren. Daher wird die Bezeichnung ExpansionsNebelkammer verwendet. Das erste Antiteilchen, das Positron, das Myon und das erste seltsame Teilchen, das Kaon, wurden ebenfalls zuerst unter Verwendung einer Nebelkammer identifiziert.

Diffusionsnebelkammer

Obwohl Diffusionsnebelkammern in der Kern- und Teilchenphysikforschung nie weit verbreitet waren, bleiben sie, da sie leicht zu bauen sind, interessante Lehrinstrumente . Eine Diffusionsnebelkammer unterscheidet sich von der Expansionsnebelkammer dadurch, dass sie kontinuierlich für Strahlung sensibilisiert ist und dass der Boden auf eine ziemlich niedrige Temperatur abgekühlt werden muss, die im Allgemeinen kälter als –26 ° C (–15 ° F) ist. Anstelle von Wasserdampf wird Alkohol wegen seines niedrigeren Gefrierpunktes verwendet. Heutzutage sind sie eine einfache Möglichkeit, Elementarteilchen und Strahlung kennenzulernen und zu visualisieren.

Ionisations- und Spurinformationen

Es muss betont werden, dass Tropfen, die in diesen Vorrichtungen Spuren bilden, auf Ionen wachsen, die durch den Durchgang ionisierender Partikel erzeugt werden. Daher muss dieser Ionisationsprozess analysiert werden. Jeder Partikeltyp wechselwirkt auf unterschiedliche Weise . Daher ist die Kenntnis dieser Wechselwirkung, wie unterschiedliche Partikel Energie in der Materie speichern und wie viel Energie Partikel speichern, für unser Verständnis des Problems von grundlegender Bedeutung. Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alpha-TeilchenSie sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen, so dass sie in der Regel nur eine kurze Strecke zurücklegen und wenn überhaupt nicht sehr weit in das Gewebe eindringen. Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper eindringen) und richten diesen wenigen Zellen mehr Schaden an. Infolgedessen hinterlassen Alphateilchen kurze, aber signifikante Spuren in der Kammer.

Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzelne negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alphateilchen. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen. Daher hinterlassen Betateilchen längere, aber weniger sichtbare Spuren in der Kammer.

Wenn ein Magnetfeld über die Nebelkammer angelegt wird, krümmen sich positiv und negativ geladene Teilchen gemäß dem Lorentz-Kraftgesetz in entgegengesetzte Richtungen.

Experimentellen Daten zufolge ist die spezifische Ionisation dN / dx in Nebelkammern, definiert als die mittlere Anzahl von Ionen, die pro Längeneinheit von einem vorbeiziehenden Teilchen erzeugt werden, in erster Näherung sowohl für Elektronen als auch für massereichere Teilchen durch die Bethe-Gleichung gut beschrieben .

Bremskraft – Zwischen der Formel

Eine bequeme Variable, die die Ionisationseigenschaften des umgebenden Mediums beschreibt, ist die Stoppkraft . Die lineare Stoppkraft des Materials ist definiert als das Verhältnis des differentiellen Energieverlusts für das Partikel innerhalb des Materials zur entsprechenden differentiellen Weglänge :

Dabei ist T die kinetische Energie des geladenen Teilchens, nion die Anzahl der pro Pfadlängeneinheit gebildeten Elektronen-Ionen-Paare und I die durchschnittliche Energie, die zur Ionisierung eines Atoms im Medium benötigt wird. Bei geladenen Teilchen nimmt S mit abnehmender Teilchengeschwindigkeit zu . Der klassische Ausdruck, der den spezifischen Energieverlust beschreibt, ist als Bethe-Formel bekannt. Die nicht-relativistische Formel wurde 1930 von Hans Bethe gefunden. Die relativistische Version (siehe unten) wurde 1932 auch von Hans Bethe gefunden.

In diesem Ausdruck ist m die Restmasse des Elektrons, β ist gleich v / c, was die Geschwindigkeit des Teilchens relativ zur Lichtgeschwindigkeit ausdrückt, γ ist der Lorentz-Faktor des Teilchens, Q ist gleich seiner Ladung, Z ist der Ordnungszahl des Mediums und n ist die Atomdichte im Volumen. Für nichtrelativistische Teilchen (stark geladene Teilchen sind meist nichtrelativistisch) ist dT / dx abhängig von 1 / v ² . Dies kann durch die größere Zeit erklärt werden, die das geladene Teilchen im negativen Feld des Elektrons verbringt, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist.

Die Art der Wechselwirkung einer Betastrahlung mit Materie unterscheidet sich von der Alphastrahlung , obwohl Betateilchen auch geladene Teilchen sind. Beta-Partikel haben im Vergleich zu Alpha-Partikeln eine viel geringere Masse und erreichen meist relativistische Energien . Ihre Masse entspricht der Masse der Orbitalelektronen, mit denen sie interagieren, und im Gegensatz zum Alpha-Teilchen kann ein viel größerer Teil seiner kinetischen Energie in einer einzigen Wechselwirkung verloren gehen. Da die Beta-Teilchen meist relativistische Energien erreichen, kann die nichtrelativistische Bethe-Formel nicht verwendet werden. Für hochenergetische Elektronen wurde von Bethe auch ein ähnlicher Ausdruck abgeleitetBeschreibung des spezifischen Energieverlusts durch Anregung und Ionisation (die „Kollisionsverluste“).

