原子核に例外がある？ -原子核は陽子と中性子から構成されていますが、- 物理学 2ページ目

Q原子核の中心に働くクーロン力について

こんにちは、
下記は、銅原子の原子核の中心に働くクーロン力について計算したものです。
結果は、
4.170312491226533*10^12[N]
と非常に大きい値になります。しかし、考えてみますと、原子核は、正に帯電していますので、反発力が働き、もっと小さいはずです。他の考え方で、原子核の中心に働くクーロン力を求めることはできないのでしょうか？

e1 = 1.6/10^19;
r = 10^(-10);
e = 8.854/10^12;
F = (1/(4*Pi*e))*(e1^1/r^2)*29

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#1補足について

ご紹介のPDFの(15)式第3項はそこに書いてあるとおり、原子核を一様に電荷が分布した連続体と近似した場合の電磁気学的な斥力の結合エネルギーへの寄与をあらわした項です。改めて計算してはいませんが、一様に電荷が分布した球体として計算すればよく、多分、電磁気学の教科書にはのっているはずです。第1項、第２項がパイオンによる結合エネルギーですね。

力を求めたいとの事ですが、力を考えるときは力を及ぼす側と力を受ける側の両者を指定する必要があります。原子核の問題だと私では答...続きを読む

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Q水素を構成する陽子、中性子、陽電子、陰電子の数は?

太陽では核融合で「陽子がヘリウム原子核に変換している」といったり、「水素がヘリウム原子核に変換している」といったりします。
水素（ばかりとは限りませんが）には紛らわしい呼び名や物質が沢山あります。そこで次の各物質の構成要素の数を纏めておきたいと思います。
質問の丸投げはいけないかと思い、苦し紛れに書き出してみました。左から順に、P（陽子）、N（中性子）、+（陽電子）、-（陰電子）の個数です。誤っている所を訂正し、末尾の?のうち著しく不適当な所はご意見をお聞かせ下さると有難いで...続きを読む

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そもそもこの表で「陽電子」を書く欄があるのは可笑しい（陽電子に出番はない）ので、単純に電荷として考えてみると良いでしょう。

陽子・・・・・・・・・・・P1、N0、E0、＋
水素イオン・・・・・・・・P1、N0、E0、＋
軽水素・・・・・・・・・・P1、N0、E1、０
水素原子核（=陽子）・・・P1、N0、E0、＋
水素原子（=軽水素）・・・P1、N0、E1、０
水素分子（水素原子×２）・P２、N０、E２、０
重水素原子・・・・・・・・P１，N１、E１、０
重水素分子・・・・・・・・P２、N２、E２、０
三重水素原子・・・・・・・P１、N２、E１、０
三重水素分子・・・・・・・P２、N４、E２、０
四重水素原子・・・・・・・P１、N３、E１、０
四重水素分子・・・・・・・P２、N６、E２、０

※Pは陽子とその数、Nは中性子とその数、Eは電子とその数、最後の数字は全体的な電荷を表す。

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Q金の原子核の中心に働く力

こんにちは、

月の質量をM,地球の質量をE,月と地球の距離をR,万有引力定数をGとすると
地球の中心に働く力は、
fc=G・M/R^2
となります。

そうしますと、例えば金原子の場合、
比例定数をｋとすると、

ｆｃ＝ｋ・e/r^2

になりますが、eは、電子の全ての電荷になるのでしょうか？
また、電子の軌道半径rは、いろいろとありますが、具体的にどのような値になるのでしょうか？

Aベストアンサー

　いくつか考え違いが見られます。

　まず、地球と月に働く力は、ともに、
　　fc=G・ME/R^2　（Eが抜けてる）
です。

　また、月と地球の間に万有引力が働いていることから、金原子と電子の間にも同じ力が加わっていると考えておられますが、この考え方はどうかと思います。
　金の電子は原子核を中心に円軌道を描いているので、その向心力は、電子と原子核の電荷によるクーロン力であると考えて、
　　ｆｃ＝ｋ・e^2/r^2×(金原子の陽子数)
とするのであれば、理解することができます。

