Hva holder Atomer sammen?

Hva holder Atomer sammen?


Du har sannsynligvis lært tidlig i naturfag som motsatte ladninger tiltrekker og like ladninger hverandre. Den planetariske modellen av Niels Bohr har positivt ladet kjerne omgitt av negativt ladede elektronene. De motsatte ladede partikler tiltrekke hverandre, på en måte som er analog til tiltrekningen av tyngdekraften mellom solen og dens satellitt planeter. Denne ekstremt forenklet beskrivelse er minst noe tilfredsstillende i å forklare hvorfor elektronene summende rundt kjernen og ikke flyr ut i verdensrommet, men det reiser spørsmålet: hva holder kjernen sammen?

De fire grunnleggende krefter

Det er fire fundamentale kreftene i universet. Den sterke kjernekraften (eller bare "sterk kraft"), svak kjernekraften ( "svake force"), elektromagnetisk kraft og tyngdekraften. Tyngdekraften er så svak at den er praktisk talt uten betydning ved et atomært eller subatomære nivå, selv om det er av stor betydning på et makroskopisk nivå. Den svake kjernekraften, mens viktig i avansert partikkelfysikk, er ikke generelt studert i innledende studier av atomstyrker. Den sterke kjernekraften og den elektromagnetiske kraften er, i motsetning, nødvendig for å forstå hva som holder atomer sammen.

Den elektromagnetiske kraften i Nucleus

Kjernen inneholder positivt ladede protoner og nøytroner, som ikke har elektromagnetisk kostnad. Det er ingen elektromagnetisk kraft som holder et proton og nøytron sammen og tiltrekningen på grunn av tyngdekraften er praktisk talt ubetydelig. To protoner er sterkt frastøtt av hverandre. Hvis avstanden mellom to objekter tiltrukket eller frastøtt av elektromagnetiske krefter økes, kraften redusert med en firkant av at faktor. Slik at hvis avstanden er doblet, blir kraften mellom dem er redusert med en faktor på fire. Hvis avstanden er halvert, blir den økt med en faktor på fire. Protoner i en kjerne er svært tett og sterkt frastøte hverandre.

The Strong Force

Den elektrostatiske avstøtning mellom protonene i en kjerne er meget sterk. Den kraft som holder dem sammen til tross for denne elektromagnetiske frastøtning kalles den sterke kjernekraften, eller ganske enkelt sterk kraft. Som den elektromagnetiske kraften, minker med avstanden, men den sterke kraften avtar langt raskere med økende avstand, og blir mye sterkere på korte avstander. Hvis du skulle ta med to protoner nær hverandre, ville det elektromagnetiske frastøting mellom dem øker eksponentielt inntil de var svært tett sammen, noe som medførte at attraksjon på grunn av den sterke kraft, utrolig sterk på korte avstander og ekstremt svak på større avstander, ville overvinne den elektromagnetiske frastøting.

Den elektromagnetiske kraften Mellom Nucleus og elektronene

Planetatommodell popularisert av Niels Bohr viser elektronene kretser rundt kjernen på en måte som er analog til planetene i bane rundt solen. I stedet for tyngdekraften, er trykket som holder satellittene på plass er den elektromagnetiske kraft. Dette er en dramatisk unyansert beskrivelse, og de kreftene som styrer elektronets "bane" av kjernen er langt mer komplisert enn dem som gjelder en planets bevegelse rundt en søn De negativt ladede elektroner tiltrekkes gjennom den elektromagnetiske kraften til den positivt ladede kjernen på en måte som er omtrent lik den bevegelse av planet som holdes i omløp ved gravitasjonen. Denne beskrivelsen må bli revidert og utvidet som du graver deg mer inn i mysterier atom.