stringtranslate.com

Частица

Дуговым сварщикам необходимо защищать себя от сварочных искр , которые представляют собой нагретые металлические частицы, отлетающие от сварочной поверхности.

В физических науках частица (или корпускула в старых текстах ) — это небольшой локализованный объект , который можно описать несколькими физическими или химическими свойствами , такими как объем , плотность или масса . [1] [2] Они сильно различаются по размеру и количеству: от субатомных частиц , таких как электрон , до микроскопических частиц, таких как атомы и молекулы , и до макроскопических частиц, таких как порошки и другие зернистые материалы . Частицы также можно использовать для создания научных моделей даже более крупных объектов в зависимости от их плотности, таких как люди , движущиеся в толпе, или движущиеся небесные тела .

Термин «частица» имеет довольно общее значение и уточняется по мере необходимости в различных научных областях. Все, что состоит из частиц, можно назвать частицами. [3] Однако существительное « частица» чаще всего используется для обозначения загрязняющих веществ в атмосфере Земли , которые представляют собой суспензию несвязанных частиц, а не скопление связанных частиц .

Концептуальные свойства

Частицы часто изображаются в виде точек. Эта фигура могла бы изображать движение атомов газа , людей в толпе или звезд в ночном небе .

Концепция частиц особенно полезна при моделировании природы , поскольку полное рассмотрение многих явлений может быть сложным, а также включать сложные вычисления. [4] Его можно использовать для упрощения предположений относительно задействованных процессов. Фрэнсис Сирс и Марк Земански из Университетской физики приводят пример расчета места приземления и скорости бейсбольного мяча, подброшенного в воздух. Они постепенно лишают бейсбольный мяч большинства его свойств, сначала идеализируя его как твердую гладкую сферу , затем пренебрегая вращением , плавучестью и трением , в конечном итоге сводя проблему к баллистике классической точечной частицы . [5] Рассмотрение большого числа частиц является областью статистической физики . [6]

Размер

Галактики настолько велики, что звезды по отношению к ним можно считать частицами.

Термин «частица» обычно по-разному применяется к трем классам размеров. Термин макроскопическая частица обычно относится к частицам, намного большим, чем атомы и молекулы . Их обычно абстрагируют как точечные частицы , даже если они имеют объемы, формы, структуры и т. д. Примерами макроскопических частиц могут быть порошок , пыль , песок , куски мусора во время автомобильной аварии или даже объекты размером со звезды . галактики . _ [7] [8]

Другой тип, микроскопические частицы, обычно относится к частицам размером от атомов до молекул , таким как диоксид углерода , наночастицы и коллоидные частицы . Эти частицы изучаются в химии , а также в атомной и молекулярной физике . Наименьшими из частиц являются субатомные частицы , которые относятся к частицам меньше атомов. [9] К ним относятся такие частицы, как составляющие атомов – протоны , нейтроны и электроны – а также другие типы частиц, которые могут быть произведены только в ускорителях частиц или космических лучах . Эти частицы изучаются в физике элементарных частиц .

Из-за их чрезвычайно малого размера изучение микроскопических и субатомных частиц относится к области квантовой механики . Они продемонстрируют явления, продемонстрированные в модели «частица в ящике» , [10] [11], включая корпускулярно-волновой дуализм , [12] [13] , и важный вопрос : можно ли считать частицы разными или идентичными [14] [15] во многих ситуациях.

Состав

Протон состоит из трёх кварков .

Частицы также можно классифицировать по составу. Сложные частицы относятся к частицам, имеющим состав, то есть к частицам, состоящим из других частиц. [16] Например, атом углерода-14 состоит из шести протонов, восьми нейтронов и шести электронов. Напротив, элементарные частицы (также называемые фундаментальными частицами ) относятся к частицам, которые не состоят из других частиц. [17] Согласно нашему нынешнему пониманию мира , существует лишь очень небольшое их количество, например , лептоны , кварки и глюоны . Однако возможно, что некоторые из них в конце концов могут оказаться составными частицами и на данный момент просто кажутся элементарными. [18] Хотя составные частицы очень часто можно считать точечными , элементарные частицы действительно точечны . [19]

Стабильность

Известно , что как элементарные (например, мюоны ), так и составные частицы (например, ядра урана ) подвергаются распаду частиц . Те, которые этого не делают, называются стабильными частицами, такими как электрон или ядро ​​гелия-4 . Время жизни стабильных частиц может быть либо бесконечным , либо достаточно большим, чтобы препятствовать попыткам наблюдения таких распадов. В последнем случае такие частицы называются « наблюдательно стабильными ». В общем, частица распадается из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, испуская ту или иную форму излучения , например испускание фотонов .

Моделирование N -тела

В вычислительной физике моделирование N-тел ( также называемое моделированием N -частиц) представляет собой моделирование динамических систем частиц, находящихся под влиянием определенных условий, например, под действием гравитации . [20] Эти симуляции очень распространены в космологии и вычислительной гидродинамике .

N относится к числу рассматриваемых частиц . Поскольку моделирование с более высоким значением N требует большего объема вычислений, системы с большим количеством реальных частиц часто будут аппроксимироваться меньшим количеством частиц, и алгоритмы моделирования необходимо оптимизировать с помощью различных методов . [20]

Распределение частиц

Примеры устойчивой и нестабильной коллоидной дисперсии.