　また、「eは、電子の全ての電荷になるのでしょうか？」と複数の電子を一緒に考えておられますが、運動方程式は個々の電子ごとにたてなければなりません。各電子には、ｆｃ＝ｋ・e^2/r^2×(金原子の陽子数)のほかに、他の電子からの斥力を合成したものが働いていることに注意してください。
　この点が分かると、「電子の軌道半径rは、いろいろとありますが、具体的にどのような値になるのでしょうか？」という疑問が継承すると思います。

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Q陽は正の電気を持ち、中性子は中性である。そのため、狭い原子核内では電気的に陽子は強く反発し合い、ま

陽は正の電気を持ち、中性子は中性である。
そのため、狭い原子核内では電気的に陽子は強く反発し合い、また中性子と陽子は結びつかないので、
これらの互いに重力が弱くしか効かない(質量の小さい)粒子から成る原子核はバラバラになるはずである。
なのに、実際には殆どの原子は安定して存在する。
この理由を簡潔に記せ。

至急この問題の答えを教えてほしいです。

Aベストアンサー

簡潔に書くなら「強い相互作用が働いているから」です。

強い相互作用は中性子や陽子とを結びつける力です。力の強さは電磁相互作用の100倍以上なので、陽子同士の反発に打ち勝って中性子や陽子を結びつけています。

みんな大好きWikipedia「強い相互作用」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BC%B7%E3%81%84%E7%9B%B8%E4%BA%92%E4%BD%9C%E7%94%A8

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Q高校の原子分野についての質問です。原子核反応において、原子核同士を衝突させたときと原子核に中性子等

高校の原子分野についての質問です。

原子核反応において、原子核同士を衝突させたときと原子核に中性子等の粒子をぶつけたときの反応は違うものなのでしょうか？？

教えてください

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No.4です。ちょっと用語の使い方が適切ではなかったかもしれません。
鉄より軽い元素が「核融合」で作られると書きましたが、鉄より重い元素も「核融合」で作られます。
その意味で「鉄より軽い元素は、発熱反応の核融合」で作られ、「鉄より重い元素は、吸熱反応の核融合」で作られる、と書くべきなのでしょう。

学問的に正確に書くとどうなるのか、ちょっと自信がありません。とりあえずイメージ的な話として書きました。
「正確」に知りたければ、その筋の「書籍」なりを読んでください。

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Q水素原子の核（陽子）の構造について

水素原子核（陽子）の構造について教えてください。宇宙が誕生して、陽子がどのように、誕生したのかについても教えてください。

Aベストアンサー

陽子の構造について説明するだけでも大変です。核子は３つのクォークから構成されますが、その中でも陽子のクォーク構成は、uudとなります。この３つのクォークの質量を加えても陽子の質量には不足します。陽子の質量を説明する方法が、「自発的対称性の破れ」、陽子の場合には、「カイラル対称性の破れ」になります。クォークは電荷も2e/3,-e/3など素電荷の分数倍です。単独でこのような半端な電荷を取り出すことはできません。クォークとクォークを結びつける力が強いからです。この結びつける力を媒介するのがグルーオンです。尚、陽子の質量だけでなくスピンについても、クォークスピンの和で陽子スピンを説明することはできません（EMCの実験）から、結構複雑ですね。
ここまで、長々と書きましたが、理論抜きでこのようなことを覚えても何の意味もありません。ただ意味も分からず鵜呑みしただけの知識は無意味です。詳しくは、QCDの理論を学んで下さい。

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Q原子核の変形について

原子核の変形について興味があります。
下記を教えて下さい。
（１）原子核に中性子を吸収させる以外に、変形させることは出来るのでしょうか？
（２）物質に電圧を印加させると、物質の原子核は、少しは変形するのでしょうか？
（３）原子核の変形について調べたいのですが、専門書以外で分かり易い資料は無いでしょうか？