Modifizierte Bethe-Formel für Beta-Partikel.

Darüber hinaus können Beta-Partikel über eine Elektron-Kern-Wechselwirkung (elastische Streuung von Kernen) interagieren , wodurch sich die Richtung der Beta-Partikel erheblich ändern kann . Daher ist ihr Weg nicht so einfach. Die Beta-Partikel folgen einem sehr Zick-Zack-Pfad durch das absorbierende Material. Dieser resultierende Partikelpfad ist länger als das lineare Eindringen (Bereich) in das Material.

Beta-Partikel unterscheiden sich von anderen stark geladenen Partikeln auch in dem Anteil an Energie, der durch den als Bremsstrahlung bekannten Strahlungsprozess verloren geht . Nach der klassischen Theorie muss ein geladenes Teilchen beim Beschleunigen oder Abbremsen Energie ausstrahlen, und die Verzögerungsstrahlung wird als Bremsstrahlung („Bremsstrahlung“) bezeichnet .

Nebelkammer und Entdeckung von Positron

Positronen sind positiv geladene (+ 1e), fast masselose Teilchen. Ihre Ruhemasse beträgt 9,109 × 10 ^–31 kg ( 510,998 keV / c 2 ) (ungefähr 1/1836 die des Protons ).

Positron - Entdeckung — Antielektronen wurden 1932 von Paul Dirac und Carl D. Anderson entdeckt und Positronen genannt. Sie untersuchten Kollisionen mit kosmischen Strahlen über eine Nebelkammer – einen Partikeldetektor, in dem sich bewegende Elektronen (oder Positronen) Spuren hinterlassen, wenn sie sich durch das Gas bewegen. Quelle: wikipedia.org Lizenz: Public Domain

Wie alle Elementarteilchen weisen Elektronen Eigenschaften sowohl von Teilchen als auch von Wellen auf: Sie können mit anderen Teilchen kollidieren und wie Licht gebeugt werden. Die ursprüngliche Idee für Antiteilchen entstand aus einer relativistischen Wellengleichung, die 1928 vom englischen Wissenschaftler PAM Dirac entwickelt wurde(1902-1984). Er erkannte, dass seine relativistische Version der Schrödinger-Wellengleichung für Elektronen die Möglichkeit von Antielektronen vorhersagte. Diese wurden 1932 von Paul Dirac und Carl D. Anderson entdeckt und als Positronen bezeichnet. Sie untersuchten Kollisionen mit kosmischen Strahlen über eine Nebelkammer – einen Partikeldetektor, in dem sich bewegende Elektronen (oder Positronen) Spuren hinterlassen, wenn sie sich durch das Gas bewegen. Positronenpfade in einer Nebelkammer verfolgen den gleichen helikalen Pfad wie ein Elektron, drehen sich jedoch in Bezug auf die Magnetfeldrichtung in die entgegengesetzte Richtung, da sie das gleiche Verhältnis von Ladung zu Masse aufweisen, jedoch mit entgegengesetzter Ladung und daher entgegengesetzt signierte Ladungs-Masse-Verhältnisse. Obwohl Dirac selbst den Begriff Antimaterie nicht verwendete, folgt seine Verwendung natürlich genug aus Antielektronen,Antiprotonen usw.

Blasenkammer

Blasenkammern sind Partikeldetektoren, die auf einem ähnlichen Prinzip wie Nebelkammern basieren. In der Blasenkammer zeigen sich die Spuren subatomarer Partikel als Spuren von Blasen in einer Flüssigkeit, die bis knapp unter ihren Siedepunkt erhitzt wurde, normalerweise flüssiger Wasserstoff. Blasenkammern können physikalisch größer gemacht werden als Nebelkammern, und da sie mit viel dichterem flüssigem Material gefüllt sind, enthüllen sie die Spuren von viel energetischeren Partikeln. Ein energetisch geladenes Teilchen (zum Beispiel ein Alpha- oder Betateilchen) interagiert mit der Flüssigkeit und die Flüssigkeit tritt in eine überhitzte, metastabile Phase ein. Um die Ionisationsspur herum verdampft die Flüssigkeit und bildet mikroskopisch kleine Blasen. Die Blasendichte um eine Spur ist proportional zum Energieverlust eines Partikels.

Es muss betont werden, dass Blasen, die in diesen Vorrichtungen Spuren bilden, auf Ionen wachsen, die durch den Durchgang ionisierender Partikel erzeugt werden. Daher muss dieser Ionisationsprozess analysiert werden. Jeder Partikeltyp interagiert auf unterschiedliche Weise . Daher ist die Kenntnis dieser Interaktion, wie unterschiedliche Partikel Energie in der Materie ablagern und wie viel Energie Partikel ablagern, für unser Verständnis des Problems von grundlegender Bedeutung. Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alpha-Partikelsind ziemlich massiv und tragen eine doppelte positive Ladung, so dass sie dazu neigen, nur eine kurze Strecke zurückzulegen und nicht sehr weit in das Gewebe einzudringen, wenn überhaupt. Alpha-Partikel lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper gelangen) und verursachen mehr Schaden an diesen wenigen Zellen. Infolgedessen hinterlassen Alpha-Partikel kurze, aber signifikante Spuren in der Kammer.

Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzige negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alpha-Partikel. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt ihrer Wege weniger Energie ablagern als Alpha-Partikel. Daher hinterlassen Beta-Partikel längere, aber weniger sichtbare Spuren in der Kammer.

Wenn ein Magnetfeld über die Nebelkammer angelegt wird, krümmen sich positiv und negativ geladene Teilchen gemäß dem Lorentz-Kraftgesetz in entgegengesetzte Richtungen.

Was ist Flugzeit – TOF Detektor – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Flugzeitdetektoren ( Time of Flight Detectors, TOF ) bestimmen die Geschwindigkeit geladener Teilchen, indem sie die Zeit messen, die erforderlich ist, um vom Wechselwirkungspunkt zum Flugzeitdetektor oder zwischen zwei Detektoren zu gelangen. Wie geschrieben, Szintillationszähler (vor allem mit organischen Szintillatoren) können bieten hervorragende Zeitauflösung und deshalb können sie als Flugzeit – Detektor verwendet werden , um zwischen einer leichteren und einer schwereren Elementarteilchen von derselben Dynamik mit ihrer Flugzeit zu unterscheiden. Der erste Szintillator aktiviert eine Uhr, wenn er getroffen wird, während der andere die Uhr stoppt, wenn er getroffen wird. Wenn die beiden Massen mit m ₁ und m _{2 bezeichnet sind} und Geschwindigkeiten v ₁ und v haben₂ dann ist die Flugzeitdifferenz gegeben durch:

Diese Detektoren können auch verwendet werden, um die Flugzeit zu messen, um einen Szintillationszähler zu erreichen, der sich in einem Abstand L vom Ursprungspunkt des Partikels befindet, um die Geschwindigkeit und damit die Restmasse des Partikels zu bestimmen, und können somit zur Partikelabscheidung verwendet werden .

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist Kalorimeter – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

In der Teilchenphysik ist ein Kalorimeter ein experimentelles Gerät, das die Energie misst, die ein Teilchen beim Durchgang verliert. Elektromagnetische Kalorimeter und hadronische Kalorimeter. Strahlendosimetrie

In der Teilchenphysik ist ein Kalorimeter ein experimentelles Gerät, das die Energie misst, die ein Teilchen beim Durchgang verliert. Kalorimeter sind Materialblöcke, in denen zu messende Partikel vollständig absorbiert und ihre Energie in eine messbare Größe umgewandelt werden. Ein von einem Kalorimeter erfasstes Signal ist proportional zu der abgelagerten Energie. Die meisten Partikel gelangen in das Kalorimeter und lösen einen Partikelschauer aus. Die Energie der Partikel wird im Kalorimeter abgelagert, gesammelt und gemessen. Die Wechselwirkung des einfallenden Teilchens mit dem Detektor kann über elektromagnetische Wechselwirkung oder über starke Prozesse erfolgen. Daher können Kalorimeter grob unterteilt werden in:

Elektromagnetische Kalorimeter messen die Energie von Elektronen und Photonen, wenn diese mit den elektrisch geladenen Teilchen in der Materie in Wechselwirkung treten (z. B. Bremsstrahlung , Paarbildung ). Eine elektromagnetische Dusche beginnt, wenn ein energiereiches Elektron, Positron oder Photon in ein Material eintritt. Bei hohen Energien (oberhalb einiger MeV, unterhalb derer der photoelektrische Effekt und die Compton-Effekt dominieren) interagieren die Photonen mit der Materie hauptsächlich über die Paarbildung – das heißt, sie wandeln sich in ein Elektron-Positron-Paar um und interagieren in dieser Reihenfolge mit einem Atomkern oder einem Elektron Schwung bewahren.
Hadronische Kalorimeter werden verwendet, um hauptsächlich Hadronen durch ihre starken und elektromagnetischen Wechselwirkungen zu messen . Ähnlich wie bei elektromagnetischen Schauern können Hadronen durch eine Reihe aufeinanderfolgender Wechselwirkungen Energie in der Materie speichern. Die physikalischen Prozesse, die die Ausbreitung einer Hadronendusche verursachen, unterscheiden sich erheblich von den Prozessen bei elektromagnetischen Duschen. Hadronen sind relativ massiv und können nicht viel von ihrer Energie durch Bremsstrahlung ausstrahlen. Sie verlieren ihre Energie hauptsächlich durch mehrfache nukleare Kollisionen.

Große Kalorimeter wurden in den frühen 1960er Jahren speziell für Experimente mit kosmischen Hochenergiestrahlen entwickelt und haben sich zu äußerst wichtigen Instrumenten für die Messung der Energien von Partikeln entwickelt, die an großen Beschleunigern erzeugt werden.

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Was ist elektromagnetische Kraft vs Gravitationskraft – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Die elektromagnetische Kraft und die Gravitationskraft sind zwei der vier Grundkräfte. Sie sind sehr verschieden. Dieser Artikel fasst diese Unterschiede zusammen.

Elektromagnetische Wechselwirkung – Elektromagnetische Kraft

Die elektromagnetische Kraft ist die Kraft, die für alle elektromagnetischen Prozesse verantwortlich ist. Es wirkt zwischen elektrisch geladenen Teilchen. Es ist eine Kraft mit unendlicher Reichweite, die viel stärker als die Gravitationskraft ist und dem umgekehrten Quadratgesetz folgt, aber weder Elektrizität noch Magnetismus addieren sich so wie die Gravitationskraft. Da es positive und negative Ladungen (Pole) gibt, heben sich diese Ladungen gegenseitig auf. Der Elektromagnetismus umfasst die elektrostatische Kraft, die zwischen ruhenden geladenen Teilchen wirkt, und die kombinierte Wirkung von elektrischen und magnetischen Kräften, die zwischen sich relativ zueinander bewegenden geladenen Teilchen wirken.