Коллоидные частицы являются компонентами коллоида. Коллоид — это вещество, микроскопически равномерно диспергированное в другом веществе. [21] Такая коллоидная система может быть твердой , жидкой или газообразной ; а также непрерывный или рассеянный. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр примерно от 5 до 200 нанометров . [22] Растворимые частицы меньшего размера образуют раствор, а не коллоид. Коллоидные системы (также называемые коллоидными растворами или коллоидными суспензиями) являются предметом изучения интерфейсов и коллоидной науки . Взвешенные твердые вещества могут удерживаться в жидкости, тогда как твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, вместе образуют аэрозоль . Частицы могут также находиться во взвешенном состоянии в форме атмосферных твердых частиц , которые могут представлять собой загрязнение воздуха . Более крупные частицы могут аналогичным образом образовывать морской мусор или космический мусор . Конгломерат дискретных твердых макроскопических частиц можно описать как зернистый материал .

Смотрите также

В Wikiquote есть цитаты, связанные с Particle .

Рекомендации

  1. ^ «Частица». Глоссарий АМС . Американское метеорологическое общество . Проверено 12 апреля 2015 г.
  2. ^ «Частица» . Оксфордский словарь английского языка (3-е изд.). Издательство Оксфордского университета . Сентябрь 2005 г.
  3. ^ Т.В. Ламбе; Р. В. Уитмен (1969). Механика грунтов. Джон Уайли и сыновья . п. 18. ISBN 978-0-471-51192-2. Слово «частица» означает «относящийся к системе частиц или относящийся к ней».
  4. ^ Ф.В. Сирс; М.В. Земанский (1964). «Равновесие частицы». Университетская физика (3-е изд.). Аддисон-Уэсли . стр. 26–27. LCCN  63015265.
  5. ^ Ф.В. Сирс; М.В. Земанский (1964). «Равновесие частицы». Университетская физика (3-е изд.). Аддисон-Уэсли . п. 27. LCCN  63015265. Тело, вращение которого игнорируется как несущественное, называется частицей. Частица может быть настолько маленькой, что представляет собой приближение к точке, или может быть любого размера при условии, что линии действия всех действующих на нее сил пересекаются в одной точке.
  6. ^ Ф. Рейф (1965). «Статистическое описание систем частиц». Основы статистической и теплофизики . МакГроу-Хилл . стр. 47 и далее. ISBN 978-0-07-051800-1.
  7. ^ Дж. Дубински (2003). «Динамика галактики и космология на Маккензи». Канадский институт теоретической астрофизики . Архивировано из оригинала 2 ноября 2021 г. Проверено 24 февраля 2011 г.
  8. ^ Дж. Коппола; Ф. Ла Барбера; М. Капаччоли (2009). «Галактика Серсика с моделями гало Серсика галактик раннего типа: инструмент для моделирования N-тел». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 121 (879): 437. arXiv : 0903.4758 . Бибкод : 2009PASP..121..437C . дои : 10.1086/599288 .
  9. ^ «Субатомная частица». Ваш словарь.com . Архивировано из оригинала 5 марта 2011 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
  10. ^ Р. Айсберг; Р. Резник (1985). «Решения нестационарных уравнений Шрёдингера». Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер, ионов, соединений и частиц (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья . стр. 214–226. ISBN 978-0-471-87373-0.
  11. ^ Ф. Рейф (1965). «Квантовая статистика идеальных газов - квантовые состояния одной частицы». Основы статистической и теплофизики. МакГроу-Хилл . стр. VII – X. ISBN 978-0-07-051800-1.
  12. ^ Р. Айсберг; Р. Резник (1985). «Фотоны — корпускулярные свойства излучения». Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья . стр. 26–54. ISBN 978-0-471-87373-0.
  13. ^ Р. Айсберг; Р. Резник (1985). «Постулат де Бройля — волновые свойства частиц». Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья . стр. 55–84. ISBN 978-0-471-87373-0.
  14. ^ Ф. Рейф (1965). «Квантовая статистика идеальных газов - одинаковые частицы и требования симметрии». Основы статистической и тепловой динамики . МакГроу-Хилл . стр. 331 и далее. ISBN 978-0-07-051800-1.
  15. ^ Ф. Рейф (1965). «Квантовая статистика идеальных газов - физические последствия квантово-механического перечисления состояний». Основы статистической и тепловой динамики . МакГроу-Хилл . стр. 353–360. ISBN 978-0-07-051800-1.
  16. ^ «Композитная частица». Ваш словарь.com . Архивировано из оригинала 15 ноября 2010 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
  17. ^ «Элементарная частица». Ваш словарь.com . Архивировано из оригинала 14 октября 2010 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
  18. ^ ИА Д'Суза; К. С. Кальман (1992). Преоны: модели лептонов, кварков и калибровочных бозонов как составных объектов . Всемирная научная . ISBN 978-981-02-1019-9.
  19. ^ Национальный исследовательский совет США (1990). «Что такое элементарная частица?». Физика элементарных частиц . Национальный исследовательский совет США . п. 19. ISBN 0-309-03576-7.
  20. ^ аб А. Грапс (20 марта 2000 г.). «Методы моделирования N-тел / частиц». Архивировано из оригинала 5 апреля 2001 года . Проверено 18 апреля 2019 г.
  21. ^ «Коллоид». Британская энциклопедия . 1 июля 2014 года . Проверено 12 апреля 2015 г.
  22. ^ И. Н. Левин (2001). Физическая химия (5-е изд.). МакГроу-Хилл . п. 955. ИСБН 978-0-07-231808-1.

дальнейшее чтение