Aベストアンサー

何度もすみません。少し、考え直しました。

原子核の変形と言ってらっしゃるのは陽子と中性子の密度分布がずれた
状態のことでしょうか？
だとすると、先に書いた高スピン状態とは別なので、先の回答は的外れ
でした。

電場の力は陽子のみに作用しますが、静電場のような時間変化のない
(或いはゆるやかな)力では陽子は核力によって中性子を引きずって
しまいますので、変形は起こらないと思います。
このような変形は粒子ビームをつかって原子核を叩く(散乱させる)
ことで作ります。原子核の巨大共鳴(giant resonance)と呼ばれるものです。

以上は真空に裸の原子核があるという場合です。別に質問を立ててらっしゃいますが、金属に強電場を与えても電子が流れるばかりで原子核は
電場を感じないと思います。

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Q気体分子運動論 2原子分子　3原子分子なぜ振動は

こんにちは、気体の分子運動論について確認させてください。また質問をさせてください。どうぞ宜しくお願いします。

気体の運動エネルギーを考える際、
単原子分子の場合、内部エネルギーの変化 ΔU = 3/2 nRΔT
となりますが、この3の意味は単原子分子のとる自由度の数だと教わりました。
そしてその自由度とは、XYZ方向への並進運動とのことですね。

二原子分子の場合、これら3自由度の並進運動に加え、回転の自由度を加えるとのことでした。
回転は、二原子分子の線分をたとえば、z軸にそろえて載せた場合、X軸を回転軸とする回転、Y軸を回転軸とする回転の二つが加えられる。したがって、合計5の自由度があり、ΔU = 5/2 nRΔT
となる。

Q1：もうひとつZ軸を軸とした回転（つまり鉛筆を両方の掌ではさんで回すような回転）については、他の二回転に比べて運動エネルギーが小さいため考えない、と理解しているのですが、いかがでしょうか。

Q2：並進、回転運動の他にも、自由度として振動が考えられますが、なぜこれは加えないのでしょうか。

また、三原子分子の場合は、二通りあり、直線分子の場合、非直線分子の場合に分けられると知りました。ただ、三原子分子の場合の内部自由エネルギー変化についての式が与えられておらず、考えてみました。
Q3: 直線分子の場合、二原子分子と同じ考えで、並進、回転運動の自由度の合計は5となりそうですが、どうでしょうか。ただ、ここでも振動をどう扱うのか分かりません。振動の自由同は、三原子直線型分子の場合、4つあるようですが、これらの振動は考慮しなくて良いのでしょうか。

Q4: 非直線分子の場合、回転の自由度は一つ増えて合計3になるそうですが、これは、先程、二原子分子の際に考慮に入れなかった回転、Z軸を回転軸とする回転、が無視できなくなった、ということでしょうか。すると、ΔU = 6/2 nRΔT　となりそうですが、いかがでしょうか。

また、しつこいようですみませんが、振動はどうなのでしょうか。非直線分子の場合、振動の自由度は３あるそうですが、このことは内部エネルギー変化を考える場合に考慮に入れる必要はないのでしょうか？

以上となるのですが、私の理解があっているかどうかも含め、是非質問に回答頂ければ幸いです。どうか宜しくお願いします。

分かり難い記述があるようでしたら、訂正いたしますゆえ、どうか重ねて宜しくお願いします。

こんにちは、気体の分子運動論について確認させてください。また質問をさせてください。どうぞ宜しくお願いします。

気体の運動エネルギーを考える際、
単原子分子の場合、内部エネルギーの変化 ΔU = 3/2 nRΔT
となりますが、この3の意味は単原子分子のとる自由度の数だと教わりました。
そしてその自由度とは、XYZ方向への並進運動とのことですね。