Das Photon , das Quanten der elektromagnetischen Strahlung , ist ein Elementarteilchen, das der Kraftträger der elektromagnetischen Kraft ist. Photonen sind Eichbosonen ohne elektrische Ladung oder Ruhemasse und mit einer Spineinheit. Allen Photonen gemeinsam ist die Lichtgeschwindigkeit , die universelle Konstante der Physik. Im leeren Raum bewegt sich das Photon mit c ( Lichtgeschwindigkeit – 299 792 458 Meter pro Sekunde ).

Kräfte zwischen statisch elektrisch geladenen Partikeln unterliegen dem Coulombschen Gesetz . Mit dem Coulombschen Gesetz kann die Kraft zwischen geladenen Teilchen (z. B. zwei Protonen) berechnet werden. Die elektrostatische Kraft ist direkt proportional zu den elektrischen Ladungen der beiden Partikel und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Partikeln. Das Coulombsche Gesetz wird als folgende Gleichung angegeben.

Sowohl das Coulomb-Gesetz als auch die Magnetkraft sind im Lorentz-Kraftgesetz zusammengefasst. Grundsätzlich sind sowohl magnetische als auch elektrische Kräfte Ausdruck einer Austauschkraft, an der der Austausch von Photonen beteiligt ist.

Die elektromagnetische Kraft spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der inneren Eigenschaften der meisten Gegenstände des täglichen Lebens. Die chemischen Eigenschaften von Atomen und Molekülen werden durch die Anzahl der Protonen bestimmt, und zwar durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen .

Gravitationsinteraktion – Gravitationskraft

Die Schwerkraft war die erste Kraft, die wissenschaftlich untersucht wurde. Die Gravitationskraft wurde im 17. Jahrhundert von Isaac Newton systematisch beschrieben. Newton erklärte, dass die Gravitationskraft zwischen allen Objekten mit Masse (einschließlich Objekten von Atomen und Photonen bis hin zu Planeten und Sternen) wirkt und direkt proportional zu den Massen der Körper und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen den Körpern ist. Da Energie und Masse gleichwertig sind , verursachen alle Energieformen (einschließlich Licht) Gravitation und stehen unter deren Einfluss. Die Reichweite dieser Kraft ist ∞ und sie ist schwächer als die anderen Kräfte. Diese Beziehung ist in der folgenden Gleichung gezeigt.

Die Gleichung zeigt, dass die Gravitationskraft umso größer ist, je größer die Massen der Objekte sind oder je kleiner der Abstand zwischen den Objekten ist . Obwohl die Massen der Nukleonen sehr klein sind, kann die Tatsache, dass der Abstand zwischen den Nukleonen extrem kurz ist, die Gravitationskraft signifikant machen. Die Gravitationskraft zwischen zwei Protonen, die 10 ^-20 Meter voneinander entfernt sind, beträgt etwa 10 ^-24 Newton. Die Schwerkraft ist die schwächste der vier fundamentalen Kräfte der Physik, ungefähr 10 ^38- mal schwächer als die starke Kraft. Andererseits ist die Schwerkraft additiv. Jeder Punkt Materie, den Sie in einen Klumpen stecken, trägt zur allgemeinen Schwerkraft des Klumpens bei. Da es sich auch um eine sehr weitreichende Kraft handelt, ist sie auf makroskopischer Ebene die dominierende Kraft und die Ursache für die Bildung, Form und Bahn (Umlaufbahn) astronomischer Körper.

Elektromagnetische Kraft gegen Gravitationskraft

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Was ist Starke Kraft gegen Gravitationskraft – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Die starke Kraft und die Gravitationskraft sind zwei der vier Grundkräfte. Sie sind sehr verschieden. Dieser Artikel fasst diese Unterschiede zusammen.

Starke Interaktion – Starke Kraft

Die starke Wechselwirkung oder starke Kraft ist eine der vier fundamentalen Kräfte und beinhaltet den Austausch der als Gluonen bekannten Vektorbosonen . Im Allgemeinen ist die starke Wechselwirkung eine sehr komplizierte Wechselwirkung, da sie sich mit der Entfernung erheblich ändert. Die starke Kernkraft hält die gewöhnliche Materie zusammen, weil sie Quarks in Hadronenteilchen wie Protonen und Neutronen einschließt . Darüber hinaus ist die starke Kraft die Kraft, die einen Kern gegen die enormen Abstoßungskräfte ( elektromagnetische Kraft) zusammenhalten kann) der Protonen ist in der Tat stark. Aus dieser Sicht müssen wir unterscheiden zwischen:

