stringtranslate.com

Частица

Сварщикам необходимо защищать себя от искр , которые образуются при сварке и представляют собой раскаленные частицы металла, отлетающие от свариваемой 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 или количеству: от субатомных частиц, таких как электрон , до микроскопических частиц, таких как атомы и молекулы , и макроскопических частиц, таких как порошки и другие гранулированные материалы . Частицы также могут использоваться для создания научных моделей даже более крупных объектов в зависимости от их плотности, таких как люди, движущиеся в толпе, или небесные тела в движении .

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

Концептуальные свойства

Частицы часто представляются в виде точек. Эта фигура может представлять движение атомов в газе , людей в толпе или звезд в ночном небе .

Концепция частиц особенно полезна при моделировании природы , поскольку полное рассмотрение многих явлений может быть сложным и также включать трудные вычисления. [4] Его можно использовать для упрощения предположений относительно вовлеченных процессов. Фрэнсис Сирс и Марк Земански в University Physics приводят пример расчета места приземления и скорости бейсбольного мяча, брошенного в воздух. Они постепенно лишают бейсбольный мяч большинства его свойств, сначала идеализируя его как жесткую 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 сравнению с ними можно считать частицами.

Термин «частица» обычно применяется по-разному к трем классам размеров. Термин макроскопическая частица обычно относится к частицам, намного большим, чем атомы и молекулы . Они обычно абстрагируются как точечные частицы , хотя у них есть 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 углекислый газ , наночастицы и коллоидные частицы . Эти частицы изучаются в химии , а также в атомной и молекулярной физике . Наименьшие частицы — это субатомные частицы , которые относятся к частицам меньше атомов. [9] К ним относятся частицы, такие как составляющие атомов — протоны , нейтроны и электроны , — а также другие типы частиц, которые могут быть получены только в ускорителях частиц или космических лучах . Эти частицы изучаются в физике частиц .

Из-за их чрезвычайно малых размеров изучение микроскопических и субатомных частиц относится к области квантовой механики . Они будут демонстрировать явления, продемонстрированные в модели частицы в ящике , [10] [11], включая дуализм волна-частица , [12] [13] и то, можно ли считать частицы различными или идентичными [14] [15], является важным вопросом во многих ситуациях.

Состав

Протон состоит из трех кварков и удерживается вместе сильным взаимодействием .

Частицы также можно классифицировать по составу. Составные частицы относятся к частицам, имеющим состав, то есть к частицам, которые состоят 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 текущему пониманию мира , существует лишь очень небольшое их количество, например, лептоны , кварки и глюоны . Однако возможно, что некоторые из них могут оказаться составными частицами в конце концов и просто казаться элементарными на данный момент. [18] В то время как составные частицы очень часто можно считать точечными , элементарные частицы действительно пунктуальны . [19]

Стабильность

Известно, что как элементарные (например, мюоны ), так и составные частицы (например, ядра урана ) подвержены распаду частиц . Те, которые не подвержены распаду, называются стабильными частицами, например, электрон или ядро ​​гелия-4 . Время жизни стабильных частиц может быть либо бесконечным , либо достаточно большим, чтобы затруднить попытки 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 некоторую форму излучения , например, испуская фотоны .

Н-симуляция тела

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

N относится к числу рассматриваемых частиц . Поскольку моделирование с большим N требует больших вычислительных затрат, системы с большим числом реальных частиц часто будут аппроксимироваться меньшим числом частиц, и алгоритмы моделирования необходимо оптимизировать с помощью различных методов . [20]

Распределение частиц

Примеры устойчивой и неустойчивой коллоидной дисперсии.

Коллоидные частицы являются компонентами коллоида. Коллоид — это вещество, микроскопически равномерно распределенное по другому веществу. [21] Такая коллоидная система может быть твердой , жидкой или газообразной ; а также непрерывной или диспергированной. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр приблизительно от 5 до 200 нанометров . [22] Растворимые частицы меньше этого размера образуют раствор, а не коллоид. Коллоидные системы (также называемые коллоидными растворами или коллоидными суспензиями) являются предметом науки о интерфейсе и коллоидах . Взвешенные твердые частицы могут удерживаться в жидкости, в то время как твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, вместе образуют аэрозоль . Частицы также могут быть взвешены в форме атмосферных твердых частиц , которые могут представлять собой загрязнение воздуха . Более крупные частицы могут аналогично образовывать морской или космический мусор . Конгломерат дискретных твердых макроскопических частиц можно описать как гранулированный материал .


Смотрите также

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с частицей .