二原子分子の場合、これら3自由度の並進運動に加え、回転の自由度を加えるとのことでした。
回転は、二原子分子の線分をたとえば、z軸にそろえて載せた場合、X軸...続きを読む

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>振動は含めないと言うことは、考慮すべきは並進運動と回転運動ですが、並進運動
>は常にXYZの三つ、回転については直線型分子だと2、屈曲した分子ならば3と、「常
>に」考えてもよいでしょうか。
>
>『Ｑ４：これも、ご推察のとおりです。３個以上の原子からなる"剛体"としての
>分子の場合、古典物理学的には自由度は最大６なのですね。』
>ということは、この考えは正しいかと存じますが、いかがでしょうか。
>例えば、４原子分子の場合でも、直線ならば回転は2、屈曲ならば3でしょうか。
>
>複雑な形をした分子、例えば、人間のように四肢があるような形をした分子の場合、
>右手だけの回転、左足だけの回転、など複雑な回転機構が考えられそうですが、剛
>体と考えるならば、このような回転の自由度は考慮しなくてよさそうですが、いか
>がでしょうか。

　はい、そのとおりです。
　３原子分子以上の多原子分子でも、直線状の分子なら、回転の自由度は２、それ以外の形状なら回転の自由度は３となります。どんなに複雑な形状を持つ分子の場合でも、剛体なら、回転の自由度は２または３となります。これは、次のように説明されます。
　多数の粒子が、互いの相対的な位置関係を崩さないで、まとまり（粒子系）を作っているとします。つまり"剛体"を、極く小さな構成粒子の集団と見なしてしまおうということですね。
　任意の座標系を用意して、粒子系の全ての粒子の座標を確定するには、何種類の情報が必要なのかを数え上げたのが、自由度と呼ばれる数値です。
　そのうち、特に、粒子系の中の任意の１つ（Ｐとしましょう）に固定した座標系（Ｐは座標の原点に在るものとします）を考え、物体系が任意の回転をしたとき、他のすべての粒子（Ｑi）の位置を表そうとすれば一体いくつの情報量が有れば済むのかを数え上げたものを、回転の自由度と呼ぶのです。剛体の回転を考える時には、粒子間の相対的な位置が確定しています(互いの相対的な距離は変わりません)から、必要な情報は、Ｑiが、Pから見て、x軸周りにθ、y軸周りにφ、ｚ軸周りにδ回転した、という情報だけです。
　たとえば、地球から見ると、各星座は一斉に同じ方向に日周・年周運動しているように見えます。これは、地球と星座を作っている恒星とが、相対的な位置関係を保ったままになっているので、或る天体（地球）から見て、任意の恒星（ペテルギウス）の回転さえ知ることができれば、他の任意の恒星位置が確定されるのと同じことです。
　つまり、θ,φ,δの３つの情報を知ることができれば、全てのＱiの、Pに対する相対的な位置を確定できるわけです。このことを、回転の自由度が３であるというのです。
　ただし、物質系の粒子の位置関係によっては、θ,φ,δのどれかが何°であっても位置関係確定には影響しないこともあります。たとえば、ｘ軸上に全ての粒子が配置されているとき、ｘ軸周りの回転角度θがいくつかという情報は価値がありません。無意味ですね。このような場合は、回転の自由度がθの分だけ、１つ減ることになります。しかし、多粒子系なら、２方向の軸周りの回転情報が同時に無意味になることはありえません（ｘ軸上とｙ軸上の２つの軸方向にすべての粒子が並ぶというようなことはあり得ません）から、剛体の回転の自由度は最低でも２、最大でも３なのです。