Grundlegende starke Kraft. Die starke Grundkraft oder die starke Kraft ist eine Kraft mit sehr kurzer Reichweite (weniger als etwa 0,8 fm, der Radius eines Nukleons), die direkt zwischen Quarks wirkt . Diese Kraft hält Quarks zusammen , um Protonen, Neutronen und andere Hadronenteilchen zu bilden. Die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von masselosen Partikeln vermittelt, die als Gluonen bezeichnet werden und zwischen Quarks, Antiquarks und anderen Gluonen wirken.
Verbleibende starke Kraft. Die verbleibende starke Kraft, auch als Kernkraft bezeichnet , ist eine Kraft mit sehr geringem Wirkungsbereich (etwa 1 bis 3 fm), die Neutronen und Protonen in Kernen zusammenhält. In Kernen wirkt diese Kraft der enormen abstoßenden elektromagnetischen Kraft der Protonen entgegen. Der Begriff Residuum ist mit der Tatsache verbunden, dass es sich um das Residuum der fundamentalen starken Wechselwirkung zwischen den Quarks handelt, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen. Die verbleibende starke Kraft wirkt indirekt durch die virtuellen π- und ρ-Mesonen , die die Kraft zwischen den Nukleonen übertragen, die den Kern zusammenhalten.

Gravitationsinteraktion – Gravitationskraft

Starke Kraft gegen Gravitationskraft

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Was ist starke Kraft vs elektromagnetische Kraft – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Die starke Kraft und die elektromagnetische Kraft sind zwei der vier Grundkräfte. Sie sind sehr verschieden. Dieser Artikel fasst diese Unterschiede zusammen.

Starke Interaktion – Starke Kraft

Grundlegende starke Kraft. Die starke Grundkraft oder die starke Kraft ist eine Kraft mit sehr kurzer Reichweite (weniger als etwa 0,8 fm, der Radius eines Nukleons), die direkt zwischen Quarks wirkt . Diese Kraft hält Quarks zusammen , um Protonen, Neutronen und andere Hadronenteilchen zu bilden. Die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von masselosen Partikeln vermittelt, die als Gluonen bezeichnet werden und zwischen Quarks, Antiquarks und anderen Gluonen wirken.
Verbleibende starke Kraft. Die verbleibende starke Kraft, auch als Kernkraft bezeichnet , ist eine Kraft mit sehr geringem Wirkungsbereich (etwa 1 bis 3 fm), die Neutronen und Protonen in Kernen zusammenhält. In Kernen wirkt diese Kraft der enormen abstoßenden elektromagnetischen Kraft der Protonen entgegen. Der Begriff Residuum ist mit der Tatsache verbunden, dass es sich um das Residuum der fundamentalen starken Wechselwirkung zwischen den Quarks handelt, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen. Die verbleibende starke Kraft wirkt indirekt durch die virtuellen π- und ρ-Mesonen , die die Kraft zwischen den Nukleonen übertragen, die den Kern zusammenhalten.

Elektromagnetische Wechselwirkung – Elektromagnetische Kraft

Starke Kraft gegen elektromagnetische Kraft

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Was ist die fundamentale Kraft der Natur – Vier fundamentale Kräfte – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Vier fundamentale Kräfte der Natur. Im Allgemeinen bestimmen diese Kräfte, wie Partikel und auch makroskopische Objekte interagieren und wie bestimmte Partikel zerfallen. Strahlendosimetrie

In der Physik sind die fundamentalen Wechselwirkungen , auch als fundamentale Kräfte bekannt , Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen, die nicht auf grundlegendere Wechselwirkungen reduzierbar zu sein scheinen. Diese Wechselwirkungen bestimmen, wie Partikel und auch makroskopische Objekte interagieren und wie bestimmte Partikel zerfallen. Im Allgemeinen können sie in eine von vier Grundkräften eingeteilt werden :

Starke Interaktion – Starke Kraft

Die starke Wechselwirkung oder starke Kraft ist eine der vier Grundkräfte und beinhaltet den Austausch der als Gluonen bekannten Vektor- Messbosonen . Im Allgemeinen ist die starke Wechselwirkung eine sehr komplizierte Wechselwirkung, da sie mit der Entfernung erheblich variiert. Die starke Kernkraft hält die meisten gewöhnlichen Materien zusammen, weil sie Quarks in Hadronenteilchen wie Proton und Neutron einschließt . Darüber hinaus ist die starke Kraft die Kraft, die einen Kern gegen die enormen Abstoßungskräfte ( elektromagnetische Kraft) zusammenhalten kann) der Protonen ist in der Tat stark. Unter diesem Gesichtspunkt müssen wir unterscheiden zwischen:

Grundlegende starke Kraft. Die fundamentale starke Kraft oder die starke Kraft ist eine Kraft mit sehr kurzer Reichweite (weniger als etwa 0,8 fm, der Radius eines Nukleons), die direkt zwischen Quarks wirkt . Diese Kraft hält Quarks zusammen , um Protonen, Neutronen und andere Hadronenteilchen zu bilden. Die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von masselosen Partikeln vermittelt, die als Gluonen bezeichnet werden und zwischen Quarks, Antiquarks und anderen Gluonen wirken.
Verbleibende starke Kraft. Die verbleibende starke Kraft, auch als Kernkraft bekannt , ist eine Kraft mit sehr kurzer Reichweite (etwa 1 bis 3 fm), die Neutronen und Protonen in Kernen zusammenhält. In Kernen wirkt diese Kraft gegen die enorme abstoßende elektromagnetische Kraft der Protonen. Der Begriff Residuum ist mit der Tatsache verbunden, dass er das Residuum der fundamentalen starken Wechselwirkung zwischen den Quarks ist, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen. Die verbleibende starke Kraft wirkt indirekt über die virtuellen π- und ρ-Mesonen , die die Kraft zwischen den Nukleonen übertragen, die den Kern zusammenhalten.