Ссылки

  1. ^ "Частица". Глоссарий AMS . Американское метеорологическое общество . Получено 2015-04-12 .
  2. ^ "Частица" . Оксфордский словарь английского языка (3-е изд.). Oxford University Press . Сентябрь 2005 г.
  3. ^ TW Lambe; RV Whitman (1969). Механика грунтов. John Wiley & Sons . стр. 18. ISBN 978-0-471-51192-2. Слово «частичный» означает «относящийся к системе частиц».
  4. ^ FW Sears; MW Zemansky (1964). «Равновесие частицы». University Physics (3-е изд.). Addison-Wesley . стр. 26–27. LCCN  63015265.
  5. ^ FW Sears; MW Zemansky (1964). "Равновесие частицы". University Physics (3-е изд.). Addison-Wesley . стр. 27. LCCN  63015265. Тело, вращение которого игнорируется как несущественное, называется частицей. Частица может быть настолько мала, что является приближением к точке, или может быть любого размера, при условии, что линии действия всех сил, действующих на нее, пересекаются в одной точке.
  6. ^ Ф. Рейф (1965). "Статистическое описание систем частиц". Основы статистической и тепловой физики . McGraw-Hill . стр. 47 и далее. ISBN 978-0-07-051800-1.
  7. ^ J. Dubinski (2003). "Galaxy Dynamics and Cosmology on Mckenzie". Канадский институт теоретической астрофизики . Архивировано из оригинала 2021-11-02 . Получено 2011-02-24 .
  8. ^ G. Coppola; F. La Barbera; M. Capaccioli (2009). "Галактика Серсика с моделями гало Серсика ранних типов галактик: инструмент для моделирования N-тел". Публикации Астрономического общества Тихого океана . 121 (879): 437. arXiv : 0903.4758 . Bibcode : 2009PASP..121..437C . doi : 10.1086/599288 .
  9. ^ "Субатомная частица". YourDictionary.com . Архивировано из оригинала 2011-03-05 . Получено 2010-02-08 .
  10. ^ Р. Айсберг; Р. Резник (1985). «Решения уравнений Шредингера, не зависящих от времени». Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер, ионов, соединений и частиц (2-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 214–226. ISBN 978-0-471-87373-0.
  11. ^ Ф. Рейф (1965). «Квантовая статистика идеальных газов – квантовые состояния одной частицы». Основы статистической и тепловой физики. McGraw-Hill . стр. vii–x. ISBN 978-0-07-051800-1.
  12. ^ Р. Эйсберг; Р. Резник (1985). «Фотоны — корпускулярные свойства излучения». Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 26–54. ISBN 978-0-471-87373-0.
  13. ^ Р. Эйсберг; Р. Резник (1985). "Постулат де Бройля — волновые свойства частиц". Квантовая физика атомов, молекул, твердых тел, ядер и частиц (2-е изд.). John Wiley & Sons . стр. 55–84. ISBN 978-0-471-87373-0.
  14. ^ Ф. Рейф (1965). "Квантовая статистика идеальных газов – идентичные частицы и требования симметрии". Основы статистической и тепловой динамики . McGraw-Hill . стр. 331 и далее. ISBN 978-0-07-051800-1.
  15. ^ Ф. Рейф (1965). «Квантовая статистика идеальных газов – Физические следствия квантово-механического перечисления состояний». Основы статистической и тепловой динамики . McGraw-Hill . С. 353–360. ISBN 978-0-07-051800-1.
  16. ^ "Составная частица". YourDictionary.com . Архивировано из оригинала 2010-11-15 . Получено 2010-02-08 .
  17. ^ "Элементарная частица". YourDictionary.com . Архивировано из оригинала 2010-10-14 . Получено 2010-02-08 .
  18. ^ IA D'Souza; CS Kalman (1992). Преоны: Модели лептонов, кварков и калибровочных бозонов как составных объектов . World Scientific . ISBN 978-981-02-1019-9.
  19. ^ Национальный исследовательский совет США (1990). "Что такое элементарная частица?". Физика элементарных частиц . Национальный исследовательский совет США . стр. 19. ISBN 0-309-03576-7.
  20. ^ ab A. Graps (20 марта 2000 г.). "Методы моделирования N-тел / частиц". Архивировано из оригинала 5 апреля 2001 г. Получено 18 апреля 2019 г.
  21. ^ "Colloid". Encyclopaedia Britannica . 1 июля 2014. Получено 12 апреля 2015 г.
  22. ^ IN Levine (2001). Физическая химия (5-е изд.). McGraw-Hill . стр. 955. ISBN 978-0-07-231808-1.

Дальнейшее чтение