>振動は含めないと言うことは、考慮すべきは並進運動と回転運動ですが、並進運動
>は常にXYZの三つ、回転については直線型分子だと2、屈曲した分子ならば3と、「常
>に」考えてもよいでしょうか。
>
>『Ｑ４：これも、ご推察のとおりです。３個以上の原子からなる"剛体"としての
>分子の場合、古典物理学的には自由度は最大６なのですね。』
>ということは、この考えは正しいかと存じますが、いかがでしょうか。
>例えば、４原子分子の場合でも、直線ならば回転は2、屈曲ならば3でしょうか。
>
>複雑な形をした分...続きを読む

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Q原子核の巨大共鳴について教えてください。

１．この現象は、原子核に光を入射させて起こりますが、結果的には核分裂が発生しているのでしょうか？
２．原子炉では、中性子を原子核に入射させて、核分裂を起こしてエネルギーを取り出していますが、巨大共鳴のように、光を入射させて、核分裂を起こし、エネルギーを取り出せるのでしょうか？
３．中性子を原子核に入射させた場合も共鳴現象が確か起きたと思うのですが、この場合は、貴重な中性子を原子核が吸収して、核分裂の邪魔になったはずです。もし、光を原子核に入射させて核分裂を起こさせる場合、巨大共鳴現象もこの点は同じでしょうか？

Aベストアンサー

　巨大共鳴は核分裂ではありません。
　光を使う核反応は普通、レーザー核融合でしょう。少なくとも核分裂は一般的ではありません。

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Q原子と中性子の相互作用　核散乱振幅と吸収断面積の相関関係について

原子と中性子が相互作用する場合、
散乱する程度を表す核散乱振幅と
吸収する程度を吸収断面積があると思います。
その二つの値が負の相関関係になっていない場合のはなぜですか？
たとえばホウ素とかです。
吸収する程度がすごく大きいのに、散乱する程度もある程度大きい・・？
なぜでしょうか？宜しくお願いします。

Aベストアンサー

No.1です。「お礼」に書かれたことについて。

＞しかし、その二つに負の相関関係がないのがイメージできません。
＞それでも核元素において、散乱長と吸収断面積の相関関係がめちゃめちゃだと思いました。

　吸収断面積、散乱断面積は、呼び名こそ「断面積」ですが、No.1には「確率のようなもの」と書きましたが、誤解されるかもしれないのでむしろ「発生頻度」というべきもので、「合計値が1になる」というようなものではありません。
　1つの中性子が、吸収か散乱かのどちらかの反応をする、というものではなく、10のn乗個といったオーダーの中性子束がターゲット元素を通過したときに、どれだけの中性子が原子核に「吸収」され、どれだけが「散乱」するか、というような統計的な事象を想定しています。

　中性子のエネルギーによっては、「吸収の頻度、散乱の頻度も共に増加する」ということも起こり得ます。
　ある中性子エネルギーで、原子核に取り込まれる断面積が急に高くなることがあり、共鳴現象と呼ばれます。このときには、そのうちの一部がそのまま原子核内に留まって「吸収」され、一部が再度原子核から飛び出してプロセスとしては「散乱」になる、ということになるので、「吸収」も「散乱」も共に大きくなる、ということが起こり得ます。
（たとえば、↓の「1.2　断面積のエネルギー変化」などを参照）
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=03-06-03-05
http://kato.html.xdomain.jp/nuclearphys/chapter7/chapter7.html

　上記のように「吸収」と「散乱」は（他の反応も含めて）「合計値が一定」の事象ではないため、吸収と散乱の発生頻度が一律に「負の相関」を持つということがないのです。

No.1です。「お礼」に書かれたことについて。

＞しかし、その二つに負の相関関係がないのがイメージできません。
＞それでも核元素において、散乱長と吸収断面積の相関関係がめちゃめちゃだと思いました。

　吸収断面積、散乱断面積は、呼び名こそ「断面積」ですが、No.1には「確率のようなもの」と書きましたが、誤解されるかもしれないのでむしろ「発生頻度」というべきもので、「合計値が1になる」というようなものではありません。
　1つの中性子が、吸収か散乱かのどちらかの反応をする、というもの...続きを読む

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