Schwache Interaktion – Schwache Kraft

Die schwache Wechselwirkung oder schwache Kraft ist eine der vier Grundkräfte und beinhaltet den Austausch der Zwischenvektorbosonen W und Z. Da diese Bosonen sehr massiv sind (in der Größenordnung von 80 GeV), schreibt das Unsicherheitsprinzip einen Bereich von vor etwa 10 bis ¹⁸ Meter, was weniger als der Durchmesser eines Protons ist. Infolgedessen findet die schwache Wechselwirkung nur in sehr kleinen subatomaren Abständen statt.

Die schwache Wechselwirkung, die für einige Kernphänomene wie den Beta-Zerfall verantwortlich ist , kann anhand der schwachen Kraft verstanden werden, die auf die Quarks innerhalb des Neutrons wirkt . Ein von zwei nach unten Quark Veränderungen in einen up Quark durch eine W Emittieren ^– Bosonen (trägt eine negative Ladung entfernt). Das W ^– Boson zerfällt dann in ein Beta – Teilchen und ein Antineutrino . Dieser Prozess entspricht dem Prozess, bei dem ein Neutrino mit einem Neutron interagiert.

Elektromagnetische Wechselwirkung – Elektromagnetische Kraft

Die elektromagnetische Kraft ist die Kraft, die für alle elektromagnetischen Prozesse verantwortlich ist. Es wirkt zwischen elektrisch geladenen Teilchen. Es ist eine Kraft mit unendlicher Reichweite, die viel stärker als die Gravitationskraft ist und dem inversen Quadratgesetz folgt, aber weder Elektrizität noch Magnetismus addieren sich so wie die Gravitationskraft. Da es positive und negative Ladungen (Pole) gibt, heben sich diese Ladungen gegenseitig auf. Elektromagnetismus umfasst die elektrostatische Kraft, die zwischen geladenen Teilchen in Ruhe wirkt, und die kombinierte Wirkung von elektrischen und magnetischen Kräften, die zwischen geladenen Teilchen wirken, die sich relativ zueinander bewegen.

Das Photon , das Quantum der elektromagnetischen Strahlung , ist ein Elementarteilchen, das der Kraftträger der elektromagnetischen Kraft ist. Photonen sind Messbosonen ohne elektrische Ladung oder Ruhemasse und eine Spineinheit. Allen Photonen gemeinsam ist die Lichtgeschwindigkeit , die universelle Konstante der Physik. Im leeren Raum bewegt sich das Photon mit c ( Lichtgeschwindigkeit – 299 792 458 Meter pro Sekunde ).

Kräfte zwischen statischen elektrisch geladenen Teilchen unterliegen dem Coulombschen Gesetz . Das Coulombsche Gesetz kann verwendet werden, um die Kraft zwischen geladenen Teilchen (z. B. zwei Protonen) zu berechnen. Die elektrostatische Kraft ist direkt proportional zu den elektrischen Ladungen der beiden Teilchen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Teilchen. Das Coulombsche Gesetz wird als folgende Gleichung angegeben.

Sowohl das Coulombsche Gesetz als auch die Magnetkraft sind im Lorentzkraftgesetz zusammengefasst. Grundsätzlich sind sowohl magnetische als auch elektrische Kräfte Manifestationen einer Austauschkraft, die den Austausch von Photonen beinhaltet.

Die elektromagnetische Kraft spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der inneren Eigenschaften der meisten Objekte, denen man im täglichen Leben begegnet. Die chemischen Eigenschaften von Atomen und Molekülen werden durch die Anzahl der Protonen bestimmt, tatsächlich durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen .

Gravitationsinteraktion – Gravitationskraft

Die Schwerkraft war die erste Kraft, die wissenschaftlich untersucht wurde. Die Gravitationskraft wurde im 17. Jahrhundert von Isaac Newton systematisch beschrieben. Newton stellte fest, dass die Gravitationskraft zwischen allen Objekten mit Masse (einschließlich Objekten von Atomen und Photonen bis hin zu Planeten und Sternen) wirkt und direkt proportional zu den Massen der Körper und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Körpern ist. Da Energie und Masse gleichwertig sind , verursachen alle Energieformen (einschließlich Licht) Gravitation und stehen unter deren Einfluss. Der Bereich dieser Kraft ist ∞ und sie ist schwächer als die anderen Kräfte. Diese Beziehung ist in der folgenden Gleichung gezeigt.

Die Gleichung zeigt, dass die Gravitationskraft umso größer ist, je größer die Massen der Objekte oder je kleiner der Abstand zwischen den Objekten ist . Obwohl die Masse der Nukleonen sehr klein ist, kann die Tatsache, dass der Abstand zwischen den Nukleonen extrem kurz ist, die Gravitationskraft signifikant machen. Die Gravitationskraft zwischen zwei Protonen, die durch einen Abstand von 10 bis ²⁰ Metern voneinander getrennt sind, beträgt etwa 10 bis ²⁴ Newton. Die Schwerkraft ist die schwächste der vier fundamentalen Kräfte der Physik, ungefähr 10 ³⁸ mal schwächer als die starke Kraft. Andererseits ist die Schwerkraft additiv. Jeder Materiefleck, den Sie in einen Klumpen legen, trägt zur Gesamtschwerkraft des Klumpens bei. Da es sich auch um eine sehr weitreichende Kraft handelt, ist sie auf makroskopischer Ebene eine dominierende Kraft und die Ursache für die Bildung, Form und Flugbahn (Umlaufbahn) astronomischer Körper.

Vier grundlegende Naturkräfte

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Was ist starke Kraft vs schwache Kraft – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Die starke Kraft und die schwache Kraft sind zwei der vier Grundkräfte. Sie sind sehr verschieden. Dieser Artikel fasst diese Unterschiede zusammen.

Starke Interaktion – Starke Kraft

Grundlegende starke Kraft. Die starke Grundkraft oder die starke Kraft ist eine Kraft mit sehr kurzer Reichweite (weniger als etwa 0,8 fm, der Radius eines Nukleons), die direkt zwischen Quarks wirkt . Diese Kraft hält Quarks zusammen , um Protonen, Neutronen und andere Hadronenteilchen zu bilden. Die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von masselosen Partikeln vermittelt, die als Gluonen bezeichnet werden und zwischen Quarks, Antiquarks und anderen Gluonen wirken.
Verbleibende starke Kraft. Die verbleibende starke Kraft, auch als Kernkraft bezeichnet , ist eine Kraft mit sehr geringem Wirkungsbereich (etwa 1 bis 3 fm), die Neutronen und Protonen in Kernen zusammenhält. In Kernen wirkt diese Kraft der enormen abstoßenden elektromagnetischen Kraft der Protonen entgegen. Der Begriff Residuum ist mit der Tatsache verbunden, dass es sich um das Residuum der fundamentalen starken Wechselwirkung zwischen den Quarks handelt, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen. Die verbleibende starke Kraft wirkt indirekt durch die virtuellen π- und ρ-Mesonen , die die Kraft zwischen den Nukleonen übertragen, die den Kern zusammenhalten.

Schwache Interaktion – Schwache Kraft

Die schwache Wechselwirkung, die für einige Kernphänomene wie den Beta-Zerfall verantwortlich ist , kann als schwache Kraft auf die Quarks innerhalb des Neutrons verstanden werden . Einer von zwei Down – Quarks verwandelt sich durch Emission eines W ^– Bosons in einen Up – Quark (führt eine negative Ladung ab). Die W ^– Boson zerfällt dann in ein Beta – Teilchen und ein Antineutrino . Dieser Vorgang entspricht dem Vorgang, bei dem ein Neutrino mit einem Neutron interagiert.

Starke Kraft gegen schwache Kraft

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Was ist stark – schwach – elektromagnetisch – Gravitationskraft – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Stark – Schwach – Elektromagnetisch – Gravitationskraft. Im Allgemeinen werden diese Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen als fundamentale Naturkräfte bezeichnet. Strahlendosimetrie

In der Physik sind die fundamentalen Wechselwirkungen , die auch als fundamentale Kräfte bezeichnet werden, Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen, die nicht auf grundlegendere Wechselwirkungen reduziert werden können. Diese Wechselwirkungen bestimmen, wie Partikel und auch makroskopische Objekte interagieren und wie bestimmte Partikel zerfallen. Im Allgemeinen können sie in eine von vier fundamentalen Kräften eingeteilt werden :

Starke Interaktion – Starke Kraft

Die starke Wechselwirkung oder starke Kraft ist eine der vier fundamentalen Kräfte und beinhaltet den Austausch der als Gluonen bekannten Vektorbosonen . Im Allgemeinen ist die starke Wechselwirkung eine sehr komplizierte Wechselwirkung, da sie sich mit der Entfernung erheblich ändert. Die starke Kernkraft hält die gewöhnliche Materie zusammen, weil sie Quarks in Hadronenteilchen wie Protonen und Neutronen einschließt . Darüber hinaus ist die starke Kraft die Kraft, die einen Kern gegen die enormen Abstoßungskräfte ( elektromagnetische Kraft ) der Protonen zusammenhalten kann, in der Tat stark.

Schwache Interaktion – Schwache Kraft

Die schwache Wechselwirkung oder schwache Kraft ist eine der vier fundamentalen Kräfte und beinhaltet den Austausch der Zwischenvektorbosonen W und Z. Da diese Bosonen sehr massiv sind (in der Größenordnung von 80 GeV gibt das Unsicherheitsprinzip eine Bandbreite von Dies entspricht etwa 10 ^-18 Metern, was weniger als der Durchmesser eines Protons ist, was zur Folge hat, dass die schwache Wechselwirkung nur in sehr kleinen subatomaren Abständen stattfindet und dass die schwache Wechselwirkung für einige Kernphänomene wie den Beta-Zerfall verantwortlich ist verstanden als die schwache Kraft, die auf die Quarks innerhalb des Neutrons einwirkt .

Elektromagnetische Wechselwirkung – Elektromagnetische Kraft

Gravitationsinteraktion – Gravitationskraft

Die Schwerkraft war die erste Kraft, die wissenschaftlich untersucht wurde. Die Gravitationskraft wurde im 17. Jahrhundert von Isaac Newton systematisch beschrieben. Newton gab an, dass die Gravitationskraft zwischen allen Objekten mit Masse (einschließlich Objekten von Atomen und Photonen bis hin zu Planeten und Sternen) wirkt und direkt proportional zu den Massen der Körper und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Körpern ist. Da Energie und Masse gleichwertig sind , verursachen alle Energieformen (einschließlich Licht) Gravitation und stehen unter deren Einfluss. Die Reichweite dieser Kraft ist ∞ und sie ist schwächer als die anderen Kräfte.

Stark – Schwach – Elektromagnetisch – Gravitationskraft

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Was ist sichtbare und unsichtbare Strahlung – Definition

Juli 7, 2020Dezember 17, 2019 von Nick Connor

Im Allgemeinen kann elektromagnetische Strahlung in einen sichtbaren und einen unsichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums unterteilt werden. Sichtbare und unsichtbare Strahlung

Im Allgemeinen kann elektromagnetische Strahlung in einen sichtbaren und einen unsichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums unterteilt werden. Licht ist elektromagnetische Strahlung innerhalb eines bestimmten Teils des elektromagnetischen Spektrums. Das Wort bezieht sich normalerweise auf sichtbares Licht , dh das sichtbare Spektrum, das für das menschliche Auge sichtbar ist. Sichtbares Licht hat normalerweise Wellenlängen im Bereich von 400–700 Nanometer (nm).

Elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Lichtbereich besteht aus Quanten ( Photonen genannt ), die sich am unteren Ende der Energien befinden, die in Molekülen eine elektronische Anregung hervorrufen können, die zu Änderungen der Bindung oder Chemie des Moleküls führt. Photonen werden nach den Energien von energiearmen Radiowellen und Infrarotstrahlung über sichtbares Licht bis hin zu energiereichen Röntgen- und Gammastrahlen kategorisiert .

Am unteren Ende des sichtbaren Lichtspektrums wird elektromagnetische Strahlung für den Menschen unsichtbar (Infrarot), da seine Photonen nicht mehr über genügend individuelle Energie verfügen, um eine dauerhafte molekulare Veränderung (Konformationsänderung) des visuellen Moleküls Retina in der menschlichen Retina hervorzurufen. welche Veränderung das Sehgefühl auslöst.

NASA - Elektromagnetisches Spektrum — Quelle: Rundgang durch das elektromagnetische Spektrum www.nasa.gov

Unsichtbare Strahlung

Jede elektromagnetische Strahlung mit Ausnahme von sichtbarem Licht (ein sehr schmales Band) ist unsichtbar. Unsichtbare Strahlung umfasst Radiowellen, Infrarot-, UV-, Mikrowellen- und Gammastrahlung. Außerdem sind Alpha- und Betastrahlung sowie „Kathodenstrahlen“ – alles Partikelströme – unsichtbar .

Bemerkenswerterweise ist weder unsichtbare Strahlung für das menschliche Auge vollständig unsichtbar. Ein verwandtes Thema sind kosmische visuelle Phänomene , bei denen Astronauten Lichtblitze sehen können , die vermutlich auf die Interaktion einzelner kosmischer Strahlungsteilchen mit ihren Augen zurückzuführen sind. Die Forscher glauben, dass diese Lichtblitze, die speziell von Astronauten im Weltraum wahrgenommen werden, auf kosmische Strahlung (hochenergetische geladene Teilchen von außerhalb der Erdatmosphäre) zurückzuführen sind, obwohl der genaue Mechanismus unbekannt ist.

Die Gefahr ionisierender Strahlung besteht darin, dass die Strahlung unsichtbar ist und von den menschlichen Sinnen nicht direkt wahrgenommen werden kann. Menschen können Strahlung weder sehen noch fühlen, aber sie gibt Energie an die Materialmoleküle ab. Die Energie wird für jede Wechselwirkung zwischen der Strahlung und einem Molekül in geringen Mengen übertragen, und es gibt gewöhnlich viele Arten von Wechselwirkungen. Daher können Sie Strahlung nur mit Instrumenten ( Detektoren für ionisierende Strahlung ) erfassen und messen .

Detektion unsichtbarer Strahlung

Detektoren für ionisierende Strahlung bestehen aus zwei Teilen, die normalerweise miteinander verbunden sind. Der erste Teil besteht aus einem empfindlichen Material, das aus einer Verbindung besteht, die bei Bestrahlung Veränderungen erfährt. Die andere Komponente ist ein Gerät, das diese Änderungen in messbare Signale umwandelt.

Die meisten Detektoren ionisierender Strahlung folgen in ihren Grundprinzipien ähnlichen Eigenschaften. Detektoren für ionisierende Strahlung bestehen aus zwei Teilen , die normalerweise miteinander verbunden sind. Der erste Teil besteht aus einem empfindlichen Material , das aus einer Verbindung besteht, die bei Bestrahlung Veränderungen erfährt. Die andere Komponente ist ein Gerät, das diese Änderungen in messbare Signale umwandelt. Alle Detektoren erfordern, dass Strahlung einen Teil ihrer Energie in empfindlichem Material ablegt, das Teil des Instruments ist. Die Strahlung tritt in den Detektor ein, interagiert mit Atomen des Detektormaterials und lagert etwas Energie an empfindliches Material ab. Jedes Ereignis kann ein Signal erzeugen, das ein Impuls, ein Loch, ein Lichtsignal, Ionenpaare in einem Gas und viele andere sein kann. Die Hauptaufgabe besteht darin, ein ausreichendes Signal zu erzeugen, es zu verstärken und aufzuzeichnen.

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